HDMI数据的接收发送实验（九）

一、          概述

我们在上一章节根据IIC协议实现了模拟IIC主机的读时序，这个读时序其实是上电后电脑主机发起的IIC读时序，是为了读取我们板卡上的EDID信息，主机再根据这个EDID信息来输出对应的视频流。本次章节我们来实现FPGA端的IIC读时序的应答过程。接下来使用FPGA模拟EEPROM编写读应答的代码，回应的数据就为之前储存在ROM中的EDID数据。

二、          发送EDID数据模块

接口列表：

在设计状态图之前，先来了解一下几个关键位置的时序：

主机IIC发来的开始与结束标志：

当SCL为高电平时，SDA由高变低表示开始信号。SCL为高电平时，SDA由低变高为停止信号。scl_shift把SCL的电平状态从低位往高位寄存，scl_shift为1111时，代表SCL为高。sad_shift把SDA的电平状态从低位往高位寄存，寄存器sda_shift为1100时表示SDA由高变低，产生开始标志。当寄存器sda_shift为0011时表示SDA由低变高，产生结束标志。

图1

图2

规定SDA在SCL为低时改变状态。根据iic协议的时序规范，SCL低电平时间***少4.7us，SCL高电平时间***少4.0us。我们的系统时钟每个周期20ns，***少要200个周期SCL线才会反转。先寻找SCL的上升沿或下降沿，再用sclk_count计数，计数到128时保持数值，在下一次的SCL电平改变后重新计数，sclk_count计数到128时做一次标志信号scl_sync。无论SCL为高还是低，都会有scl_sync标志，SCL为高时为scl_h_sync，SCL为低时为scl_l_sync。这样可以尽量保证SDA数据改变时正处在SCL低电平的中心位置。

怎样找到sclk_count为128的时刻呢，我们可以添加一个寄存器scl_sync_shift，把sclk_count的***位移位到scl_sync_shift中，这样当sclk_count计数到128时就会把***位的1移位进去，scl_sync_shift为01时就表示sclk_count的***位为1了，也就表明他的值为128。

图3

有了这些关键位置的时序后，就可以往下设计了，下图4为EEPROM往主机发送数据的状态机：

图4

黄色模块为空闲状态，start_sign为产生开始标志后的记号，开始标志产生后，它保持为1，当SCL拉低后，在scl_l_sync =1处状态跳转到ALAVE_IDENTIFY。

ALAVE_IDENTIFY状态时EEPROM会判断IIC传来的器件地址是不是自己的地址，如果是则与IIC通信，如果不是则忽略发来的数据，返回到空闲状态。Check_en为核对地址的使能，当使能Check_en有效时，Sda_byte上的数据就是主机发来的器件地址，判断IIC主机发来的数据是否为自己的器件地址，因为***位为读写位，所以判断条件为器件地址的高7位。再给对方发送ACK应答，这是状态跳转到SEND_ACK。

SEND_ACK状态时给IIC发送ACK应答，ack_end在应答后的***个SCL低电平时产生，read_write为判断读或写，如过读写位为1，则表示IIC想要从EEPROM中读取数据，如果读写位为0，则代表写，接下来状态跳转到REC_BYTEADDR。

REC_BYTEADDR状态为IIC发送的EEPROM的寄存器起始地址，表示准备往EEPROM的哪个位置写，在这里因为IIC发送的是顺序读取的时序，所以这只是一次伪写，不真正往里写入数据，伪写的目的是接下来的读操作打算从哪个地址开始读取数据，这里需要记一下IIC发来的寄存器起始地址，后边要用到。Rec_end只在REC_BYTEADDR状态时产生，代表当前状态的结束标志，接收完8个字节数据后，状态跳转到SEND_BYTEADDR_ACK。

SEND_BYTEADDR_ACK状态为发送寄存器地址的ACK响应，发送完后返回到IDLE状态，准备接收重开始后IIC发来的读指令。

IDLE_STATE状态时主机会重新发送开始标志，发送器件地址，从机发送ACK应答，这一次主机发来的器件地址后的读写位为1，主机开始从EEPROM读取数据，读取的数据是从ROM模块中输出的，根据read_addr的值来输出data_out，data_out为hex文件中的数据，read_addr为0时输出hex文件中的第0行的值，根据read_addr的递增输出总共128个data_out数据，这128个data_out数据就是我们之前编写的edid编码。Read_addr为寄存器起始地址+data_count，每发送一个字节的数据（byte_end=1），主机都会返回一次ACK应答，应答有效（ack_ok=1）时继续发送数据，发送完***128个字节数据后，主机会产生不应答信号和停止信号，停止传输。

时序说明：

图5

         图5 为接收到IIC传来的EEPROM器件地址关键时序，产生开始标志后，SDA线上每接收1个bit数据，scl_count+1，发送一个字节的数据后，判断sda_byte的高7位是否为EEPROM的器件地址，在scl_count为8时发送ACK应答，然后接收IIC传输的寄存器地址。

图6

图6为接收的寄存器地址部分时序，接收到寄存地址后产生ACK应答信号，再返回IDLE_STATE状态，准备接收器件地址。

图7

图7的作用是让大家知道rec_end标志的产生依据，和scl_count每计数到7和8的***时刻，会产生一个byte_end和ack_end，byte表示一个字节传输结束，ack_end表示ACK应答位传输结束。

图8

         图8中主机发送的器件地址为HA1，***位为1表示从寄存器读，所以把read_write拉高，check_en为核对器件地址的标志，核对正确后给主机发送ACK应答，应答发送后read_write为1则开始发送EDID数据。

图9

         图9为给IIC发送数据的时序，在发送数据期间，每收到一次ACK应答，data_count的值+1，发送的数据data_out来源是ROM模块，hex文件中行数为0-127，所以read_addr的值也为0-127，数据线sda_out的值为data_out_shift的***位，地址每增加一次，数据data_out都会赋值给data_out_shift寄存器，再根据scl_l_sync来移位，移位7次正好可以把data_out的数值从高到低传输完成。

图10

         图10为传输结束的部分时序，在传输完***一位数据后，主机不产生ACK应答，并且产生停止信号来结束传输。

         ***我们还需要产生热插拔信号，上电时，把热插拔信号HDMI_RX_PHA置低，延时一秒后再置高， TX_EN信号上电后为1，这样主机就会通过HDMI的DDC通道读取数据。

三、          总结

本章节讲述了使用FPGA模拟IIC时序的读应答的内容，下一章节我们通过仿真来观察IIC读时序来读EDID数据的过程。

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