探討有關(guān)AXIIIC和PSIIC的自調(diào)試技巧

“IIC 協(xié)議與編程序列” 一文，我們?yōu)閮?nèi)部集成電路 （IIC） 協(xié)議的初學(xué)者們提供了有關(guān)該協(xié)議基礎(chǔ)知識(shí)和編程序列的詳細(xì)解釋。

在本篇博文中，我們將探討有關(guān) AXI IIC 和 PS IIC 的自調(diào)試技巧。

PS IIC 編程序列調(diào)試：

控制器設(shè)置為 “主發(fā)射器 （Mastertransmitter）”。

在 Zynq-7000/Zynq UltraScale+ 器件中啟用 PS IIC。確保 SCL 頻率配置為 100 kHz 或 400 kHz。

設(shè)置主發(fā)射器控制器的控制寄存器。

檢查中斷是否已清除，并且已配置實(shí)際 SCL 的時(shí)鐘分頻器。

要測(cè)試與從設(shè)備的通信，請(qǐng)將從地址寫入 PS I2C 地址寄存器 （I2C_Address），然后將數(shù)據(jù)寫入 I2C_data_reg

HOLD 位應(yīng)根據(jù)數(shù)據(jù)大小來(lái)處理。當(dāng)數(shù)據(jù)大小小于 FIFO 深度時(shí)，請(qǐng)清除 HOLD 位以終止事務(wù)傳輸，并生成 STOP 位。

在中斷使能寄存器 （IER） 中使能 NACK 中斷后，即可通過(guò) ISR 來(lái)監(jiān)控從設(shè)備應(yīng)答 （ACK）。

驗(yàn)證 ISR 中的 COMP 標(biāo)記位已置位。這樣即可確認(rèn)數(shù)據(jù)傳輸成功。

如果主傳輸不成功，用戶可使用以下步驟進(jìn)行調(diào)試：

確?？刂萍拇嫫髦械呐渲谜_無(wú)誤

檢查 ISR 中的 NACK 位，以確認(rèn)從設(shè)備的響應(yīng)

按上述方式謹(jǐn)慎處理 HOLD 位。否則，將導(dǎo)致 SCL 下拉直至超時(shí)為止

監(jiān)控狀態(tài)寄存器中的 TXDV 位，檢查是否有任何暫掛數(shù)據(jù)正在等待傳輸

狀態(tài)寄存器中的“總線繁忙 （Bus busy）”位或 BA 位將有助于您了解數(shù)據(jù)傳輸期間的總線狀態(tài)。

控制器設(shè)置為 “主接收器 （Masterreceiver）”

與對(duì)應(yīng)主發(fā)射器的步驟 1 相同，在 Zynq-7000/Zynq UltraScale+ 器件中啟用 PS IIC。確保 SCL 頻率配置為 100 kHz 或 400 kHz。

使用軟件應(yīng)用來(lái)設(shè)置主接收器控制器的控制寄存器。

與對(duì)應(yīng)主發(fā)射器的步驟 3 相同，檢查中斷是否已清除，并且已配置實(shí)際 SCL 的時(shí)鐘分頻器。

將讀取數(shù)據(jù)計(jì)數(shù)填入 PS IIC 的傳輸大小寄存器。如果傳輸大小大于 FIFO 深度，則啟用 HOLD 位。

將地址寫入從地址寄存器

等待數(shù)據(jù)接收完成，可通過(guò)檢查狀態(tài)寄存器的 RXDV 位來(lái)確認(rèn)。

如果 RXDV = 0 且 ISR 中有任意中斷位處于置位狀態(tài)，則停止傳輸并報(bào)告錯(cuò)誤。

同樣，如果 RXDV = 1 且 ISR 中有任意中斷位處于置位狀態(tài)，則停止傳輸并報(bào)告錯(cuò)誤。

如果 RXDV=1 且未報(bào)告任何錯(cuò)誤，則從 FIFO 讀取數(shù)據(jù)，直至狀態(tài)變?yōu)?RXDV=1 為止。如果尚未完成接收的剩余數(shù)據(jù)（來(lái)自從設(shè)備）小于 FIFO 深度，則清除 HOLD 位。

等待 ISR 中的 COMP 位變?yōu)橹梦粻顟B(tài)以完成傳輸。

以上對(duì)應(yīng)編程序列的調(diào)試步驟適用于默認(rèn)輪詢方法。

如果對(duì)主接收器使用中斷方法，則存在如下差異：

您需要在數(shù)據(jù)傳輸前啟用中斷

無(wú)需監(jiān)控 RXDV 位，而需檢查 ISR 中的 DATA 位。

常見問(wèn)題解答

在 IIS 中，何謂“超時(shí)”？

如果在任何時(shí)間點(diǎn)上，主設(shè)備或接入的從設(shè)備將 SCL 時(shí)鐘信號(hào)置于低位，且時(shí)間超過(guò)超時(shí)寄存器中指定的時(shí)間段，則會(huì)生成 ［TO］ 中斷位以避免出現(xiàn)停滯狀況。

如何將 PS IIC 復(fù)位？

寄存器 RST_LPD_IOU2 位 9 和 10 用于復(fù)位控制器

支持哪些模式？

主設(shè)備模式、從設(shè)備模式以及多重主設(shè)備模式。

注：在多重主設(shè)備模式下，所有主設(shè)備中的 SCL 頻率需保持相同。

支持哪些頻率？

僅支持 100 kHz 和 400 kHz。

用戶如何檢查總線錯(cuò)誤？

在 ISR 寄存器中，監(jiān)控總線上是否存在 ARB_LOST、NACK、RX_OVF 和 RX_UNF 錯(cuò)誤。

如何區(qū)分 DATA 標(biāo)記與 COMP 標(biāo)記？

在 ISR 寄存器中，對(duì)應(yīng)每讀取 14 字節(jié)數(shù)據(jù)，DATA 位就有一個(gè)觸發(fā)器，而 COMP 位則用于指示傳輸完成。

PS IIC 遵循何種規(guī)范？

NXP 規(guī)范UM10204

支持的最大數(shù)據(jù)發(fā)射率是多少？

255 個(gè)字節(jié)

AXI IIC 編程序列調(diào)試：

用戶可以使用以下讀寫操作來(lái)調(diào)試 AXI IIC IP，以了解協(xié)議是否正常工作。

快速獲取結(jié)果的首選選項(xiàng)是使用“動(dòng)態(tài)”編程進(jìn)行調(diào)試。

動(dòng)態(tài)讀取操作：

此操作的最終目的是從從設(shè)備中讀取單一寄存器，以證明主從設(shè)備的功能是否正常。

使用寫入操作將 START + 從設(shè)備地址一起寫入 TX FIFO

將從設(shè)備的子寄存器地址寫入 TX FIFO

使用讀取操作將 RE-START + 從設(shè)備地址一起寫入 TX FIFO

將 STOP + 要從從設(shè)備讀取的字節(jié)數(shù)一起寫入 TX FIFO

使用控制寄存器來(lái)啟用控制器

輪詢 RX_FIFO_EMPTY 的狀態(tài)寄存器，以查看數(shù)據(jù)接收狀態(tài)（如果 RX_FIFO = 0，則數(shù)據(jù)已進(jìn)入接收 FIFO 內(nèi)）

如果 RX FIFO 中無(wú)數(shù)據(jù)，且 RX_FIFO_EMPTY 為 1，則可遵循以下步驟來(lái)了解問(wèn)題：

如果由于從設(shè)備不響應(yīng)而導(dǎo)致無(wú)法接收數(shù)據(jù)，那么原因可能是指定地址不存在任何從設(shè)備。請(qǐng)復(fù)查從設(shè)備地址是否正確。

如果您確認(rèn)從設(shè)備地址正確無(wú)誤，請(qǐng)?zhí)綔y(cè) SCL/SDA 以了解是否正在從從設(shè)備生成 ACK。

如果有來(lái)自從設(shè)備的 ACK，請(qǐng)以相同方式檢查子寄存器，以對(duì)通信進(jìn)行調(diào)試。

檢查 TX_FIFO_Empty 標(biāo)記，確認(rèn)是否所有數(shù)據(jù)都已完成發(fā)射。

如果步驟 6 中未發(fā)現(xiàn)任何問(wèn)題，則表示您可從從設(shè)備接收數(shù)據(jù)，請(qǐng)檢查是否已建立通信。

動(dòng)態(tài)寫入操作：

使用寫入操作將 START + 從設(shè)備地址一起寫入 TX FIFO

將從設(shè)備的子寄存器地址寫入 TX FIFO

將除最后一個(gè)字節(jié)外的所有數(shù)據(jù)字節(jié)都寫入 TX FIFO

將 STOP + 最后一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)寫入 TX FIFO

使用控制寄存器來(lái)啟用控制器

輪詢 TX_FIFO_EMPTY 的狀態(tài)寄存器，以判定數(shù)據(jù)發(fā)射狀態(tài)（TX_FIFO_Empty = 1 表示數(shù)據(jù)發(fā)射已完成）。

如果用戶想要檢查寫入操作是否正確，可通過(guò)以下步驟來(lái)進(jìn)行調(diào)試：

請(qǐng)檢查發(fā)射占用寄存器，確認(rèn)是否已發(fā)射所有數(shù)據(jù)。

用戶還可以執(zhí)行上述讀取操作以便通過(guò)讀取和驗(yàn)證數(shù)據(jù)來(lái)交叉驗(yàn)證寫入操作。

如果有來(lái)自從設(shè)備的 ACK，還請(qǐng)以相同方式檢查子寄存器，以對(duì)通信進(jìn)行調(diào)試。

檢查 TX_FIFO_Empty 標(biāo)記，確認(rèn)是否所有數(shù)據(jù)都已完成發(fā)射。

如果步驟 6 中未發(fā)現(xiàn)任何問(wèn)題，則表示您可將數(shù)據(jù)寫入從設(shè)備，請(qǐng)檢查是否已建立通信。

如何開始進(jìn)行基本設(shè)計(jì)測(cè)試？

邏輯測(cè)試用例：

從 PS-IIC 訪問(wèn) EEPROM - 用戶可參閱代碼示例以測(cè)試如何通過(guò) PS IIC 控制器訪問(wèn)從設(shè)備。

針對(duì)從設(shè)備的低級(jí) AXI IIC 寄存器訪問(wèn) - 用戶可使用隨附的代碼示例來(lái)測(cè)試 AXI IIC 控制器的基本功能。

從 AXI-IIC 訪問(wèn) EEPROM - 用戶可參閱代碼示例以測(cè)試如何通過(guò) AXI IIC 控制器訪問(wèn)從設(shè)備。

Linux 測(cè)試用例：

從PS-IIC 訪問(wèn) EEPROM

請(qǐng)參閱 Wiki 頁(yè)面

https://xilinx-wiki.atlassian.net/wiki/spaces/A/pages/18842160/Cadence+I2C+Driver

以獲取 PS IIC 內(nèi)核配置、設(shè)備樹節(jié)點(diǎn)和可用的用戶應(yīng)用示例。

從 AXI-IIC 訪問(wèn) EEPROM

請(qǐng)參閱 Wiki 頁(yè)面

https://xilinx-wiki.atlassian.net/wiki/spaces/A/pages/18841974/Linux+I2C+Driver

以獲取 AXI IIC 內(nèi)核配置、設(shè)備樹節(jié)點(diǎn)和可用的 sysfs 示例。

時(shí)鐘拉伸

IIC 設(shè)備可以通過(guò)拉伸 SCL 來(lái)延緩?fù)ㄐ?。?SCL 低位狀態(tài)下，總線上的任何 IIC 主設(shè)備或從設(shè)備均可額外下拉 SCL 以防止其重新拉高，使其能夠降低 SCL 時(shí)鐘速率或者將 IIC 通信停止一段時(shí)間。

如何使用 AXI-IIC 來(lái)測(cè)試時(shí)鐘拉伸

測(cè)試用例的目的是生成時(shí)鐘拉伸機(jī)制。

簡(jiǎn)單硬件設(shè)計(jì)示例如下：

創(chuàng)建含 2 個(gè) AXI-IIC IP 實(shí)例的 Vivado 硬件設(shè)計(jì)

在此測(cè)試用例中，2 個(gè) IP 的輸出頻率相同。

每個(gè) AXI IIC IP 的 SCL 和 SDA 都應(yīng)在外部環(huán)回，即 SCL0 到 SCL1 且 SDA0 到 SDA1。

設(shè)計(jì)就緒后，您就可以導(dǎo)出到 SDK 并包含以下附件中的源代碼。

注：隨附的模塊框圖和源代碼示例已在 ZCU102 板上經(jīng)過(guò)測(cè)試。用戶可以在自己的定制板上利用此測(cè)試用例，也可將其移植到 Vitis。

如何為賽靈思 IIC 控制器選擇從設(shè)備？

AXI IIC 和 PS IIC 控制器都符合 NXP IIC 總線規(guī)范。用戶必須確保其選擇使用的從設(shè)備的時(shí)序參數(shù)與UM10204 的第 48 頁(yè)上的“表 10”中的參數(shù)相同。

SDA 和 SCL 總線行的時(shí)序參數(shù)

注： PS IIC 不支持 Fast-mode Plus。
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