1IP的硬件结构及寄存器

资料来源 电子下载网 下载时间 2010-7-11 19:13:28 本文地址 http://3ujj.com/sheji/qianrushi/1/462.html IP的硬件结构及寄存器 摘要: 详细介绍一种 I2C控制IP的工作原理及其可编程寄存器，给出该IP在CMOS数字成像中的应用实例。该实例基于可编程片上系统（SOPC）技术设计，在NiosII IDE中通过编写程序来实现系统功能，并通过QuartusII软件自带的SignalTapII进行验证。结果 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明，在CMOS成像领域选用该IP核，系统能充分利用SOPC技术的优势，具有扩展性好、控制灵活、开发周期短等特点。 关键词: SOPC； I2C控制IP； CMOS 中图分类号: TP368.1文献标识码: A NiosIIbased I2C Controller IP and Its Application in Imaging System※ He Bei, Gong Xiangdong, Zeng Zhenxing (College of Electronic Science and Technology, Shenzhen University, Shenzhen 518060, China) Abstract： The working principle of an I2C controller IP core is introduced, and the programmable registers of the IP core are described. The paper gives an application instance of CMOS digital imaging based on system�on�a�programmable�chip (SOPC) technology, and realizes the function by programming C code in NiosII IDE software. The system is tested by SiganalTapII of QuartusII. The system taking advantage of SOPC technology by using the I2C IP, experimental results show that it has the characteristics of good expansibility, control flexibility, shorter   time and so on. Key words: SOPC； I2C controller IP； CMOS 1  IP的硬件结构及寄存器 1.1  IP硬件结构 　　IP内部结构如图1所示。主要由波特率时钟寄存器、寄存器组控制器、并行I/O接口、I2C可编程接口、I2C接口引擎5个模块组成。 图1  I2C Controller IP结构图 　　波特率时钟产生器用来产生I2C IP工作的基本时钟频率；寄存器组控制器用来对寄存器进行设置，设置数据通过并行I/O接口传送到该模块中；并行I/O接口模块用来处理可编程接口模块传送过来的命令；I2C可编程接口模块用来设置IP各个寄存器的地址；I2C接口引擎模块执行I2C总线上数据的传输。 1.2  寄存器结构 　　I2C控制IP主要由6个寄存器构成，如表1所列。通过对寄存器的读写可以方便地控制I2C总线数据的传输，从而实现NiosII处理器与设备之间的通信。数据寄存器用来存放I2C总线上要传送的数据；波特率产生模块，波特率时钟寄存器和时钟寄存器共同决定I2C总线上SCL的频率。SCL的 计算公式 六西格玛计算公式下载结构力学静力计算公式下载重复性计算公式下载六西格玛计算公式下载年假计算公式 为。其中System_clk是系统时钟；Value是时钟寄存器的值；divider是波特率时钟寄存器的值所对应的分频数（寄存器的值与分频数相差为1，如寄存器设置为0，则分频数为1；寄存器设置为1，则分频数值为2）。 表1  IP寄存器描述 　　本地地址寄存器、控制寄存器、状态寄存器的详细介绍略――编者注。 2  I2C控制IP在成像系统中的应用 　　在成像系统中，CMOS传感器应用非常普遍。这些传感器大多数都自带I2C串行通信接口，本文以MT9M011为例介绍I2C控制IP在成像系统中的应用。MT9M011传感器根据读写位数可分为两种方式：16位数据读写方式和8位数据读写方式。这里选用曝光寄存器，采用16位读写方式进行操作，时序如图2所示。 图2  MT9M011读写时序 　　从设备地址(写模式)与从设备地址(读模式)高7位为从器件地址，第8位是读写控制位(R/W)，它控制数据的传输方向。 　　向曝光寄存器0x09写入数据：主器件启动传输，然后发送它所要寻址的从设备地址(写模式)。MT9M011监视总线，当其地址与传送的从器件地址相符时，响应一位应答信号，接着主器件发送曝光寄存器地址，MT9M011再次应答，在向曝光寄存器中写入16位数据后主器件停止写数据。每传送8位数据，从器件MT9M011都会产生一位应答信号。 　　从曝光寄存器0x09读出数据：开始部分与写数据时序是相同的，当主器件发送完从设备地址(写模式)和寄存器地址后，需要重新启动，并发送从设备地址(读模式)，然后才能从寄存器中读出数据。每读完1字节数据，主器件都会产生1位应答信号。当16位数据被读出后，主器件发送1位非应答信号，传输结束。 3  IP应用实例 3.1  硬件设计 本文使用I2C控制 IP对图像传感器MT9M011寄存器进行并行配置。硬件设计基于SOPC技术，将系统组件库提供的32位Nios II软核处理器、SDRAM接口模块、TIMER定时器模块（提供SignaltapII中对信号进行采样的频率）、PIO模块以及I2C控制IP（配置为主设备）集成在一块FPGA内\[1\]。QuartusII顶层原理略――编者注。 3.2  软件设计 　　软件的编写有两种方式：一种是对I2C控制 IP应用程序编程接口（API）函数的操作；另一种是利用Altera提供的读写函数对寄存器进行操作。为了提高系统运行的速度，采用第二种方法。系统软件部分是在NiosII IDE中，通过编写C代码完成的。 　　对CMOS寄存器的并行配置程序主要包括以下两个部分： ① IP初始化设置：包括设置波特率、设置本地址寄存器、设置时钟寄存器值。 ② 选择CMOS1，对其寄存器进行读写；选择CMOS2，对其寄存器进行读写。寄存器选择曝光寄存器。 关键代码如下： //初始化代码 IOWR_8DIRECT(I2C_MASTER_0_BASE,0x04,0x80);//选择本地地址寄存器 IOWR_8DIRECT(I2C_MASTER_0_BASE,0x00,0x55);//设置本地地址寄存器的值为0x55 IOWR_8DIRECT(I2C_MASTER_0_BASE,0x04,0xa0);//选择时钟寄存器 IOWR_8DIRECT(I2C_MASTER_0_BASE,0x00,0x7d);//设置时钟寄存器的值 ……//写入数据 while{ 　　IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DIRECTION(OPTION_BASE,1); 　　IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(OPTION_BASE,0); //使能CMOS1 　　checkBus();//监测总线忙/闲 　　IOWR_8DIRECT(I2C_MASTER_0_BASE,0x00,0xBA);//传送写控制字节 　　IOWR_8DIRECT(I2C_MASTER_0_BASE,0x04,0xc5);//设置控制寄存器 　　checkProgress();//监测写控制字节是否传完 　　IOWR_8DIRECT(I2C_MASTER_0_BASE,0x00,0x09);//选择配置CMOS1曝光寄存器 　　checkProgress(); 　　IOWR_8DIRECT(I2C_MASTER_0_BASE,0x00,0x06);//写入数据 　　…… 　　IOWR_8DIRECT(I2C_MASTER_0_BASE,0x04,0xc3);//写数据传输停止读出数据 　　…… 　　OWR_8DIRECT(I2C_MASTER_0_BASE,0x00,0xBB);//传送读控制字节 　　IOWR_8DIRECT(I2C_MASTER_0_BASE,0x04,0x45);//设置控制寄存器 　　checkProgress();//监测读控制字节是否传完 　　IOWR_8DIRECT(I2C_MASTER_0_BASE,0x04,0x41);//设置控制寄存器 　　read_data\[2\] = IORD_8DIRECT(I2C_MASTER_0_BASE,0x00);//读出数据 　　checkProgress(); 　　…… 　　IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(OPTION_BASE,1); //使能CMOS2 　　……//对CMOS2的读写方式同CMOS1 } //查询状态寄存器 void checkBus(){ 　　int busStat; 　　busStat = IORD_8DIRECT(I2C_MASTER_0_BASE,0x04) & 0x01; 　　while(busStat != 0x01) { 　　　　usleep(100); 　　　　busStat = IORD_8DIRECT(I2C_MASTER_0_BASE,0x04) & 0x01; 　　　　　　if(busStat==1) 　　　　　　　　break; 　　　　} 　　} void checkProgress(){ 　　int pin; 　　pin = IORD_8DIRECT(I2C_MASTER_0_BASE,0x04) & 0x80; 　　while(pin == 0x80) { 　　　　usleep(100); 　　　　pin = IORD_8DIRECT(I2C_MASTER_0_BASE,0x04) & 0x80; 　　　　if(pin == 0) 　　　　　　break; 　　} } 　　函数checkBus查询状态寄存器的BB来判断I2C总线忙/闲状态，checkProgres函数查询状态寄存器的PIN来判断总线数据是否传输完成。为了便于观察读出的数据和写入的数据是否一致，通常将程序包含在while语句中。 4  实验验证 　　将硬件系统生成的下载文件烧写到FPGA芯片上并运行C代码程序，用QuartusII自带的SignaltapII逻辑 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 仪对I2C总线上的数据进行观察。图3为所得到的波形，信号由上至下分别为CMOS2/CMOS1上的I2C总线信号m_sclk_2、m_sda_2、m_sclk_1、m_sda_1。前半部分给CMOS1写入0x06、0x07，然后读出；后半部分对CMOS2写入相同的数并读出。此波形满足MT9M011图像传感器时序读写要求。 图3  MT9M011读写时序图 5  系统扩展 　　在需要多路CMOS配置的应用中，使用该I2C控制 IP可以很容易地实现多路并行CMOS寄存器配置。例如，8路并行CMOS配置系统：在电路板上焊接8片CMOS传感器芯片，通过对分配器3路信号的控制将使能并行加载到8块CMOS芯片，3路控制信号和使能信号通过对SOPC系统的PIO接口模块的控制来实现，配置数据的传输则在I2C控制 IP的控制下完成。电路板结构简单，系统容易实现。 结语 　　本文所介绍的I2C IP可作为自定义组件加载到SOPC系统中，使系统的设计更为灵活，功能扩展上具有较大的潜力\[2\]。在采用CMOS图像传感器的成像系统中，I2C接口应用普遍，本文通过给出该IP应用实例，说明了该IP的使用具有广阔的前景和较高的应用价值。 编者注：本文为期刊缩略版，全文见本刊网站（www.mesnet.com.cn）。 参考文献 [1] 王刚.基于FPGA的SOPC嵌入式系统设计与典型实例[M].北京：电子工业出版社,2009. [2] 林鹏,姚耐军.基于SOPC数据采集系统的研究[J].天津理工大学学报,2006,22（3）：3941. [3] 张涛,郑冬军,王婧.基于CMOS技术的I2C总线接口实现方法[J].电子工程师,2007,33（10）：5860. [4] 全庆华.单片机与I2C总线应用浅谈[J].科技信息,2008:2830. [5] 愈金强.用FPGA实现I2C总线接口[J].电子科学,2009:67. [6] System Level Solutions Inc. IP Core I2C Controller［EB/OL].［2009]. http://www.slscorp.com/pages/ipi2ccontrollersls.Php. 贺贝（研究生）,主要研究领域为光电子技术。 （收稿日期：2010-01-13） 推荐阅读：(按住 Ctrl 鼠标左键点击标 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 可以打开详细内容) 1、IC检测方法 2、什么是遥感技术 3、什么是无线网址 4、制冷设备维修技巧 5、什么是色温 6、手机RF设计问答 7、微波简史 8、微波小知识 9、卫星导航知识 10、卫星与遥感技术