mirror of
https://github.com/fpganinja/taxi.git
synced 2026-01-18 09:40:18 -08:00
Reorganize repository
Signed-off-by: Alex Forencich <alex@alexforencich.com>
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883
src/lss/rtl/taxi_i2c_master.sv
Normal file
883
src/lss/rtl/taxi_i2c_master.sv
Normal file
@@ -0,0 +1,883 @@
|
||||
// SPDX-License-Identifier: CERN-OHL-S-2.0
|
||||
/*
|
||||
|
||||
Copyright (c) 2015-2025 FPGA Ninja, LLC
|
||||
|
||||
Authors:
|
||||
- Alex Forencich
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||||
*/
|
||||
|
||||
`resetall
|
||||
`timescale 1ns / 1ps
|
||||
`default_nettype none
|
||||
|
||||
/*
|
||||
* I2C master
|
||||
*/
|
||||
module taxi_i2c_master (
|
||||
input wire logic clk,
|
||||
input wire logic rst,
|
||||
|
||||
/*
|
||||
* Host interface
|
||||
*/
|
||||
taxi_axis_if.snk s_axis_cmd,
|
||||
taxi_axis_if.snk s_axis_data,
|
||||
taxi_axis_if.src m_axis_data,
|
||||
|
||||
/*
|
||||
* I2C interface
|
||||
*/
|
||||
input wire logic scl_i,
|
||||
output wire logic scl_o,
|
||||
input wire logic sda_i,
|
||||
output wire logic sda_o,
|
||||
|
||||
/*
|
||||
* Status
|
||||
*/
|
||||
output wire logic busy,
|
||||
output wire logic bus_control,
|
||||
output wire logic bus_active,
|
||||
output wire logic missed_ack,
|
||||
|
||||
/*
|
||||
* Configuration
|
||||
*/
|
||||
input wire logic [15:0] prescale,
|
||||
input wire logic stop_on_idle
|
||||
);
|
||||
|
||||
/*
|
||||
|
||||
I2C
|
||||
|
||||
Read
|
||||
__ ___ ___ ___ ___ ___ ___ ___ ___ ___ ___ ___ ___ ___ ___ ___ ___ ___ ___ ___ ___ ___ ___ ___ __
|
||||
sda \__/_6_X_5_X_4_X_3_X_2_X_1_X_0_\_R___A_/_7_X_6_X_5_X_4_X_3_X_2_X_1_X_0_\_A_/_7_X_6_X_5_X_4_X_3_X_2_X_1_X_0_\_A____/
|
||||
____ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ ____
|
||||
scl ST \_/ \_/ \_/ \_/ \_/ \_/ \_/ \_/ \_/ \_/ \_/ \_/ \_/ \_/ \_/ \_/ \_/ \_/ \_/ \_/ \_/ \_/ \_/ \_/ \_/ \_/ \_/ \_/ SP
|
||||
|
||||
Write
|
||||
__ ___ ___ ___ ___ ___ ___ ___ ___ ___ ___ ___ ___ ___ ___ ___ ___ ___ ___ ___ ___ ___ ___ ___ ___ ___ __
|
||||
sda \__/_6_X_5_X_4_X_3_X_2_X_1_X_0_/ W \_A_/_7_X_6_X_5_X_4_X_3_X_2_X_1_X_0_\_A_/_7_X_6_X_5_X_4_X_3_X_2_X_1_X_0_/ N \__/
|
||||
____ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ ____
|
||||
scl ST \_/ \_/ \_/ \_/ \_/ \_/ \_/ \_/ \_/ \_/ \_/ \_/ \_/ \_/ \_/ \_/ \_/ \_/ \_/ \_/ \_/ \_/ \_/ \_/ \_/ \_/ \_/ \_/ SP
|
||||
|
||||
Command encoding:
|
||||
|
||||
cmd[6:0] address
|
||||
cmd[7] start
|
||||
cmd[8] read
|
||||
cmd[9] write
|
||||
cmd[10] write_multiple
|
||||
cmd[11] stop
|
||||
|
||||
Commands:
|
||||
|
||||
read
|
||||
read data byte
|
||||
set start to force generation of a start condition
|
||||
start is implied when bus is inactive or active with write or different address
|
||||
set stop to issue a stop condition after reading current byte
|
||||
if stop is set with read command, then m_axis_data_tlast will be set
|
||||
|
||||
write
|
||||
write data byte
|
||||
set start to force generation of a start condition
|
||||
start is implied when bus is inactive or active with read or different address
|
||||
set stop to issue a stop condition after writing current byte
|
||||
|
||||
write multiple
|
||||
write multiple data bytes (until s_axis_data_tlast)
|
||||
set start to force generation of a start condition
|
||||
start is implied when bus is inactive or active with read or different address
|
||||
set stop to issue a stop condition after writing block
|
||||
|
||||
stop
|
||||
issue stop condition if bus is active
|
||||
|
||||
Status:
|
||||
|
||||
busy
|
||||
module is communicating over the bus
|
||||
|
||||
bus_control
|
||||
module has control of bus in active state
|
||||
|
||||
bus_active
|
||||
bus is active, not necessarily controlled by this module
|
||||
|
||||
missed_ack
|
||||
strobed when a slave ack is missed
|
||||
|
||||
Parameters:
|
||||
|
||||
prescale
|
||||
set prescale to 1/4 of the minimum clock period in units
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||||
of input clk cycles (prescale = Fclk / (FI2Cclk * 4))
|
||||
|
||||
stop_on_idle
|
||||
automatically issue stop when command input is not valid
|
||||
|
||||
Example of interfacing with tristate pins:
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||||
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||||
assign scl_i = scl_pin;
|
||||
assign scl_pin = scl_o ? 1'bz : 1'b0;
|
||||
assign sda_i = sda_pin;
|
||||
assign sda_pin = sda_o ? 1'bz : 1'b0;
|
||||
|
||||
Example of two interconnected internal I2C devices:
|
||||
|
||||
assign scl_1_i = scl_1_o & scl_2_o;
|
||||
assign scl_2_i = scl_1_o & scl_2_o;
|
||||
assign sda_1_i = sda_1_o & sda_2_o;
|
||||
assign sda_2_i = sda_1_o & sda_2_o;
|
||||
|
||||
Example of two I2C devices sharing the same pins:
|
||||
|
||||
assign scl_1_i = scl_pin;
|
||||
assign scl_2_i = scl_pin;
|
||||
assign scl_pin = (scl_1_o & scl_2_o) ? 1'bz : 1'b0;
|
||||
assign sda_1_i = sda_pin;
|
||||
assign sda_2_i = sda_pin;
|
||||
assign sda_pin = (sda_1_o & sda_2_o) ? 1'bz : 1'b0;
|
||||
|
||||
Notes:
|
||||
|
||||
scl_o should not be connected directly to scl_i, only via AND logic or a tristate
|
||||
I/O pin. This would prevent devices from stretching the clock period.
|
||||
|
||||
*/
|
||||
|
||||
localparam [3:0]
|
||||
STATE_IDLE = 4'd0,
|
||||
STATE_ACTIVE_WRITE = 4'd1,
|
||||
STATE_ACTIVE_READ = 4'd2,
|
||||
STATE_START_WAIT = 4'd3,
|
||||
STATE_START = 4'd4,
|
||||
STATE_ADDRESS_1 = 4'd5,
|
||||
STATE_ADDRESS_2 = 4'd6,
|
||||
STATE_WRITE_1 = 4'd7,
|
||||
STATE_WRITE_2 = 4'd8,
|
||||
STATE_WRITE_3 = 4'd9,
|
||||
STATE_READ = 4'd10,
|
||||
STATE_STOP = 4'd11;
|
||||
|
||||
logic [3:0] state_reg = STATE_IDLE, state_next;
|
||||
|
||||
localparam [3:0]
|
||||
PHY_STATE_IDLE = 4'd0,
|
||||
PHY_STATE_ACTIVE = 4'd1,
|
||||
PHY_STATE_REPEATED_START_1 = 4'd2,
|
||||
PHY_STATE_REPEATED_START_2 = 4'd3,
|
||||
PHY_STATE_START_1 = 4'd4,
|
||||
PHY_STATE_START_2 = 4'd5,
|
||||
PHY_STATE_WRITE_BIT_1 = 4'd6,
|
||||
PHY_STATE_WRITE_BIT_2 = 4'd7,
|
||||
PHY_STATE_WRITE_BIT_3 = 4'd8,
|
||||
PHY_STATE_READ_BIT_1 = 4'd9,
|
||||
PHY_STATE_READ_BIT_2 = 4'd10,
|
||||
PHY_STATE_READ_BIT_3 = 4'd11,
|
||||
PHY_STATE_READ_BIT_4 = 4'd12,
|
||||
PHY_STATE_STOP_1 = 4'd13,
|
||||
PHY_STATE_STOP_2 = 4'd14,
|
||||
PHY_STATE_STOP_3 = 4'd15;
|
||||
|
||||
logic [3:0] phy_state_reg = STATE_IDLE, phy_state_next;
|
||||
|
||||
logic phy_start_bit;
|
||||
logic phy_stop_bit;
|
||||
logic phy_write_bit;
|
||||
logic phy_read_bit;
|
||||
logic phy_release_bus;
|
||||
|
||||
logic phy_tx_data;
|
||||
|
||||
logic phy_rx_data_reg = 1'b0, phy_rx_data_next;
|
||||
|
||||
logic [6:0] addr_reg = '0, addr_next;
|
||||
logic [7:0] data_reg = '0, data_next;
|
||||
logic last_reg = 1'b0, last_next;
|
||||
|
||||
logic mode_read_reg = 1'b0, mode_read_next;
|
||||
logic mode_write_multiple_reg = 1'b0, mode_write_multiple_next;
|
||||
logic mode_stop_reg = 1'b0, mode_stop_next;
|
||||
|
||||
logic [16:0] delay_reg = '0, delay_next;
|
||||
logic delay_scl_reg = 1'b0, delay_scl_next;
|
||||
logic delay_sda_reg = 1'b0, delay_sda_next;
|
||||
|
||||
logic [3:0] bit_count_reg = '0, bit_count_next;
|
||||
|
||||
logic s_axis_cmd_ready_reg = 1'b0, s_axis_cmd_ready_next;
|
||||
|
||||
logic s_axis_data_tready_reg = 1'b0, s_axis_data_tready_next;
|
||||
|
||||
logic [7:0] m_axis_data_tdata_reg = '0, m_axis_data_tdata_next;
|
||||
logic m_axis_data_tvalid_reg = 1'b0, m_axis_data_tvalid_next;
|
||||
logic m_axis_data_tlast_reg = 1'b0, m_axis_data_tlast_next;
|
||||
|
||||
logic scl_i_reg = 1'b1;
|
||||
logic sda_i_reg = 1'b1;
|
||||
|
||||
logic scl_o_reg = 1'b1, scl_o_next;
|
||||
logic sda_o_reg = 1'b1, sda_o_next;
|
||||
|
||||
logic last_scl_i_reg = 1'b1;
|
||||
logic last_sda_i_reg = 1'b1;
|
||||
|
||||
logic busy_reg = 1'b0;
|
||||
logic bus_active_reg = 1'b0;
|
||||
logic bus_control_reg = 1'b0, bus_control_next;
|
||||
logic missed_ack_reg = 1'b0, missed_ack_next;
|
||||
|
||||
wire [6:0] s_axis_cmd_address = s_axis_cmd.tdata[6:0];
|
||||
wire s_axis_cmd_start = s_axis_cmd.tdata[7];
|
||||
wire s_axis_cmd_read = s_axis_cmd.tdata[8];
|
||||
wire s_axis_cmd_write = s_axis_cmd.tdata[9];
|
||||
wire s_axis_cmd_write_multi = s_axis_cmd.tdata[10];
|
||||
wire s_axis_cmd_stop = s_axis_cmd.tdata[11];
|
||||
|
||||
assign s_axis_cmd.tready = s_axis_cmd_ready_reg;
|
||||
|
||||
assign s_axis_data.tready = s_axis_data_tready_reg;
|
||||
|
||||
assign m_axis_data.tdata = m_axis_data_tdata_reg;
|
||||
assign m_axis_data.tkeep = '1;
|
||||
assign m_axis_data.tstrb = m_axis_data.tkeep;
|
||||
assign m_axis_data.tvalid = m_axis_data_tvalid_reg;
|
||||
assign m_axis_data.tlast = m_axis_data_tlast_reg;
|
||||
assign m_axis_data.tid = '0;
|
||||
assign m_axis_data.tdest = '0;
|
||||
assign m_axis_data.tuser = '0;
|
||||
|
||||
assign scl_o = scl_o_reg;
|
||||
assign sda_o = sda_o_reg;
|
||||
|
||||
assign busy = busy_reg;
|
||||
assign bus_active = bus_active_reg;
|
||||
assign bus_control = bus_control_reg;
|
||||
assign missed_ack = missed_ack_reg;
|
||||
|
||||
wire scl_posedge = scl_i_reg && !last_scl_i_reg;
|
||||
wire scl_negedge = !scl_i_reg && last_scl_i_reg;
|
||||
wire sda_posedge = sda_i_reg && !last_sda_i_reg;
|
||||
wire sda_negedge = !sda_i_reg && last_sda_i_reg;
|
||||
|
||||
wire start_bit = sda_negedge && scl_i_reg;
|
||||
wire stop_bit = sda_posedge && scl_i_reg;
|
||||
|
||||
always_comb begin
|
||||
state_next = STATE_IDLE;
|
||||
|
||||
phy_start_bit = 1'b0;
|
||||
phy_stop_bit = 1'b0;
|
||||
phy_write_bit = 1'b0;
|
||||
phy_read_bit = 1'b0;
|
||||
phy_tx_data = 1'b0;
|
||||
phy_release_bus = 1'b0;
|
||||
|
||||
addr_next = addr_reg;
|
||||
data_next = data_reg;
|
||||
last_next = last_reg;
|
||||
|
||||
mode_read_next = mode_read_reg;
|
||||
mode_write_multiple_next = mode_write_multiple_reg;
|
||||
mode_stop_next = mode_stop_reg;
|
||||
|
||||
bit_count_next = bit_count_reg;
|
||||
|
||||
s_axis_cmd_ready_next = 1'b0;
|
||||
|
||||
s_axis_data_tready_next = 1'b0;
|
||||
|
||||
m_axis_data_tdata_next = m_axis_data_tdata_reg;
|
||||
m_axis_data_tvalid_next = m_axis_data_tvalid_reg && !m_axis_data.tready;
|
||||
m_axis_data_tlast_next = m_axis_data_tlast_reg;
|
||||
|
||||
missed_ack_next = 1'b0;
|
||||
|
||||
// generate delays
|
||||
if (phy_state_reg != PHY_STATE_IDLE && phy_state_reg != PHY_STATE_ACTIVE) begin
|
||||
// wait for phy operation
|
||||
state_next = state_reg;
|
||||
end else begin
|
||||
// process states
|
||||
case (state_reg)
|
||||
STATE_IDLE: begin
|
||||
// line idle
|
||||
s_axis_cmd_ready_next = 1'b1;
|
||||
|
||||
if (s_axis_cmd.tready && s_axis_cmd.tvalid) begin
|
||||
// command valid
|
||||
if (s_axis_cmd_read ^ (s_axis_cmd_write || s_axis_cmd_write_multi)) begin
|
||||
// read or write command
|
||||
addr_next = s_axis_cmd_address;
|
||||
mode_read_next = s_axis_cmd_read;
|
||||
mode_write_multiple_next = s_axis_cmd_write_multi;
|
||||
mode_stop_next = s_axis_cmd_stop;
|
||||
|
||||
s_axis_cmd_ready_next = 1'b0;
|
||||
|
||||
// start bit
|
||||
if (bus_active) begin
|
||||
state_next = STATE_START_WAIT;
|
||||
end else begin
|
||||
phy_start_bit = 1'b1;
|
||||
bit_count_next = 4'd8;
|
||||
state_next = STATE_ADDRESS_1;
|
||||
end
|
||||
end else begin
|
||||
// invalid or unspecified - ignore
|
||||
state_next = STATE_IDLE;
|
||||
end
|
||||
end else begin
|
||||
state_next = STATE_IDLE;
|
||||
end
|
||||
end
|
||||
STATE_ACTIVE_WRITE: begin
|
||||
// line active with current address and read/write mode
|
||||
s_axis_cmd_ready_next = 1'b1;
|
||||
|
||||
if (s_axis_cmd.tready && s_axis_cmd.tvalid) begin
|
||||
// command valid
|
||||
if (s_axis_cmd_read ^ (s_axis_cmd_write || s_axis_cmd_write_multi)) begin
|
||||
// read or write command
|
||||
addr_next = s_axis_cmd_address;
|
||||
mode_read_next = s_axis_cmd_read;
|
||||
mode_write_multiple_next = s_axis_cmd_write_multi;
|
||||
mode_stop_next = s_axis_cmd_stop;
|
||||
|
||||
s_axis_cmd_ready_next = 1'b0;
|
||||
|
||||
if (s_axis_cmd_start || s_axis_cmd_address != addr_reg || s_axis_cmd_read) begin
|
||||
// address or mode mismatch or forced start - repeated start
|
||||
|
||||
// repeated start bit
|
||||
phy_start_bit = 1'b1;
|
||||
bit_count_next = 4'd8;
|
||||
state_next = STATE_ADDRESS_1;
|
||||
end else begin
|
||||
// address and mode match
|
||||
|
||||
// start write
|
||||
s_axis_data_tready_next = 1'b1;
|
||||
state_next = STATE_WRITE_1;
|
||||
end
|
||||
end else if (s_axis_cmd_stop && !(s_axis_cmd_read || s_axis_cmd_write || s_axis_cmd_write_multi)) begin
|
||||
// stop command
|
||||
phy_stop_bit = 1'b1;
|
||||
state_next = STATE_IDLE;
|
||||
end else begin
|
||||
// invalid or unspecified - ignore
|
||||
state_next = STATE_ACTIVE_WRITE;
|
||||
end
|
||||
end else begin
|
||||
if (stop_on_idle && s_axis_cmd.tready && !s_axis_cmd.tvalid) begin
|
||||
// no waiting command and stop_on_idle selected, issue stop condition
|
||||
phy_stop_bit = 1'b1;
|
||||
state_next = STATE_IDLE;
|
||||
end else begin
|
||||
state_next = STATE_ACTIVE_WRITE;
|
||||
end
|
||||
end
|
||||
end
|
||||
STATE_ACTIVE_READ: begin
|
||||
// line active to current address
|
||||
s_axis_cmd_ready_next = !m_axis_data.tvalid;
|
||||
|
||||
if (s_axis_cmd.tready && s_axis_cmd.tvalid) begin
|
||||
// command valid
|
||||
if (s_axis_cmd_read ^ (s_axis_cmd_write || s_axis_cmd_write_multi)) begin
|
||||
// read or write command
|
||||
addr_next = s_axis_cmd_address;
|
||||
mode_read_next = s_axis_cmd_read;
|
||||
mode_write_multiple_next = s_axis_cmd_write_multi;
|
||||
mode_stop_next = s_axis_cmd_stop;
|
||||
|
||||
s_axis_cmd_ready_next = 1'b0;
|
||||
|
||||
if (s_axis_cmd_start || s_axis_cmd_address != addr_reg || s_axis_cmd_write) begin
|
||||
// address or mode mismatch or forced start - repeated start
|
||||
|
||||
// write nack for previous read
|
||||
phy_write_bit = 1'b1;
|
||||
phy_tx_data = 1'b1;
|
||||
// repeated start bit
|
||||
state_next = STATE_START;
|
||||
end else begin
|
||||
// address and mode match
|
||||
|
||||
// write ack for previous read
|
||||
phy_write_bit = 1'b1;
|
||||
phy_tx_data = 1'b0;
|
||||
// start next read
|
||||
bit_count_next = 4'd8;
|
||||
data_next = 8'd0;
|
||||
state_next = STATE_READ;
|
||||
end
|
||||
end else if (s_axis_cmd_stop && !(s_axis_cmd_read || s_axis_cmd_write || s_axis_cmd_write_multi)) begin
|
||||
// stop command
|
||||
// write nack for previous read
|
||||
phy_write_bit = 1'b1;
|
||||
phy_tx_data = 1'b1;
|
||||
// send stop bit
|
||||
state_next = STATE_STOP;
|
||||
end else begin
|
||||
// invalid or unspecified - ignore
|
||||
state_next = STATE_ACTIVE_READ;
|
||||
end
|
||||
end else begin
|
||||
if (stop_on_idle && s_axis_cmd.tready && !s_axis_cmd.tvalid) begin
|
||||
// no waiting command and stop_on_idle selected, issue stop condition
|
||||
// write ack for previous read
|
||||
phy_write_bit = 1'b1;
|
||||
phy_tx_data = 1'b1;
|
||||
// send stop bit
|
||||
state_next = STATE_STOP;
|
||||
end else begin
|
||||
state_next = STATE_ACTIVE_READ;
|
||||
end
|
||||
end
|
||||
end
|
||||
STATE_START_WAIT: begin
|
||||
// wait for bus idle
|
||||
|
||||
if (bus_active) begin
|
||||
state_next = STATE_START_WAIT;
|
||||
end else begin
|
||||
// bus is idle, take control
|
||||
phy_start_bit = 1'b1;
|
||||
bit_count_next = 4'd8;
|
||||
state_next = STATE_ADDRESS_1;
|
||||
end
|
||||
end
|
||||
STATE_START: begin
|
||||
// send start bit
|
||||
|
||||
phy_start_bit = 1'b1;
|
||||
bit_count_next = 4'd8;
|
||||
state_next = STATE_ADDRESS_1;
|
||||
end
|
||||
STATE_ADDRESS_1: begin
|
||||
// send address
|
||||
bit_count_next = bit_count_reg - 1;
|
||||
if (bit_count_reg > 1) begin
|
||||
// send address
|
||||
phy_write_bit = 1'b1;
|
||||
phy_tx_data = addr_reg[bit_count_reg-2];
|
||||
state_next = STATE_ADDRESS_1;
|
||||
end else if (bit_count_reg != 0) begin
|
||||
// send read/write bit
|
||||
phy_write_bit = 1'b1;
|
||||
phy_tx_data = mode_read_reg;
|
||||
state_next = STATE_ADDRESS_1;
|
||||
end else begin
|
||||
// read ack bit
|
||||
phy_read_bit = 1'b1;
|
||||
state_next = STATE_ADDRESS_2;
|
||||
end
|
||||
end
|
||||
STATE_ADDRESS_2: begin
|
||||
// read ack bit
|
||||
missed_ack_next = phy_rx_data_reg;
|
||||
|
||||
if (mode_read_reg) begin
|
||||
// start read
|
||||
bit_count_next = 4'd8;
|
||||
state_next = STATE_READ;
|
||||
end else begin
|
||||
// start write
|
||||
s_axis_data_tready_next = 1'b1;
|
||||
state_next = STATE_WRITE_1;
|
||||
end
|
||||
end
|
||||
STATE_WRITE_1: begin
|
||||
s_axis_data_tready_next = 1'b1;
|
||||
|
||||
if (s_axis_data.tready && s_axis_data.tvalid) begin
|
||||
// got data, start write
|
||||
data_next = s_axis_data.tdata;
|
||||
last_next = s_axis_data.tlast;
|
||||
bit_count_next = 4'd8;
|
||||
s_axis_data_tready_next = 1'b0;
|
||||
state_next = STATE_WRITE_2;
|
||||
end else begin
|
||||
// wait for data
|
||||
state_next = STATE_WRITE_1;
|
||||
end
|
||||
end
|
||||
STATE_WRITE_2: begin
|
||||
// send data
|
||||
bit_count_next = bit_count_reg - 1;
|
||||
if (bit_count_reg != 0) begin
|
||||
// write data bit
|
||||
phy_write_bit = 1'b1;
|
||||
phy_tx_data = data_reg[bit_count_reg-1];
|
||||
state_next = STATE_WRITE_2;
|
||||
end else begin
|
||||
// read ack bit
|
||||
phy_read_bit = 1'b1;
|
||||
state_next = STATE_WRITE_3;
|
||||
end
|
||||
end
|
||||
STATE_WRITE_3: begin
|
||||
// read ack bit
|
||||
missed_ack_next = phy_rx_data_reg;
|
||||
|
||||
if (mode_write_multiple_reg && !last_reg) begin
|
||||
// more to write
|
||||
state_next = STATE_WRITE_1;
|
||||
end else if (mode_stop_reg) begin
|
||||
// last cycle and stop selected
|
||||
phy_stop_bit = 1'b1;
|
||||
state_next = STATE_IDLE;
|
||||
end else begin
|
||||
// otherwise, return to bus active state
|
||||
state_next = STATE_ACTIVE_WRITE;
|
||||
end
|
||||
end
|
||||
STATE_READ: begin
|
||||
// read data
|
||||
|
||||
bit_count_next = bit_count_reg - 1;
|
||||
data_next = {data_reg[6:0], phy_rx_data_reg};
|
||||
if (bit_count_reg != 0) begin
|
||||
// read next bit
|
||||
phy_read_bit = 1'b1;
|
||||
state_next = STATE_READ;
|
||||
end else begin
|
||||
// output data word
|
||||
m_axis_data_tdata_next = data_next;
|
||||
m_axis_data_tvalid_next = 1'b1;
|
||||
m_axis_data_tlast_next = 1'b0;
|
||||
if (mode_stop_reg) begin
|
||||
// send nack and stop
|
||||
m_axis_data_tlast_next = 1'b1;
|
||||
phy_write_bit = 1'b1;
|
||||
phy_tx_data = 1'b1;
|
||||
state_next = STATE_STOP;
|
||||
end else begin
|
||||
// return to bus active state
|
||||
state_next = STATE_ACTIVE_READ;
|
||||
end
|
||||
end
|
||||
end
|
||||
STATE_STOP: begin
|
||||
// send stop bit
|
||||
phy_stop_bit = 1'b1;
|
||||
state_next = STATE_IDLE;
|
||||
end
|
||||
default: begin
|
||||
state_next = STATE_IDLE;
|
||||
end
|
||||
endcase
|
||||
end
|
||||
end
|
||||
|
||||
always_comb begin
|
||||
phy_state_next = PHY_STATE_IDLE;
|
||||
|
||||
phy_rx_data_next = phy_rx_data_reg;
|
||||
|
||||
delay_next = delay_reg;
|
||||
delay_scl_next = delay_scl_reg;
|
||||
delay_sda_next = delay_sda_reg;
|
||||
|
||||
scl_o_next = scl_o_reg;
|
||||
sda_o_next = sda_o_reg;
|
||||
|
||||
bus_control_next = bus_control_reg;
|
||||
|
||||
if (phy_release_bus) begin
|
||||
// release bus and return to idle state
|
||||
sda_o_next = 1'b1;
|
||||
scl_o_next = 1'b1;
|
||||
delay_scl_next = 1'b0;
|
||||
delay_sda_next = 1'b0;
|
||||
delay_next = '0;
|
||||
phy_state_next = PHY_STATE_IDLE;
|
||||
end else if (delay_scl_reg) begin
|
||||
// wait for SCL to match command
|
||||
delay_scl_next = scl_o_reg && !scl_i_reg;
|
||||
phy_state_next = phy_state_reg;
|
||||
end else if (delay_sda_reg) begin
|
||||
// wait for SDA to match command
|
||||
delay_sda_next = sda_o_reg && !sda_i_reg;
|
||||
phy_state_next = phy_state_reg;
|
||||
end else if (delay_reg != 0) begin
|
||||
// time delay
|
||||
delay_next = delay_reg - 1;
|
||||
phy_state_next = phy_state_reg;
|
||||
end else begin
|
||||
case (phy_state_reg)
|
||||
PHY_STATE_IDLE: begin
|
||||
// bus idle - wait for start command
|
||||
sda_o_next = 1'b1;
|
||||
scl_o_next = 1'b1;
|
||||
if (phy_start_bit) begin
|
||||
sda_o_next = 1'b0;
|
||||
delay_next = 17'(prescale);
|
||||
phy_state_next = PHY_STATE_START_1;
|
||||
end else begin
|
||||
phy_state_next = PHY_STATE_IDLE;
|
||||
end
|
||||
end
|
||||
PHY_STATE_ACTIVE: begin
|
||||
// bus active
|
||||
if (phy_start_bit) begin
|
||||
sda_o_next = 1'b1;
|
||||
delay_next = 17'(prescale);
|
||||
phy_state_next = PHY_STATE_REPEATED_START_1;
|
||||
end else if (phy_write_bit) begin
|
||||
sda_o_next = phy_tx_data;
|
||||
delay_next = 17'(prescale);
|
||||
phy_state_next = PHY_STATE_WRITE_BIT_1;
|
||||
end else if (phy_read_bit) begin
|
||||
sda_o_next = 1'b1;
|
||||
delay_next = 17'(prescale);
|
||||
phy_state_next = PHY_STATE_READ_BIT_1;
|
||||
end else if (phy_stop_bit) begin
|
||||
sda_o_next = 1'b0;
|
||||
delay_next = 17'(prescale);
|
||||
phy_state_next = PHY_STATE_STOP_1;
|
||||
end else begin
|
||||
phy_state_next = PHY_STATE_ACTIVE;
|
||||
end
|
||||
end
|
||||
PHY_STATE_REPEATED_START_1: begin
|
||||
// generate repeated start bit
|
||||
// ______
|
||||
// sda XXX/ \_______
|
||||
// _______
|
||||
// scl ______/ \___
|
||||
//
|
||||
|
||||
scl_o_next = 1'b1;
|
||||
delay_scl_next = 1'b1;
|
||||
delay_next = 17'(prescale);
|
||||
phy_state_next = PHY_STATE_REPEATED_START_2;
|
||||
end
|
||||
PHY_STATE_REPEATED_START_2: begin
|
||||
// generate repeated start bit
|
||||
// ______
|
||||
// sda XXX/ \_______
|
||||
// _______
|
||||
// scl ______/ \___
|
||||
//
|
||||
|
||||
sda_o_next = 1'b0;
|
||||
delay_next = 17'(prescale);
|
||||
phy_state_next = PHY_STATE_START_1;
|
||||
end
|
||||
PHY_STATE_START_1: begin
|
||||
// generate start bit
|
||||
// ___
|
||||
// sda \_______
|
||||
// _______
|
||||
// scl \___
|
||||
//
|
||||
|
||||
scl_o_next = 1'b0;
|
||||
delay_next = 17'(prescale);
|
||||
phy_state_next = PHY_STATE_START_2;
|
||||
end
|
||||
PHY_STATE_START_2: begin
|
||||
// generate start bit
|
||||
// ___
|
||||
// sda \_______
|
||||
// _______
|
||||
// scl \___
|
||||
//
|
||||
|
||||
bus_control_next = 1'b1;
|
||||
phy_state_next = PHY_STATE_ACTIVE;
|
||||
end
|
||||
PHY_STATE_WRITE_BIT_1: begin
|
||||
// write bit
|
||||
// ________
|
||||
// sda X________X
|
||||
// ____
|
||||
// scl __/ \__
|
||||
|
||||
scl_o_next = 1'b1;
|
||||
delay_scl_next = 1'b1;
|
||||
delay_next = 17'(prescale);
|
||||
phy_state_next = PHY_STATE_WRITE_BIT_2;
|
||||
end
|
||||
PHY_STATE_WRITE_BIT_2: begin
|
||||
// write bit
|
||||
// ________
|
||||
// sda X________X
|
||||
// ____
|
||||
// scl __/ \__
|
||||
|
||||
scl_o_next = 1'b0;
|
||||
delay_next = 17'(prescale);
|
||||
phy_state_next = PHY_STATE_WRITE_BIT_3;
|
||||
end
|
||||
PHY_STATE_WRITE_BIT_3: begin
|
||||
// write bit
|
||||
// ________
|
||||
// sda X________X
|
||||
// ____
|
||||
// scl __/ \__
|
||||
|
||||
phy_state_next = PHY_STATE_ACTIVE;
|
||||
end
|
||||
PHY_STATE_READ_BIT_1: begin
|
||||
// read bit
|
||||
// ________
|
||||
// sda X________X
|
||||
// ____
|
||||
// scl __/ \__
|
||||
|
||||
scl_o_next = 1'b1;
|
||||
delay_scl_next = 1'b1;
|
||||
delay_next = 17'(prescale);
|
||||
phy_state_next = PHY_STATE_READ_BIT_2;
|
||||
end
|
||||
PHY_STATE_READ_BIT_2: begin
|
||||
// read bit
|
||||
// ________
|
||||
// sda X________X
|
||||
// ____
|
||||
// scl __/ \__
|
||||
|
||||
phy_rx_data_next = sda_i_reg;
|
||||
delay_next = 17'(prescale);
|
||||
phy_state_next = PHY_STATE_READ_BIT_3;
|
||||
end
|
||||
PHY_STATE_READ_BIT_3: begin
|
||||
// read bit
|
||||
// ________
|
||||
// sda X________X
|
||||
// ____
|
||||
// scl __/ \__
|
||||
|
||||
scl_o_next = 1'b0;
|
||||
delay_next = 17'(prescale);
|
||||
phy_state_next = PHY_STATE_READ_BIT_4;
|
||||
end
|
||||
PHY_STATE_READ_BIT_4: begin
|
||||
// read bit
|
||||
// ________
|
||||
// sda X________X
|
||||
// ____
|
||||
// scl __/ \__
|
||||
|
||||
phy_state_next = PHY_STATE_ACTIVE;
|
||||
end
|
||||
PHY_STATE_STOP_1: begin
|
||||
// stop bit
|
||||
// ___
|
||||
// sda XXX\_______/
|
||||
// _______
|
||||
// scl _______/
|
||||
|
||||
scl_o_next = 1'b1;
|
||||
delay_scl_next = 1'b1;
|
||||
delay_next = 17'(prescale);
|
||||
phy_state_next = PHY_STATE_STOP_2;
|
||||
end
|
||||
PHY_STATE_STOP_2: begin
|
||||
// stop bit
|
||||
// ___
|
||||
// sda XXX\_______/
|
||||
// _______
|
||||
// scl _______/
|
||||
|
||||
sda_o_next = 1'b1;
|
||||
delay_next = 17'(prescale);
|
||||
phy_state_next = PHY_STATE_STOP_3;
|
||||
end
|
||||
PHY_STATE_STOP_3: begin
|
||||
// stop bit
|
||||
// ___
|
||||
// sda XXX\_______/
|
||||
// _______
|
||||
// scl _______/
|
||||
|
||||
bus_control_next = 1'b0;
|
||||
phy_state_next = PHY_STATE_IDLE;
|
||||
end
|
||||
default: begin
|
||||
phy_state_next = PHY_STATE_IDLE;
|
||||
end
|
||||
endcase
|
||||
end
|
||||
end
|
||||
|
||||
always_ff @(posedge clk) begin
|
||||
state_reg <= state_next;
|
||||
phy_state_reg <= phy_state_next;
|
||||
|
||||
phy_rx_data_reg <= phy_rx_data_next;
|
||||
|
||||
addr_reg <= addr_next;
|
||||
data_reg <= data_next;
|
||||
last_reg <= last_next;
|
||||
|
||||
mode_read_reg <= mode_read_next;
|
||||
mode_write_multiple_reg <= mode_write_multiple_next;
|
||||
mode_stop_reg <= mode_stop_next;
|
||||
|
||||
delay_reg <= delay_next;
|
||||
delay_scl_reg <= delay_scl_next;
|
||||
delay_sda_reg <= delay_sda_next;
|
||||
|
||||
bit_count_reg <= bit_count_next;
|
||||
|
||||
s_axis_cmd_ready_reg <= s_axis_cmd_ready_next;
|
||||
|
||||
s_axis_data_tready_reg <= s_axis_data_tready_next;
|
||||
|
||||
m_axis_data_tdata_reg <= m_axis_data_tdata_next;
|
||||
m_axis_data_tlast_reg <= m_axis_data_tlast_next;
|
||||
m_axis_data_tvalid_reg <= m_axis_data_tvalid_next;
|
||||
|
||||
scl_i_reg <= scl_i;
|
||||
sda_i_reg <= sda_i;
|
||||
|
||||
scl_o_reg <= scl_o_next;
|
||||
sda_o_reg <= sda_o_next;
|
||||
|
||||
last_scl_i_reg <= scl_i_reg;
|
||||
last_sda_i_reg <= sda_i_reg;
|
||||
|
||||
busy_reg <= !(state_reg == STATE_IDLE || state_reg == STATE_ACTIVE_WRITE || state_reg == STATE_ACTIVE_READ) || !(phy_state_reg == PHY_STATE_IDLE || phy_state_reg == PHY_STATE_ACTIVE);
|
||||
|
||||
if (start_bit) begin
|
||||
bus_active_reg <= 1'b1;
|
||||
end else if (stop_bit) begin
|
||||
bus_active_reg <= 1'b0;
|
||||
end else begin
|
||||
bus_active_reg <= bus_active_reg;
|
||||
end
|
||||
|
||||
bus_control_reg <= bus_control_next;
|
||||
missed_ack_reg <= missed_ack_next;
|
||||
|
||||
if (rst) begin
|
||||
state_reg <= STATE_IDLE;
|
||||
phy_state_reg <= PHY_STATE_IDLE;
|
||||
delay_reg <= '0;
|
||||
delay_scl_reg <= 1'b0;
|
||||
delay_sda_reg <= 1'b0;
|
||||
s_axis_cmd_ready_reg <= 1'b0;
|
||||
s_axis_data_tready_reg <= 1'b0;
|
||||
m_axis_data_tvalid_reg <= 1'b0;
|
||||
scl_o_reg <= 1'b1;
|
||||
sda_o_reg <= 1'b1;
|
||||
busy_reg <= 1'b0;
|
||||
bus_active_reg <= 1'b0;
|
||||
bus_control_reg <= 1'b0;
|
||||
missed_ack_reg <= 1'b0;
|
||||
end
|
||||
end
|
||||
|
||||
endmodule
|
||||
|
||||
`resetall
|
||||
248
src/lss/rtl/taxi_i2c_single_reg.sv
Normal file
248
src/lss/rtl/taxi_i2c_single_reg.sv
Normal file
@@ -0,0 +1,248 @@
|
||||
// SPDX-License-Identifier: CERN-OHL-S-2.0
|
||||
/*
|
||||
|
||||
Copyright (c) 2023-2025 FPGA Ninja, LLC
|
||||
|
||||
Authors:
|
||||
- Alex Forencich
|
||||
|
||||
*/
|
||||
|
||||
`resetall
|
||||
`timescale 1ns / 1ps
|
||||
`default_nettype none
|
||||
|
||||
/*
|
||||
* I2C single register
|
||||
*/
|
||||
module taxi_i2c_single_reg #(
|
||||
parameter FILTER_LEN = 4,
|
||||
parameter logic [6:0] DEV_ADDR = 7'h70
|
||||
)
|
||||
(
|
||||
input wire logic clk,
|
||||
input wire logic rst,
|
||||
|
||||
/*
|
||||
* I2C interface
|
||||
*/
|
||||
input wire logic scl_i,
|
||||
output wire logic scl_o,
|
||||
input wire logic sda_i,
|
||||
output wire logic sda_o,
|
||||
|
||||
/*
|
||||
* Data register
|
||||
*/
|
||||
input wire logic [7:0] data_in = '0,
|
||||
input wire logic data_latch = '0,
|
||||
output wire logic [7:0] data_out
|
||||
);
|
||||
|
||||
localparam [2:0]
|
||||
STATE_IDLE = 3'd0,
|
||||
STATE_ADDRESS = 3'd1,
|
||||
STATE_ACK = 3'd2,
|
||||
STATE_WRITE_1 = 3'd3,
|
||||
STATE_WRITE_2 = 3'd4,
|
||||
STATE_READ_1 = 3'd5,
|
||||
STATE_READ_2 = 3'd6,
|
||||
STATE_READ_3 = 3'd7;
|
||||
|
||||
logic [2:0] state_reg = STATE_IDLE;
|
||||
|
||||
logic [7:0] data_reg = '0;
|
||||
logic [7:0] shift_reg = '0;
|
||||
|
||||
logic mode_read_reg = 1'b0;
|
||||
|
||||
logic [3:0] bit_count_reg = '0;
|
||||
|
||||
logic [FILTER_LEN-1:0] scl_i_filter_reg = '1;
|
||||
logic [FILTER_LEN-1:0] sda_i_filter_reg = '1;
|
||||
|
||||
logic scl_i_reg = 1'b1;
|
||||
logic sda_i_reg = 1'b1;
|
||||
|
||||
logic sda_o_reg = 1'b1;
|
||||
|
||||
logic last_scl_i_reg = 1'b1;
|
||||
logic last_sda_i_reg = 1'b1;
|
||||
|
||||
assign scl_o = 1'b1;
|
||||
assign sda_o = sda_o_reg;
|
||||
|
||||
assign data_out = data_reg;
|
||||
|
||||
wire scl_posedge = scl_i_reg && !last_scl_i_reg;
|
||||
wire scl_negedge = !scl_i_reg && last_scl_i_reg;
|
||||
wire sda_posedge = sda_i_reg && !last_sda_i_reg;
|
||||
wire sda_negedge = !sda_i_reg && last_sda_i_reg;
|
||||
|
||||
wire start_bit = sda_negedge && scl_i_reg;
|
||||
wire stop_bit = sda_posedge && scl_i_reg;
|
||||
|
||||
always_ff @(posedge clk) begin
|
||||
|
||||
if (start_bit) begin
|
||||
sda_o_reg <= 1'b1;
|
||||
|
||||
bit_count_reg <= 4'd7;
|
||||
state_reg <= STATE_ADDRESS;
|
||||
end else if (stop_bit) begin
|
||||
sda_o_reg <= 1'b1;
|
||||
|
||||
state_reg <= STATE_IDLE;
|
||||
end else begin
|
||||
case (state_reg)
|
||||
STATE_IDLE: begin
|
||||
// line idle
|
||||
sda_o_reg <= 1'b1;
|
||||
|
||||
state_reg <= STATE_IDLE;
|
||||
end
|
||||
STATE_ADDRESS: begin
|
||||
// read address
|
||||
sda_o_reg <= 1'b1;
|
||||
|
||||
if (scl_posedge) begin
|
||||
if (bit_count_reg > 0) begin
|
||||
// shift in address
|
||||
bit_count_reg <= bit_count_reg-1;
|
||||
shift_reg <= {shift_reg[6:0], sda_i_reg};
|
||||
state_reg <= STATE_ADDRESS;
|
||||
end else begin
|
||||
// check address
|
||||
mode_read_reg <= sda_i_reg;
|
||||
if (shift_reg[6:0] == DEV_ADDR) begin
|
||||
// it's a match, send ACK
|
||||
state_reg <= STATE_ACK;
|
||||
end else begin
|
||||
// no match, return to idle
|
||||
state_reg <= STATE_IDLE;
|
||||
end
|
||||
end
|
||||
end else begin
|
||||
state_reg <= STATE_ADDRESS;
|
||||
end
|
||||
end
|
||||
STATE_ACK: begin
|
||||
// send ACK bit
|
||||
if (scl_negedge) begin
|
||||
sda_o_reg <= 1'b0;
|
||||
bit_count_reg <= 4'd7;
|
||||
if (mode_read_reg) begin
|
||||
// reading
|
||||
shift_reg <= data_reg;
|
||||
state_reg <= STATE_READ_1;
|
||||
end else begin
|
||||
// writing
|
||||
state_reg <= STATE_WRITE_1;
|
||||
end
|
||||
end else begin
|
||||
state_reg <= STATE_ACK;
|
||||
end
|
||||
end
|
||||
STATE_WRITE_1: begin
|
||||
// write data byte
|
||||
if (scl_negedge) begin
|
||||
sda_o_reg <= 1'b1;
|
||||
state_reg <= STATE_WRITE_2;
|
||||
end else begin
|
||||
state_reg <= STATE_WRITE_1;
|
||||
end
|
||||
end
|
||||
STATE_WRITE_2: begin
|
||||
// write data byte
|
||||
sda_o_reg <= 1'b1;
|
||||
if (scl_posedge) begin
|
||||
// shift in data bit
|
||||
shift_reg <= {shift_reg[6:0], sda_i_reg};
|
||||
if (bit_count_reg > 0) begin
|
||||
bit_count_reg <= bit_count_reg-1;
|
||||
state_reg <= STATE_WRITE_2;
|
||||
end else begin
|
||||
data_reg <= {shift_reg[6:0], sda_i_reg};
|
||||
state_reg <= STATE_ACK;
|
||||
end
|
||||
end else begin
|
||||
state_reg <= STATE_WRITE_2;
|
||||
end
|
||||
end
|
||||
STATE_READ_1: begin
|
||||
// read data byte
|
||||
if (scl_negedge) begin
|
||||
// shift out data bit
|
||||
{sda_o_reg, shift_reg} <= {shift_reg, sda_i_reg};
|
||||
|
||||
if (bit_count_reg > 0) begin
|
||||
bit_count_reg <= bit_count_reg-1;
|
||||
state_reg <= STATE_READ_1;
|
||||
end else begin
|
||||
state_reg <= STATE_READ_2;
|
||||
end
|
||||
end else begin
|
||||
state_reg <= STATE_READ_1;
|
||||
end
|
||||
end
|
||||
STATE_READ_2: begin
|
||||
// read ACK bit
|
||||
if (scl_negedge) begin
|
||||
// release SDA
|
||||
sda_o_reg <= 1'b1;
|
||||
state_reg <= STATE_READ_3;
|
||||
end else begin
|
||||
state_reg <= STATE_READ_2;
|
||||
end
|
||||
end
|
||||
STATE_READ_3: begin
|
||||
// read ACK bit
|
||||
if (scl_posedge) begin
|
||||
if (sda_i_reg) begin
|
||||
// NACK, return to idle
|
||||
state_reg <= STATE_IDLE;
|
||||
end else begin
|
||||
// ACK, read another byte
|
||||
bit_count_reg <= 4'd7;
|
||||
shift_reg <= data_reg;
|
||||
state_reg <= STATE_READ_1;
|
||||
end
|
||||
end else begin
|
||||
state_reg <= STATE_READ_3;
|
||||
end
|
||||
end
|
||||
endcase
|
||||
end
|
||||
|
||||
if (data_latch) begin
|
||||
data_reg <= data_in;
|
||||
end
|
||||
|
||||
scl_i_filter_reg <= {scl_i_filter_reg[FILTER_LEN-2:0], scl_i};
|
||||
sda_i_filter_reg <= {sda_i_filter_reg[FILTER_LEN-2:0], sda_i};
|
||||
|
||||
if (scl_i_filter_reg == '1) begin
|
||||
scl_i_reg <= 1'b1;
|
||||
end else if (scl_i_filter_reg == '0) begin
|
||||
scl_i_reg <= 1'b0;
|
||||
end
|
||||
|
||||
if (sda_i_filter_reg == '1) begin
|
||||
sda_i_reg <= 1'b1;
|
||||
end else if (sda_i_filter_reg == '0) begin
|
||||
sda_i_reg <= 1'b0;
|
||||
end
|
||||
|
||||
last_scl_i_reg <= scl_i_reg;
|
||||
last_sda_i_reg <= sda_i_reg;
|
||||
|
||||
if (rst) begin
|
||||
state_reg <= STATE_IDLE;
|
||||
data_reg <= 8'd0;
|
||||
sda_o_reg <= 1'b1;
|
||||
end
|
||||
end
|
||||
|
||||
endmodule
|
||||
|
||||
`resetall
|
||||
221
src/lss/rtl/taxi_mdio_master.sv
Normal file
221
src/lss/rtl/taxi_mdio_master.sv
Normal file
@@ -0,0 +1,221 @@
|
||||
// SPDX-License-Identifier: CERN-OHL-S-2.0
|
||||
/*
|
||||
|
||||
Copyright (c) 2015-2025 FPGA Ninja, LLC
|
||||
|
||||
Authors:
|
||||
- Alex Forencich
|
||||
|
||||
*/
|
||||
|
||||
`resetall
|
||||
`timescale 1ns / 1ps
|
||||
`default_nettype none
|
||||
|
||||
/*
|
||||
* MDIO master
|
||||
*/
|
||||
module taxi_mdio_master (
|
||||
input wire logic clk,
|
||||
input wire logic rst,
|
||||
|
||||
/*
|
||||
* Host interface
|
||||
*/
|
||||
taxi_axis_if.snk s_axis_cmd,
|
||||
taxi_axis_if.src m_axis_rd_data,
|
||||
|
||||
/*
|
||||
* MDIO to PHY
|
||||
*/
|
||||
output wire logic mdc_o,
|
||||
input wire logic mdio_i,
|
||||
output wire logic mdio_o,
|
||||
output wire logic mdio_t,
|
||||
|
||||
/*
|
||||
* Status
|
||||
*/
|
||||
output wire logic busy,
|
||||
|
||||
/*
|
||||
* Configuration
|
||||
*/
|
||||
input wire logic [7:0] prescale
|
||||
);
|
||||
|
||||
localparam [1:0]
|
||||
STATE_IDLE = 2'd0,
|
||||
STATE_PREAMBLE = 2'd1,
|
||||
STATE_TRANSFER = 2'd2;
|
||||
|
||||
logic [1:0] state_reg = STATE_IDLE, state_next;
|
||||
|
||||
logic [7:0] count_reg = '0, count_next;
|
||||
logic [5:0] bit_count_reg = '0, bit_count_next;
|
||||
logic cycle_reg = 1'b0, cycle_next;
|
||||
|
||||
logic [31:0] data_reg = '0, data_next;
|
||||
|
||||
logic [1:0] op_reg = 2'b00, op_next;
|
||||
|
||||
logic s_axis_cmd_ready_reg = 1'b0, cmd_ready_next;
|
||||
|
||||
logic [15:0] m_axis_rd_data_reg = '0, m_axis_rd_data_next;
|
||||
logic m_axis_rd_data_valid_reg = 1'b0, m_axis_rd_data_valid_next;
|
||||
|
||||
logic mdio_i_reg = 1'b1;
|
||||
|
||||
logic mdc_o_reg = 1'b0, mdc_o_next;
|
||||
logic mdio_o_reg = 1'b0, mdio_o_next;
|
||||
logic mdio_t_reg = 1'b1, mdio_t_next;
|
||||
|
||||
logic busy_reg = 1'b0;
|
||||
|
||||
assign s_axis_cmd.tready = s_axis_cmd_ready_reg;
|
||||
|
||||
assign m_axis_rd_data.tdata = m_axis_rd_data_reg;
|
||||
assign m_axis_rd_data.tkeep = '1;
|
||||
assign m_axis_rd_data.tstrb = m_axis_rd_data.tkeep;
|
||||
assign m_axis_rd_data.tvalid = m_axis_rd_data_valid_reg;
|
||||
assign m_axis_rd_data.tlast = 1'b1;
|
||||
assign m_axis_rd_data.tid = '0;
|
||||
assign m_axis_rd_data.tdest = '0;
|
||||
assign m_axis_rd_data.tuser = '0;
|
||||
|
||||
assign mdc_o = mdc_o_reg;
|
||||
assign mdio_o = mdio_o_reg;
|
||||
assign mdio_t = mdio_t_reg;
|
||||
|
||||
assign busy = busy_reg;
|
||||
|
||||
wire [1:0] cmd_st = s_axis_cmd.tdata[31:30];
|
||||
wire [1:0] cmd_op = s_axis_cmd.tdata[29:28];
|
||||
wire [9:0] cmd_addr = s_axis_cmd.tdata[27:18];
|
||||
wire [15:0] cmd_data = s_axis_cmd.tdata[15:0];
|
||||
|
||||
always_comb begin
|
||||
state_next = STATE_IDLE;
|
||||
|
||||
count_next = count_reg;
|
||||
bit_count_next = bit_count_reg;
|
||||
cycle_next = cycle_reg;
|
||||
|
||||
data_next = data_reg;
|
||||
|
||||
op_next = op_reg;
|
||||
|
||||
cmd_ready_next = 1'b0;
|
||||
|
||||
m_axis_rd_data_next = m_axis_rd_data_reg;
|
||||
m_axis_rd_data_valid_next = m_axis_rd_data_valid_reg && !m_axis_rd_data.tready;
|
||||
|
||||
mdc_o_next = mdc_o_reg;
|
||||
mdio_o_next = mdio_o_reg;
|
||||
mdio_t_next = mdio_t_reg;
|
||||
|
||||
if (count_reg != 0) begin
|
||||
count_next = count_reg - 8'd1;
|
||||
state_next = state_reg;
|
||||
end else if (cycle_reg) begin
|
||||
cycle_next = 1'b0;
|
||||
mdc_o_next = 1'b1;
|
||||
count_next = prescale;
|
||||
state_next = state_reg;
|
||||
end else begin
|
||||
mdc_o_next = 1'b0;
|
||||
case (state_reg)
|
||||
STATE_IDLE: begin
|
||||
// idle - accept new command
|
||||
if (s_axis_cmd.tvalid) begin
|
||||
cmd_ready_next = 1'b1;
|
||||
data_next = {cmd_st, cmd_op, cmd_addr, 2'b10, cmd_data};
|
||||
op_next = cmd_op;
|
||||
mdio_t_next = 1'b0;
|
||||
mdio_o_next = 1'b1;
|
||||
bit_count_next = 6'd32;
|
||||
cycle_next = 1'b1;
|
||||
count_next = prescale;
|
||||
state_next = STATE_PREAMBLE;
|
||||
end else begin
|
||||
state_next = STATE_IDLE;
|
||||
end
|
||||
end
|
||||
STATE_PREAMBLE: begin
|
||||
cycle_next = 1'b1;
|
||||
count_next = prescale;
|
||||
if (bit_count_reg > 6'd1) begin
|
||||
bit_count_next = bit_count_reg - 6'd1;
|
||||
state_next = STATE_PREAMBLE;
|
||||
end else begin
|
||||
bit_count_next = 6'd32;
|
||||
{mdio_o_next, data_next} = {data_reg, mdio_i_reg};
|
||||
state_next = STATE_TRANSFER;
|
||||
end
|
||||
end
|
||||
STATE_TRANSFER: begin
|
||||
cycle_next = 1'b1;
|
||||
count_next = prescale;
|
||||
if (op_reg[1] && bit_count_reg == 6'd19) begin
|
||||
mdio_t_next = 1'b1;
|
||||
end
|
||||
if (bit_count_reg > 6'd1) begin
|
||||
bit_count_next = bit_count_reg - 6'd1;
|
||||
{mdio_o_next, data_next} = {data_reg, mdio_i_reg};
|
||||
state_next = STATE_TRANSFER;
|
||||
end else begin
|
||||
if (op_reg[1]) begin
|
||||
m_axis_rd_data_next = data_reg[15:0];
|
||||
m_axis_rd_data_valid_next = 1'b1;
|
||||
end
|
||||
mdio_t_next = 1'b1;
|
||||
state_next = STATE_IDLE;
|
||||
end
|
||||
end
|
||||
default: begin
|
||||
state_next = STATE_IDLE;
|
||||
end
|
||||
endcase
|
||||
end
|
||||
end
|
||||
|
||||
always_ff @(posedge clk) begin
|
||||
state_reg <= state_next;
|
||||
|
||||
count_reg <= count_next;
|
||||
bit_count_reg <= bit_count_next;
|
||||
cycle_reg <= cycle_next;
|
||||
|
||||
data_reg <= data_next;
|
||||
op_reg <= op_next;
|
||||
|
||||
s_axis_cmd_ready_reg <= cmd_ready_next;
|
||||
|
||||
m_axis_rd_data_reg <= m_axis_rd_data_next;
|
||||
m_axis_rd_data_valid_reg <= m_axis_rd_data_valid_next;
|
||||
|
||||
mdio_i_reg <= mdio_i;
|
||||
|
||||
mdc_o_reg <= mdc_o_next;
|
||||
mdio_o_reg <= mdio_o_next;
|
||||
mdio_t_reg <= mdio_t_next;
|
||||
|
||||
busy_reg <= (state_next != STATE_IDLE || count_reg != 0 || cycle_reg || mdc_o);
|
||||
|
||||
if (rst) begin
|
||||
state_reg <= STATE_IDLE;
|
||||
count_reg <= '0;
|
||||
bit_count_reg <= '0;
|
||||
cycle_reg <= 1'b0;
|
||||
s_axis_cmd_ready_reg <= 1'b0;
|
||||
m_axis_rd_data_valid_reg <= 1'b0;
|
||||
mdc_o_reg <= 1'b0;
|
||||
mdio_o_reg <= 1'b0;
|
||||
mdio_t_reg <= 1'b1;
|
||||
busy_reg <= 1'b0;
|
||||
end
|
||||
end
|
||||
|
||||
endmodule
|
||||
|
||||
`resetall
|
||||
5
src/lss/rtl/taxi_uart.f
Normal file
5
src/lss/rtl/taxi_uart.f
Normal file
@@ -0,0 +1,5 @@
|
||||
taxi_uart.sv
|
||||
taxi_uart_rx.sv
|
||||
taxi_uart_tx.sv
|
||||
taxi_uart_brg.sv
|
||||
../lib/taxi/src/axis/rtl/taxi_axis_if.sv
|
||||
132
src/lss/rtl/taxi_uart.sv
Normal file
132
src/lss/rtl/taxi_uart.sv
Normal file
@@ -0,0 +1,132 @@
|
||||
// SPDX-License-Identifier: CERN-OHL-S-2.0
|
||||
/*
|
||||
|
||||
Copyright (c) 2014-2025 FPGA Ninja, LLC
|
||||
|
||||
Authors:
|
||||
- Alex Forencich
|
||||
|
||||
*/
|
||||
|
||||
`resetall
|
||||
`timescale 1ns / 1ps
|
||||
`default_nettype none
|
||||
|
||||
/*
|
||||
* AXI4-Stream UART
|
||||
*/
|
||||
module taxi_uart #(
|
||||
parameter PRE_W = 16
|
||||
)
|
||||
(
|
||||
input wire logic clk,
|
||||
input wire logic rst,
|
||||
|
||||
/*
|
||||
* AXI4-Stream input (sink)
|
||||
*/
|
||||
taxi_axis_if.snk s_axis_tx,
|
||||
|
||||
/*
|
||||
* AXI4-Stream output (source)
|
||||
*/
|
||||
taxi_axis_if.src m_axis_rx,
|
||||
|
||||
/*
|
||||
* UART interface
|
||||
*/
|
||||
input wire logic rxd,
|
||||
output wire logic txd,
|
||||
|
||||
/*
|
||||
* Status
|
||||
*/
|
||||
output wire logic tx_busy,
|
||||
output wire logic rx_busy,
|
||||
output wire logic rx_overrun_error,
|
||||
output wire logic rx_frame_error,
|
||||
|
||||
/*
|
||||
* Configuration
|
||||
*/
|
||||
input wire logic [PRE_W-1:0] prescale
|
||||
|
||||
);
|
||||
|
||||
wire baud_clk;
|
||||
|
||||
taxi_uart_brg #(
|
||||
.PRE_W(PRE_W)
|
||||
)
|
||||
uart_brg_inst (
|
||||
.clk(clk),
|
||||
.rst(rst),
|
||||
|
||||
/*
|
||||
* Baud rate pulse out
|
||||
*/
|
||||
.baud_clk(baud_clk),
|
||||
|
||||
/*
|
||||
* Configuration
|
||||
*/
|
||||
.prescale(prescale)
|
||||
);
|
||||
|
||||
taxi_uart_tx
|
||||
uart_tx_inst (
|
||||
.clk(clk),
|
||||
.rst(rst),
|
||||
|
||||
/*
|
||||
* AXI4-Stream input (sink)
|
||||
*/
|
||||
.s_axis_tx(s_axis_tx),
|
||||
|
||||
/*
|
||||
* UART interface
|
||||
*/
|
||||
.txd(txd),
|
||||
|
||||
/*
|
||||
* Status
|
||||
*/
|
||||
.busy(tx_busy),
|
||||
|
||||
/*
|
||||
* Baud rate pulse in
|
||||
*/
|
||||
.baud_clk(baud_clk)
|
||||
);
|
||||
|
||||
taxi_uart_rx
|
||||
uart_rx_inst (
|
||||
.clk(clk),
|
||||
.rst(rst),
|
||||
|
||||
/*
|
||||
* AXI4-Stream output (source)
|
||||
*/
|
||||
.m_axis_rx(m_axis_rx),
|
||||
|
||||
/*
|
||||
* UART interface
|
||||
*/
|
||||
.rxd(rxd),
|
||||
|
||||
/*
|
||||
* Status
|
||||
*/
|
||||
.busy(rx_busy),
|
||||
.overrun_error(rx_overrun_error),
|
||||
.frame_error(rx_frame_error),
|
||||
|
||||
/*
|
||||
* Baud rate pulse in
|
||||
*/
|
||||
.baud_clk(baud_clk)
|
||||
);
|
||||
|
||||
endmodule
|
||||
|
||||
`resetall
|
||||
70
src/lss/rtl/taxi_uart_brg.sv
Normal file
70
src/lss/rtl/taxi_uart_brg.sv
Normal file
@@ -0,0 +1,70 @@
|
||||
// SPDX-License-Identifier: CERN-OHL-S-2.0
|
||||
/*
|
||||
|
||||
Copyright (c) 2025 FPGA Ninja, LLC
|
||||
|
||||
Authors:
|
||||
- Alex Forencich
|
||||
|
||||
*/
|
||||
|
||||
`resetall
|
||||
`timescale 1ns / 1ps
|
||||
`default_nettype none
|
||||
|
||||
/*
|
||||
* AXI4-Stream UART baud rate generator
|
||||
*/
|
||||
module taxi_uart_brg #(
|
||||
parameter PRE_W = 16
|
||||
)
|
||||
(
|
||||
input wire logic clk,
|
||||
input wire logic rst,
|
||||
|
||||
/*
|
||||
* Baud rate pulse out
|
||||
*/
|
||||
output wire logic baud_clk,
|
||||
|
||||
/*
|
||||
* Configuration
|
||||
*/
|
||||
input wire logic [PRE_W-1:0] prescale
|
||||
);
|
||||
|
||||
localparam FRAC_W = 3;
|
||||
localparam INT_W = PRE_W - FRAC_W;
|
||||
|
||||
logic [INT_W-1:0] prescale_int_reg = 0;
|
||||
logic [FRAC_W-1:0] prescale_frac_reg = 0;
|
||||
logic frac_ovf_reg = 1'b0;
|
||||
logic baud_clk_reg = 1'b0;
|
||||
|
||||
assign baud_clk = baud_clk_reg;
|
||||
|
||||
always_ff @(posedge clk) begin
|
||||
frac_ovf_reg <= 1'b0;
|
||||
baud_clk_reg <= 1'b0;
|
||||
|
||||
if (frac_ovf_reg) begin
|
||||
// delay extra cycle
|
||||
frac_ovf_reg <= 1'b0;
|
||||
end else if (prescale_int_reg != 0) begin
|
||||
prescale_int_reg <= prescale_int_reg - 1;
|
||||
end else begin
|
||||
prescale_int_reg <= prescale[FRAC_W +: INT_W] - 1;
|
||||
{frac_ovf_reg, prescale_frac_reg} <= prescale_frac_reg + prescale[FRAC_W-1:0];
|
||||
baud_clk_reg <= 1'b1;
|
||||
end
|
||||
|
||||
if (rst) begin
|
||||
prescale_int_reg <= 0;
|
||||
prescale_frac_reg <= 0;
|
||||
baud_clk_reg <= 0;
|
||||
end
|
||||
end
|
||||
|
||||
endmodule
|
||||
|
||||
`resetall
|
||||
139
src/lss/rtl/taxi_uart_rx.sv
Normal file
139
src/lss/rtl/taxi_uart_rx.sv
Normal file
@@ -0,0 +1,139 @@
|
||||
// SPDX-License-Identifier: CERN-OHL-S-2.0
|
||||
/*
|
||||
|
||||
Copyright (c) 2014-2025 FPGA Ninja, LLC
|
||||
|
||||
Authors:
|
||||
- Alex Forencich
|
||||
|
||||
*/
|
||||
|
||||
`resetall
|
||||
`timescale 1ns / 1ps
|
||||
`default_nettype none
|
||||
|
||||
/*
|
||||
* AXI4-Stream UART (RX)
|
||||
*/
|
||||
module taxi_uart_rx
|
||||
(
|
||||
input wire logic clk,
|
||||
input wire logic rst,
|
||||
|
||||
/*
|
||||
* AXI4-Stream output (source)
|
||||
*/
|
||||
taxi_axis_if.src m_axis_rx,
|
||||
|
||||
/*
|
||||
* UART interface
|
||||
*/
|
||||
input wire logic rxd,
|
||||
|
||||
/*
|
||||
* Status
|
||||
*/
|
||||
output wire logic busy,
|
||||
output wire logic overrun_error,
|
||||
output wire logic frame_error,
|
||||
|
||||
/*
|
||||
* Baud rate pulse in
|
||||
*/
|
||||
input wire logic baud_clk
|
||||
|
||||
);
|
||||
|
||||
localparam DATA_W = m_axis_rx.DATA_W;
|
||||
|
||||
logic [DATA_W-1:0] m_axis_tdata_reg = 0;
|
||||
logic m_axis_tvalid_reg = 1'b0;
|
||||
|
||||
logic rxd_reg = 1'b1;
|
||||
|
||||
logic overrun_error_reg = 1'b0;
|
||||
logic frame_error_reg = 1'b0;
|
||||
|
||||
logic [DATA_W-1:0] data_reg = 0;
|
||||
logic [2:0] baud_cnt_reg = 0;
|
||||
logic run_reg = 1'b0;
|
||||
logic start_reg = 1'b0;
|
||||
logic stop_reg = 1'b0;
|
||||
|
||||
assign m_axis_rx.tdata = m_axis_tdata_reg;
|
||||
assign m_axis_rx.tkeep = 1'b1;
|
||||
assign m_axis_rx.tstrb = m_axis_rx.tkeep;
|
||||
assign m_axis_rx.tvalid = m_axis_tvalid_reg;
|
||||
assign m_axis_rx.tlast = 1'b1;
|
||||
assign m_axis_rx.tid = '0;
|
||||
assign m_axis_rx.tdest = '0;
|
||||
assign m_axis_rx.tuser = '0;
|
||||
|
||||
assign busy = run_reg;
|
||||
assign overrun_error = overrun_error_reg;
|
||||
assign frame_error = frame_error_reg;
|
||||
|
||||
always_ff @(posedge clk) begin
|
||||
rxd_reg <= rxd;
|
||||
overrun_error_reg <= 1'b0;
|
||||
frame_error_reg <= 1'b0;
|
||||
|
||||
if (m_axis_rx.tvalid && m_axis_rx.tready) begin
|
||||
m_axis_tvalid_reg <= 1'b0;
|
||||
end
|
||||
|
||||
if (!baud_clk) begin
|
||||
// wait
|
||||
end else if (baud_cnt_reg != 0) begin
|
||||
baud_cnt_reg <= baud_cnt_reg - 1;
|
||||
end else if (run_reg) begin
|
||||
start_reg <= 1'b0;
|
||||
if (start_reg) begin
|
||||
// wait bit period for start bit
|
||||
baud_cnt_reg <= '1;
|
||||
if (rxd_reg) begin
|
||||
// start bit high, clear run bit
|
||||
run_reg <= 1'b0;
|
||||
frame_error_reg <= 1'b1;
|
||||
end
|
||||
end else begin
|
||||
{data_reg, stop_reg} <= {rxd_reg, data_reg};
|
||||
if (stop_reg) begin
|
||||
run_reg <= 1'b0;
|
||||
if (rxd_reg) begin
|
||||
// stop bit high, transfer data
|
||||
m_axis_tdata_reg <= data_reg;
|
||||
m_axis_tvalid_reg <= 1'b1;
|
||||
overrun_error_reg <= m_axis_tvalid_reg;
|
||||
end else begin
|
||||
// stop bit low
|
||||
frame_error_reg <= 1'b1;
|
||||
end
|
||||
end else begin
|
||||
baud_cnt_reg <= '1;
|
||||
end
|
||||
end
|
||||
end else begin
|
||||
data_reg <= {1'b1, {DATA_W-1{1'b0}}}; // marker bit
|
||||
start_reg <= 1'b1;
|
||||
stop_reg <= 1'b0;
|
||||
if (!rxd_reg) begin
|
||||
// falling edge of start bit
|
||||
// wait half bit period
|
||||
baud_cnt_reg <= 3'b011;
|
||||
run_reg <= 1'b1;
|
||||
end
|
||||
end
|
||||
|
||||
if (rst) begin
|
||||
m_axis_tvalid_reg <= 1'b0;
|
||||
rxd_reg <= 1'b1;
|
||||
run_reg <= 1'b0;
|
||||
overrun_error_reg <= 1'b0;
|
||||
frame_error_reg <= 1'b0;
|
||||
end
|
||||
end
|
||||
|
||||
endmodule
|
||||
|
||||
`resetall
|
||||
97
src/lss/rtl/taxi_uart_tx.sv
Normal file
97
src/lss/rtl/taxi_uart_tx.sv
Normal file
@@ -0,0 +1,97 @@
|
||||
// SPDX-License-Identifier: CERN-OHL-S-2.0
|
||||
/*
|
||||
|
||||
Copyright (c) 2014-2025 FPGA Ninja, LLC
|
||||
|
||||
Authors:
|
||||
- Alex Forencich
|
||||
|
||||
*/
|
||||
|
||||
`resetall
|
||||
`timescale 1ns / 1ps
|
||||
`default_nettype none
|
||||
|
||||
/*
|
||||
* AXI4-Stream UART (TX)
|
||||
*/
|
||||
module taxi_uart_tx
|
||||
(
|
||||
input wire logic clk,
|
||||
input wire logic rst,
|
||||
|
||||
/*
|
||||
* AXI4-Stream input (sink)
|
||||
*/
|
||||
taxi_axis_if.snk s_axis_tx,
|
||||
|
||||
/*
|
||||
* UART interface
|
||||
*/
|
||||
output wire logic txd,
|
||||
|
||||
/*
|
||||
* Status
|
||||
*/
|
||||
output wire logic busy,
|
||||
|
||||
/*
|
||||
* Baud rate pulse in
|
||||
*/
|
||||
input wire logic baud_clk
|
||||
);
|
||||
|
||||
localparam DATA_W = s_axis_tx.DATA_W;
|
||||
|
||||
logic s_axis_tready_reg = 1'b0;
|
||||
|
||||
logic txd_reg = 1'b1;
|
||||
|
||||
logic busy_reg = 1'b0;
|
||||
|
||||
logic [DATA_W:0] data_reg = 0;
|
||||
logic [2:0] baud_cnt_reg = 0;
|
||||
logic [3:0] bit_cnt_reg = 0;
|
||||
|
||||
assign s_axis_tx.tready = s_axis_tready_reg;
|
||||
|
||||
assign txd = txd_reg;
|
||||
|
||||
assign busy = busy_reg;
|
||||
|
||||
always_ff @(posedge clk) begin
|
||||
s_axis_tready_reg <= 1'b0;
|
||||
|
||||
if (!baud_clk) begin
|
||||
// wait
|
||||
end else if (baud_cnt_reg != 0) begin
|
||||
baud_cnt_reg <= baud_cnt_reg - 1;
|
||||
end else if (bit_cnt_reg == 0) begin
|
||||
busy_reg <= 1'b0;
|
||||
|
||||
if (s_axis_tx.tvalid) begin
|
||||
s_axis_tready_reg <= 1'b1;
|
||||
baud_cnt_reg <= '1;
|
||||
bit_cnt_reg <= DATA_W+1;
|
||||
data_reg <= {1'b1, s_axis_tx.tdata};
|
||||
txd_reg <= 1'b0;
|
||||
busy_reg <= 1'b1;
|
||||
end
|
||||
end else begin
|
||||
{data_reg, txd_reg} <= {1'b0, data_reg};
|
||||
baud_cnt_reg <= '1;
|
||||
bit_cnt_reg <= bit_cnt_reg - 1;
|
||||
end
|
||||
|
||||
if (rst) begin
|
||||
s_axis_tready_reg <= 1'b0;
|
||||
txd_reg <= 1'b1;
|
||||
baud_cnt_reg <= 0;
|
||||
bit_cnt_reg <= 0;
|
||||
busy_reg <= 1'b0;
|
||||
end
|
||||
end
|
||||
|
||||
endmodule
|
||||
|
||||
`resetall
|
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