IIC总线基本概念与使用UART串口读写EEPROM

IIC读写状态机仿真
仿真验证需要编写一个模块模拟EEPROM的存储器，这里仿真片选地址就省掉不做考虑。模拟EEPROM的存储器的主要功能是接收存储器数据地址，根据开始信号的次数（主机写数据有一次开始信号，主机读数据有2次开始信号）判断是读还是写数据，进而做出数据的输出/接收。这个仿真模型我是借用夏宇闻Verilog数字系统设计教程一书中的代码稍作修改以满足AT24C64芯片2字节地址段的情况。
IIC读写状态机仿真测试顶层设计
仿真验证的框图如下，将EEPROM读写控制模块与EEPROM模型相连接就行了。
代码如下：
IIC读写逻辑仿真结果分析
仿真验证主要是对模拟的EEPROM存储器器写入200个数据，然后读出写入的200个数据，观察波形情况及读写是否和预期一样。
仿真波形如下：
写数据和读数据总体情况波形如下：
向EEPROM写数据波形图如下：
读取EEPROM数据波形如下：
由波形可以看出我们的设计是满足要求的。
串口读写EEPROM应用系统设计
接下来就是设计通过串口发送地址和写入数据，通过一定的数据处理后对EEPROM进行读写操作。设计的框图如下：
读写控制位是通过一个按键来切换的，EEPROM读写使能也是通过一个按键来使能的，前期为了方便测试就是按键按下一次进行一次读写，在调试完成后可以将这个按键去掉，通过发送的数据进行一定的判断后使能。按键和串口收发模块的代码都是学习小梅哥课程上的，在芯航线FPGA数字系统设计教程+实例解析教程上有详细的设计过程。
数据转发模块设计
下面主要是数据转换模块的设计。前面EEPROM设计的是2字节地址段单字节读写，串口发送一组数据包括2个字节地址和1字节写数据（如果是读操作该字节可以为任意数），就相当于串口每次读写EEPROM时发送3个字节，数据处理模块将接收的3个字节数赋值个读写地址和写数据（读数据时第个字节可以为任意数）。具体实现代码如下：




大致的思路是，，串口接收数据存入一个3字节缓存器中，，当接受到3个字节后就将缓存器中的数据赋值给EEPROM读写控制模块的地址address和写数据write_data。这样再通过外部的按键使能这次的读/写操作就可完成一次读/写操作。
数据转发模块仿真文件设计
下面对数据转换模块进行仿真验证，仿真利用上面已经编写和的EEPROM读写控制模块和EEPROM模块进行仿真，代码如下:

数据转发模块仿真结果分析
仿真波形如下：
写数据和读数据总的波形图如下：
写数据波形图如下：
读数据波形如下：
观察波形，与预期效果一致。
系统顶层文件设计
下面就是顶层文件的设计，根据上面的框图很容易写出顶层文件，代码如下：
在顶层文设计中增加了两个LED，LED0用指示当前的读/写操作状态，亮表示写EEPROM操作状态，灭表示读EEPROM数据操作状态；LED1表示EEPROM读/写使能按键按下指示，按键按下灯亮，按键松开灯灭。完成后进行引脚分配，编译，板级下载后测试。
系统测试
测试如下：
初始默认状态下是写EEPROM操作（通过LED0亮可以观察），此时，用串口工具发送十六进制数00 00 56 ，然后按下引脚key_icc_en对应的按键key0，使能EEPROM读写操作，完成了一次写操作。可以多次使用同样的方法写入不同地址中的数据。这里我再写入2组数据，分别为00 AB 39 、00 B1 AB 。写操作完成后按下引脚key_icc_wr对应的按键key1，此时LED0灭，表示可以进行读操作。这里我们依次对上面写入数据的地址进行读操作，同样在串口发送个字节，前两个字节中低13位表示的地址，第3个字节可以为任意数都行（这里具体可以看代码理解，读者也可以想其他方法实现），串口工具依次发送00 00 12 后按下按键key0；发送00 AB 23  后按下按键key0；发送00 B1 AB 后按下按键key0；每次按下按键会接收到读出的数据，如下图所示：
这里串口每次发送3个字节，然后按一下使能按键key0，完成一次读写操作，写操作中第3个字节为写入的数据，在读操作中，第3个字节是可以为任意值，但是不能省掉，要省掉可以更改设计进行优化，读者可以自己寻找优化方法。至于每次按键一次才进行一次读写操作有点麻烦，读者也可以进行修改优化。本次的是除了用modelsim仿真验证以外，还用到了SignalTap II Logic Analyzer工具对波形进行了抓取分析
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