[米联客-XILINX-H3_CZ08_7100] FPGA_SDK入门篇连载-19 PL AXI-IIC实验

​ 软件版本：VIVADO2021.1
操作系统：WIN10 64bit
硬件平台：适用 XILINX A7/K7/Z7/ZU/KU 系列 FPGA
实验平台：米联客-MLK-H3-CZ08-7100开发板
板卡获取平台：https://milianke.tmall.com/
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1概述

PS自带2个I2C控制器，但是很多情况下我们需要更多的I2C控制器。这时候通过AXI-IIC IP可以非常方便实现更多I2C控制的扩展。

本文我们将讲解AXI-IIC控制器的实用，并且通过读写EEPROM演示这个I2C控制器的应用。

由于在“I2C通信及读写EEPROM实验”中已经介绍过I2C协议，以及EEPROM的读写时序，所以本文不再重复介绍。如果读者是初学者，而且不熟悉相关协议，可以阅读下“I2C通信及读写EEPROM实验”这篇文章。

本文实验目的：
1:通过阅读pg090-axi-iic.pdf熟悉AXI-IIC控制器的硬件资源(配套工程的soc_prj/06_doc路径)
2:通过VIVADO搭建AXI-IIC的SOC工程,通过按键模拟输入、LED模拟输出
3:使用VITIS-SDK编写AXI-IIC测试程序，并完成对EEPROM的读写操作
2系统框图
​
3AXI-IIC IP概述

AXI-IIC控制器的功能构架图如下：

​
3.1特性

-符合行业标准I2C协议

-通过axis4 - lite接口访问

-支持I2C主或从模式

-支持多主机操作

-软件可选择ACK位

-仲裁丢失中断并自动从主模式切换从模式

-寻址地址识别中断并自动从主模式到从模式

-起始位和停止位的产生和侦测

-重复起始位的产生

-ACK的产生和侦测

-总线忙检测

-支持1MHZ 、400KHZ 、100KHZ 工作时钟

-7位或10位寻址

-寻址使能和禁止

- 16字节深度的FIFO

-节流功能

-动态生成启动和停止

3.2寄存器概述
​
4硬件电路分析

本实验只测试EEPROM

​
5搭建SOC系统工程

详细的搭建过程这里不再重复，对于初学读者如果还不清楚如何创建SOC工程的，请学习“01Vitis Soc开发入门”这篇文章。

5.1SOC系统工程
​
1:中断设置
​
2:设置GP Master接口
​
3:设置复位输出
​
4:设置PL时钟
​
5:AXI-IIC IP
​
5.2设置AXI外设地址分配

只要添加的AXI总线外设都要正确分配地址,这一步不能遗漏。

​
5.3编译并导出平台文件

以下步骤简写，有不清楚的看第一篇文章。

1:单击Block文件à右键àGenerate the Output ProductsàGlobalàGenerate。

2:单击Block文件à右键à Create a HDL wrapper(生成HDL顶层文件)àLet vivado manager wrapper and auto-update(自动更新)。

3:添加配套工程路径下uisrc/04_pin/fpga_pin.xdc约束文件

4:生成Bit文件。

5:导出到硬件: FileàExport HardwareàInclude bitstream

6:导出完成后，对应工程路径的soc_hw路径下有硬件平台文件：system_wrapper.xsa的文件。根据硬件平台文件system_wrapper.xsa来创建需要Platform平台。

​
6搭建Vitis-sdk工程

创建soc_base sdk platform和APP工程的过程不再重复，如果不清楚请参考本章节第一个demo。

6.1创建SDK Platform工程
​

右击soc_base编译，编译的时间可能会有点长

6.2创建APP工程
​
7程序分析
7.1eeprom_test.c主程序

1. #include "pli2c_intr.h"
   
2. #include "sys_intr.h"
   
3. #include "sleep.h"
   
4. 
   
5. extern XScuGic Intc;
   
6. extern XIic  I2cInst0;
   
7. 
   
8. I2C_ADDR8 *I2C_WINST_8 = (void*) 0x08000000;//设置写数据起始地址
   
9. I2C_ADDR8 *I2C_RINST_8 = (void*) 0x08100000;//设置读数据起始地址
   
10. 
    
11. void init_intr_sys(void)
    
12. {
    
13.         Init_Intr_System(&Intc);
    
14.         i2cpl_init(&I2cInst0,IIC_DEVICE_ID0);
    
15.         i2cpl_setup_intr(&Intc,&I2cInst0,IIC_INT_VEC_ID0);
    
16.         Setup_Intr_Exception(&Intc);
    
17. }
    
18. 
    
19. int main(void)
    
20. {
    
21. 
    
22. u32 i=0;
    
23. u32 j=0;
    
24. 
    
25. init_intr_sys();//初始化中断
    
26. while(1)
    
27. {
    
28. //24c02 2kbits write
    
29.                 for(i=0; i<32; i++)//连续写入256Bytes 每次写入8Bytes 共写32次
    
30.                 {
    
31.                         I2C_WINST_8->reg_addr[0]=i*8;
    
32.                         for(j=0; j<8; j++)
    
33.                                 I2C_WINST_8->reg_buf[j] = (j + i*8);
    
34.                         i2cpl_wr8(&I2cInst0,I2C_WINST_8,8);
    
35.                         usleep(4000);
    
36.                 }
    
37. //读出数据并且比较数据是否正确
    
38.                 I2C_RINST_8->reg_addr[0]=0;
    
39.                 i2cpl_rd8(&I2cInst0,I2C_RINST_8,256);
    
40. 
    
41.                 for(i=0;i<256;i++)//compare write buffer and read buffer
    
42.                         if(i!=I2C_RINST_8->reg_buf[i])
    
43.                                 xil_printf("error addr%d=%d\r\n",i,I2C_RINST_8->reg_buf[i]);
    
44.                 xil_printf("i2c test successfully!\r\n");
    
45.                 sleep(1);
    
46. }
    
47. return 0;

复制代码

测试程序中先往EEPROM里面写入256字节。但是这里需要注意，24C02 EEPROM的页大小是16字节，一般来说，I2C控制器可以支持任意长度的写入。但是，经过实际测试，如果每次写入超过9个字节(1个地址+8个有效数据)就会出错。这应该是AXI-IIC裸机驱动的bug。目前本人分析源码后，还没有找到bug所在。因此暂时通过规避每次写入大于9字节的情况发生。

7.2pli2c_intr.c程序

1. #include "pli2c_intr.h"
   
2. #include "sys_intr.h"
   
3. 
   
4. static void SendHandler(XIic *InstancePtr);
   
5. static void ReceiveHandler(XIic *InstancePtr,int ByteCount);
   
6. static void StatusHandler(XIic *InstancePtr, int Event);
   
7. 
   
8. volatile u8 TransmitComplete;   /* Flag to check completion of Transmission */
   
9. volatile u8 ReceiveComplete;    /* Flag to check completion of Reception */
   
10. 
    
11. static void SendHandler(XIic *InstancePtr)
    
12. {
    
13.     TransmitComplete = 0;
    
14. }
    
15. 
    
16. static void ReceiveHandler(XIic *InstancePtr,int ByteCount)
    
17. {
    
18.     ReceiveComplete = 0;
    
19. }
    
20. 
    
21. static void StatusHandler(XIic *InstancePtr, int Event)
    
22. {
    
23. 
    
24. }
    
25. //这个函数用于写数据到EEPROM
    
26. int i2cpl_wr8(XIic *I2cInstancePtr,I2C_ADDR8 *MsgPtr , u16 byte_cnt)
    
27. {
    
28.     int Status;
    
29. 
    
30.     TransmitComplete = 1;
    
31.     I2cInstancePtr->Stats.TxErrors = 0;
    
32. 
    
33.     Status = XIic_Start(I2cInstancePtr); //启动I2C控制器
    
34.     if (Status != XST_SUCCESS) {
    
35.         return XST_FAILURE;
    
36.     }
    
37. 
    
38.     Status = XIic_MasterSend(I2cInstancePtr, MsgPtr, byte_cnt + 1); //发送数据
    
39.     if (Status != XST_SUCCESS) {
    
40.         return XST_FAILURE;
    
41.     }
    
42. 
    
43.     while ((TransmitComplete) || (XIic_IsIicBusy(I2cInstancePtr) == TRUE)) ; //等待发送完成
    
44. 
    
45.     Status = XIic_Stop(I2cInstancePtr); //停止I2C控制器
    
46.     if (Status != XST_SUCCESS) {
    
47.         return XST_FAILURE;
    
48.     }
    
49. 
    
50.     return XST_SUCCESS;
    
51. }
    
52. //从EEPROM读数据
    
53. int i2cpl_rd8(XIic *I2cInstancePtr, I2C_ADDR8 *MsgPtr , u16 byte_cnt)
    
54. {
    
55.     int Status;
    
56.     ReceiveComplete = 1;
    
57. 
    
58.     I2C_ADDR8 rd_addr;
    
59.     rd_addr.reg_addr[0]= MsgPtr->reg_addr[0];
    
60. 
    
61.     i2cpl_wr8(I2cInstancePtr,&rd_addr,0); //首先设置EEPROM寄存器的地址
    
62. 
    
63.     Status = XIic_Start(I2cInstancePtr); //启动I2C控制器
    
64.     if (Status != XST_SUCCESS) {
    
65.         return XST_FAILURE;
    
66.     }
    
67. 
    
68.     Status = XIic_MasterRecv(I2cInstancePtr, MsgPtr->reg_buf, byte_cnt); //接收数据
    
69.     if (Status != XST_SUCCESS) {
    
70.         return XST_FAILURE;
    
71.     }
    
72. 
    
73.     while ((ReceiveComplete) || (XIic_IsIicBusy(I2cInstancePtr) == TRUE)) ; //等待数据接收完成
    
74. 
    
75.     Status = XIic_Stop(I2cInstancePtr); //停止I2C控制器
    
76.     if (Status != XST_SUCCESS) {
    
77.         return XST_FAILURE;
    
78.     }
    
79. 
    
80.     return XST_SUCCESS;
    
81. }
    
82. 
    
83. int i2cpl_init(XIic *I2cInstancePtr,u16 DeviceId)
    
84. {
    
85.     int Status;
    
86.     XIic_Config *ConfigPtr; /* Pointer to configuration data */
    
87. 
    
88.     ConfigPtr = XIic_LookupConfig(DeviceId);
    
89.     if (ConfigPtr == NULL) {
    
90.         return XST_FAILURE;
    
91.     }
    
92. 
    
93.     Status = XIic_CfgInitialize(I2cInstancePtr, ConfigPtr,ConfigPtr->BaseAddress);
    
94.     if (Status != XST_SUCCESS) {
    
95.         return XST_FAILURE;
    
96.     }
    
97. 
    
98.     Status = XIic_SetAddress(I2cInstancePtr, XII_ADDR_TO_SEND_TYPE,0x50);//设置SLAVE器件地址，0x50是24LC02芯片地址
    
99.     if (Status != XST_SUCCESS) {
    
100.         return XST_FAILURE;
     
101.     }
     
102. }
     
103. 
     
104. int i2cpl_setup_intr(XScuGic *XScuGicPtr, XIic *I2cInstancePtr, u16 I2cIntrId)
     
105. {
     
106.     int Status;
     
107. 
     
108.     XScuGic_SetPriorityTriggerType(XScuGicPtr, I2cIntrId,0xA0, 0x3);// 设置PL中断
     
109. //设置中断回调函数
     
110.     Status = XScuGic_Connect(XScuGicPtr, I2cIntrId,(Xil_InterruptHandler)XIic_InterruptHandler,I2cInstancePtr);
     
111.     if (Status != XST_SUCCESS) {
     
112.         return Status;
     
113.     }
     
114. 
     
115.     XIic_SetSendHandler(I2cInstancePtr, I2cInstancePtr,(XIic_Handler) SendHandler); //设置发送中断回调函数
     
116.     XIic_SetRecvHandler(I2cInstancePtr, I2cInstancePtr,(XIic_Handler) ReceiveHandler); //设置接收中断回调函数
     
117.     XIic_SetStatusHandler(I2cInstancePtr, I2cInstancePtr,(XIic_StatusHandler) StatusHandler); //设置状态回调函数
     
118. 
     
119.     XScuGic_Enable(XScuGicPtr, I2cIntrId); //使能中断
     
120. 
     
121.     return XST_SUCCESS;
     
122. }

复制代码

以上程序中，我拿关键的函数部分进行分析。

1:XScuGic_SetPriorityTriggerType(XScuGicPtr, I2cIntrId,0xA0,0x3)函数

这个函数用于设置PL中断的触发方式，

参数I2cIntrId=121代表了PL的第一个中断。

参数0xA0代表了中断的优先级，这个值越小代表拥有越高的优先级

参数0x3代表输入的PL信号上升沿触发中断

读者如果感兴趣可以继续追踪一下这个函数，看下如何设置中断寄存器的配置。

2:XIic_SetAddress(I2cInstancePtr, XII_ADDR_TO_SEND_TYPE,0x50)函数

这个函数用于设置从机地址，

参数XII_ADDR_TO_SEND_TYPE用于设置时7bit地址，还是10bit地址

参数0x50就是24C04的从机地址。当然这个地址根据硬件设计不同，或者芯片型号不一样是变化的。

3:i2cpl_wr8(XIic *I2cInstancePtr,I2C_ADDR8 *MsgPtr , u16 byte_cnt)函数

这个函数用于写数据到EEPROM。但是byte_cnt目前最大值是8。暂时还没能找到XILINX驱动的bug所以我们暂时应用程序中需要规避这个问题。

​

XIic_MasterSend负责具体的发送数据，读者如果想进一步分析这个可以看下XIic_MasterSend函数中的具体代码。

4:int i2cpl_rd8(XIic *I2cInstancePtr,I2C_ADDR8 *MsgPtr,u16 byte_cnt)函数

这个函数负责读取EEPROM的数据。读操作没有bug可以实现任意长度读数据。为了实现读数据首先需要设置EEPROM的寄存器地址，通过写1个字节的地址到EEPROM，然后再开始读。

具体的读数据通过XIic_MasterRecv函数实现，读者如果想进一步了解这个函数的具体代码，可以配合寄存器说明自行阅读分析。

8方案演示
8.1硬件准备
本实验需要用到 JTAG 下载器、USB 转串口外设，另外需要把核心板上的 2P 模式开关设置到 JTAG 模式，即 ON ON(注意新版本的 MLK_H3_CZ08-7100-MZ7100FC)，支持 JTAG 模式，对于老版本的核心板，JTAG 调试的时候 一定要拔掉 TF 卡，并且设置模式开关为 OFF OFF)
​
8.2实验结果

对24C02 EEROM写入256个测试数据，然后读出对比

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​