FPGA实现的I2C接口串行EEPROM设计解析

"基于FPGA的Eeprom设计主要涉及了二线制I2C CMOS串行EEPROM，如AT24C02/4/8/16的使用，这些设备是采用CMOS工艺制造的可编程只读存储器。I2C总线是一种双向二线制串行通信协议，它具有非忙状态、启动传输、停止传输、数据有效和应答信号等关键特性。在数据传输过程中，总线的状态变化有着严格的定义，如启动信号发生在时钟线高电平时数据线由高变低，而停止信号则是时钟线高电平时数据线由低变高。数据的传输则依赖于时钟线的高电平阶段，每位数据在时钟脉冲的配合下稳定传输。在接收数据后，EEPROM会回应一个应答信号，而在读取操作的最后，控制器需要给出一个结束信号，但不发送应答位。" 本文档详细介绍了基于FPGA实现二线制I2C CMOS串行EEPROM的设计，以AT24C系列为例。首先，简述了Eeprom的基本概念，这是一种可以通过电擦除和编程的只读存储器，常用于保存配置信息或数据。接着，重点讲解了I2C总线协议，这是飞利浦（现NXP）公司提出的一种低速率、短距离、低功耗的通信标准，适用于微控制器和外围设备之间的通信。 I2C总线有五个关键状态和行为： 1. 总线非忙：SDA和SCL均为高电平，表示总线空闲，可以开始新的通信。 2. 启动传输：SCL为高电平时SDA下降，标志着通信的开始。 3. 停止传输：SCL为高电平时SDA上升，表示通信结束。 4. 数据有效：在启动信号后，数据在SCL的高电平阶段稳定传输，每位数据占用一个时钟脉冲。 5. 应答信号：接收数据的设备会在接收到一个字节后发送一个应答位，确认接收。 针对EEPROM的读写操作，文档特别提到了写操作的过程，这涉及到读写控制器向指定地址发送字节数据。首先，控制器发送启动信号，然后是4位I2C设备代码（如1010），接着是3位EEPROM的芯片/页地址，最后是写状态的标志（R/0，0表示写操作）。写操作完成后，控制器等待EEPROM的应答信号，以确保数据成功写入。 基于FPGA的实现意味着利用现场可编程门阵列来设计和实现I2C通信协议的逻辑，以及与AT24C系列Eeprom的接口。这样的设计可以灵活适应不同的应用需求，并且能有效利用FPGA的并行处理能力，提高系统的响应速度和效率。在实际设计中，开发者需要考虑如何在FPGA内部构建I2C控制器，包括时钟管理、数据缓冲、错误检测和应答机制等，确保与EEPROM的可靠通信。同时，还需要考虑如何在硬件层面优化信号的同步和信号完整性，以满足I2C协议的严格时序要求。