i2c slave verilog

以下是一个简单的 I2C 从设备的 Verilog 实现，该从设备可以与主设备进行通信：

module i2c_slave (
  input clk,
  input resetn,
  input scl,
  input sda,
  output reg ack,
  output reg [7:0] data_out,
  input [7:0] data_in,
  input wr_en
);

  parameter IDLE = 2'b11;
  parameter ADDRESS = 2'b10;
  parameter DATA = 2'b01;
  parameter STOP = 2'b00;
  
  reg [1:0] state;
  reg [7:0] addr;
  reg [7:0] reg_data;
  reg [2:0] bit_count;
  
  assign ack = (state == ADDRESS || state == DATA) ? 1'b0 : 1'b1;
  
  always @(posedge clk or negedge resetn) begin
    if (!resetn) begin
      state <= IDLE;
      addr <= 8'h00;
      reg_data <= 8'h00;
      bit_count <= 3'b0;
    end else begin
      case (state)
        IDLE: begin
          if (scl == 1'b0 && sda == 1'b0) begin
            state <= ADDRESS;
            bit_count <= 3'b1;
          end
        end
        ADDRESS: begin
          if (scl == 1'b1 && sda == 1'b0) begin
            addr <= {addr[6:0], sda};
            bit_count <= bit_count + 1;
          end else if (scl == 1'b0 && sda == 1'b1) begin
            state <= DATA;
            bit_count <= 3'b0;
          end
        end
        DATA: begin
          if (scl == 1'b1) begin
            if (bit_count < 8) begin
              reg_data <= {reg_data[6:0], sda};
              bit_count <= bit_count + 1;
            end else if (bit_count == 8) begin
              reg_data <= {reg_data[6:0], sda};
              bit_count <= 3'b0;
              state <= STOP;
            end
          end
        end
        STOP: begin
          if (scl == 1'b1 && sda == 1'b1) begin
            if (wr_en) begin
              // write to register
              case (addr)
                8'h00: // register 0
                  // do something
                8'h01: // register 1
                  // do something
                default: // unrecognized register
                  // do something
              endcase
            end else begin
              // read from register
              case (addr)
                8'h00: // register 0
                  data_out <= reg_data;
                8'h01: // register 1
                  data_out <= reg_data;
                default: // unrecognized register
                  data_out <= 8'h00;
              endcase
            end
            state <= IDLE;
            addr <= 8'h00;
            reg_data <= 8'h00;
            bit_count <= 3'b0;
          end
        end
        default: state <= IDLE;
      endcase
    end
  end
  
endmodule

在这个实现中，从设备有四种状态：空闲状态（IDLE）、地址接收状态（ADDRESS）、数据接收状态（DATA）和停止状态（STOP）。当主设备开始发送时，从设备进入 ADDRESS 状态，并且在 SDA 线上传输地址。一旦地址接收完毕，从设备进入 DATA 状态，并且在 SDA 线上传输数据。当数据接收完毕时，从设备进入 STOP 状态，并根据 WR_EN 信号来确定是写入还是读取寄存器。在写入模式下，从设备根据 ADDR 来确定要写入的寄存器，并将数据写入该寄存器。在读取模式下，从设备根据 ADDR 来确定要读取的寄存器，并将寄存器的值写入 DATA_OUT 线。最后，从设备返回 IDLE 状态，等待下一次传输。