I2C_WRITE_WDATA.v模塊實(shí)現(xiàn)I2C寫時(shí)序，I2C_Controller (I2C控制器)例化了I2C_WRITE_WDATA.v模塊，同時(shí)增加了I2C數(shù)據(jù)線SDA的三態(tài)緩沖電路。I2C_HDMI_Config.v 是頂層模塊，該模塊例化了I2C_Controller模塊，對(duì)系統(tǒng)時(shí)鐘進(jìn)行了分頻，并控制寄存器的配置。

1 I2C寫操作的Verilog實(shí)現(xiàn)

I2C_WRITE_WDATA.v是一個(gè)I2C寫數(shù)據(jù)模塊，用于通過(guò)I2C總線向從設(shè)備ADV7513寫入數(shù)據(jù)。

該模塊接口定義如下：

該模塊實(shí)現(xiàn)了一個(gè)狀態(tài)機(jī)，其功能是向從設(shè)備寫入多個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)。它按照I2C協(xié)議生成起始條件、發(fā)送從設(shè)備地址(包括讀/寫位)、發(fā)送數(shù)據(jù)字節(jié)以及產(chǎn)生停止條件。同時(shí)，它還會(huì)檢測(cè)從設(shè)備的應(yīng)答信號(hào)，并在傳輸完成后給出結(jié)束信號(hào)。具體過(guò)程如下圖：

為了能更好的理解這個(gè)狀態(tài)機(jī)的控制邏輯，下面畫出I2C傳輸某個(gè)寄存器的過(guò)程波形如下：

2 I2C的三態(tài)門電路Verilog實(shí)現(xiàn)

I2C_Controller.v里面例化了一個(gè)I2C_WRITE_WDATA.v模塊：

該模塊將I2C_WRITE_WDATA.v模塊的SDAI 和SDAO 之間增加了一個(gè)三態(tài)門電路：

在I2C_WRITE_WDATA模塊中，SDAO是輸出信號(hào)，用于控制數(shù)據(jù)線的輸出狀態(tài)。當(dāng)需要輸出高電平時(shí)，SDAO設(shè)置為1，使得I2C_SDAT為高阻，由上拉電阻拉高;當(dāng)需要輸出低電平時(shí)，SDAO設(shè)置為0，將I2C_SDAT拉低。同時(shí)，I2C_WRITE_WDATA模塊還接收SDAI(即I2C_SDAT)作為輸入，用于讀取總線上的實(shí)際狀態(tài)(例如檢測(cè)ACK信號(hào))。

3 I2C配置寄存器的Verilog設(shè)計(jì)

這是一個(gè)HDMI的寄存器配置模塊，它使用了一個(gè)查找表(LUT)來(lái)存儲(chǔ)配置數(shù)據(jù)，然后通過(guò)I2C控制器(實(shí)現(xiàn)了I2C協(xié)議)對(duì)HDMI transmitter的寄存器逐個(gè)進(jìn)行寫入配置。

時(shí)鐘分頻

一般FPGA開發(fā)板板載系統(tǒng)時(shí)鐘是50MHz， 但是I2C 的時(shí)鐘不能太高，從手冊(cè)上看， 最大不能超過(guò)400KHz，所以設(shè)計(jì)代碼的時(shí)候需要分頻。

Verilog代碼里面將50MHz時(shí)鐘分頻為20KHz時(shí)鐘：

配置寄存器

寄存器配置的值通過(guò)查找表(LUT)來(lái)存儲(chǔ)， 代碼里面主要配置了31個(gè)寄存器，其他的沒有配置的就表示使用的是默認(rèn)的配置，有關(guān)于ADV7513的寄存器查找請(qǐng)參考2 ADV7513寄存器配置章節(jié)。

寄存器數(shù)據(jù)的配置采用一個(gè)三狀態(tài)的狀態(tài)機(jī)去控制：

狀態(tài)機(jī)完整代碼如下：

這個(gè)狀態(tài)機(jī)確保了HDMI配置數(shù)據(jù)的可靠傳輸，具備完整的錯(cuò)誤處理和重試機(jī)制，是HDMI初始化過(guò)程中的核心控制邏輯。

I2C設(shè)備地址

ADV7513的PD引腳接2K電阻到地：

參考ADV7513_Hardware_User's_Guide_R0.pdf文檔可知其I2C讀、寫地址是0x72/0x73：

HDMI_TX_INT信號(hào)

HDMI_TX_INT信號(hào)低電平有效，具體描述可以參考ADV7513_Hardware_User's_Guide_R0.pdf的第17頁(yè)：

在DE10-Nano的開發(fā)板電路中，

該引腳默認(rèn)被拉高到3.3V，當(dāng)觸發(fā)中斷事件發(fā)生時(shí)，由軟件控制該信號(hào)發(fā)生電平變化。

I2C_HDMI_Config.v文件里面設(shè)置若HDMI_TX_INT信號(hào)為低電平，則重新配置寄存器：