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lss: Add I2C single register module and testbench
Signed-off-by: Alex Forencich <alex@alexforencich.com>
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252
rtl/lss/taxi_i2c_single_reg.sv
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252
rtl/lss/taxi_i2c_single_reg.sv
Normal file
@@ -0,0 +1,252 @@
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||||
// SPDX-License-Identifier: CERN-OHL-S-2.0
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/*
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||||
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||||
Copyright (c) 2023-2025 FPGA Ninja, LLC
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||||
Authors:
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- Alex Forencich
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*/
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`resetall
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`timescale 1ns / 1ps
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`default_nettype none
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||||
/*
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||||
* I2C single register
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||||
*/
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||||
module taxi_i2c_single_reg #(
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||||
parameter FILTER_LEN = 4,
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parameter logic [6:0] DEV_ADDR = 7'h70
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||||
)
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||||
(
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input wire logic clk,
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||||
input wire logic rst,
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||||
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/*
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||||
* I2C interface
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||||
*/
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||||
input wire logic scl_i,
|
||||
output wire logic scl_o,
|
||||
output wire logic scl_t,
|
||||
input wire logic sda_i,
|
||||
output wire logic sda_o,
|
||||
output wire logic sda_t,
|
||||
|
||||
/*
|
||||
* Data register
|
||||
*/
|
||||
input wire logic [7:0] data_in = '0,
|
||||
input wire logic data_latch = '0,
|
||||
output wire logic [7:0] data_out
|
||||
);
|
||||
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||||
localparam [2:0]
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||||
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;
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||||
|
||||
logic [2:0] state_reg = STATE_IDLE;
|
||||
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||||
logic [7:0] data_reg = '0;
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||||
logic [7:0] shift_reg = '0;
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||||
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||||
logic mode_read_reg = 1'b0;
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||||
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||||
logic [3:0] bit_count_reg = '0;
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||||
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||||
logic [FILTER_LEN-1:0] scl_i_filter_reg = '1;
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||||
logic [FILTER_LEN-1:0] sda_i_filter_reg = '1;
|
||||
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||||
logic scl_i_reg = 1'b1;
|
||||
logic sda_i_reg = 1'b1;
|
||||
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||||
logic sda_o_reg = 1'b1;
|
||||
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||||
logic last_scl_i_reg = 1'b1;
|
||||
logic last_sda_i_reg = 1'b1;
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||||
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||||
assign scl_o = 1'b1;
|
||||
assign scl_t = 1'b1;
|
||||
assign sda_o = sda_o_reg;
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||||
assign sda_t = sda_o_reg;
|
||||
|
||||
assign data_out = data_reg;
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||||
|
||||
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
|
||||
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`resetall
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