EEPROM读写学习笔记与I2C总线(二)

        无论任何电子产品都会涉及到数据的产生与数据的保存,这个数据可能并不是用来长久保存,只是在运行程序才会用到,有些数据体量较大对于获取时效性并不太强,各种各样的数据也就有不同的存储载体,这次在EEPROM读写中,顺道把看到的关于存储的一些东西整理一下,有些话来自于网友,所以还是那句话,看到的人要带着自己的思考去看,记住尽信书不如无书,fighting!!!

     一、基本概念

         最熟悉的两个词语应该是RAM与ROM,RAM(Random Access Memory)的全名为随机存取记忆体,它相当于PC机上的移动存储,用来存储和保存数据的。它在任何时候都可以读写,RAM通常是作为操作系统或其他正在运行程序的临时存储介质,它的一切都是最好的,唯一缺点断电一切东西都没有了。一般情况下,现在移动设备也多了,我们叫它内存,更通常的叫运行内存。还有一个熟悉的词DDR2或DDR3,后面还会学习到的。

        ROM(Read Only Memory)的全名为唯读记忆体,它相当于PC机上的硬盘,用来存储和保存数据。ROM数据不能随意更新,但是在任何时候都可以读取。即使是断电,ROM也能够保留数据。但是资料一但写入后只能用特殊方法或根本无法更改,但这么久了ROM已经有了很大的发展,不再是最初的摸样了。rom最初不能编程,出厂什么内容就永远什么内容,不灵活。后来出现了prom,可以自己写入一次,要是写错了,只能换一片,自认倒霉。人类文明不断进步,终于出现了可多次擦除写入的EPROM,每次擦除要把芯片拿到紫外线上照一下,想一下你往单片机上下了一个程序之后发现有个地方需要加一句话,为此你要把单片机放紫外灯下照半小时,然后才能再下一次,这么折腾一天也改不了几次。历史的车轮不断前进,伟大的EEPROM出现了,拯救了一大批程序员,终于可以随意的修改rom中的内容了,这一段话就说出了ROM的发展历程。

      狭义的EEPROM:这种rom的特点是可以随机访问和修改任何一个字节,可以往每个bit中写入0或者1。这是最传统的一种EEPROM,掉电后数据不丢失,可以保存100年,可以擦写100w次。具有较高的可靠性,但是电路复杂/成本也高。它的改写是由高电压或者由控制端的逻辑电平来完成的。因此目前的EEPROM都是几十千字节到几百千字节的,绝少有超过512K的。我们也就发现了EEPROM的确可以实现随意读写,EEPROM的全称是“电可擦除可编程只读存储器”,即Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory。可介绍的这两种都不存在大容量并且也十分昂贵,那我们平时见到的几十G的存储设备是什么?flash就应运而生了。flash属于广义的EEPROM,因为它也是电擦除的rom。但是为了区别于一般的按字节为单位的擦写的EEPROM,我们都叫它flash。flash做的改进就是擦除时不再以字节为单位,而是以为单位,一次简化了电路,数据密度更高,降低了成本。上M的rom一般都是flash。

     ROM的应用

对数指数、三角函数等常规计算通过写出真值表,将自变量以地址码的形式输至ROM,用ROM表来实现。还有码制转换,例如二进制码转格雷码。脉冲序列发生器,伪彩色处理电路,也就是将一幅黑白图像变成彩色图像显示,将灰度图像对应到red , green , blue三个通道上,最后将三个通道的颜色值合成为需要显示的RGB颜色值即可。具体可参考       https://blog.csdn.net/huixingshao/article/details/42706699 。

    接下来说一下flash的分类,flash分为nor flashnand flash。nor flash数据线和地址线分开,可以实现ram一样的随机寻址功能,可以读取任何一个字节。但是擦除仍要按块来擦。nand flash同样是按块擦除,但是数据线和地址线复用,不能利用地址线随机寻址。读取只能按页来读取。NOR Flash的读取,用户可以直接运行装载在NOR FLASH里面的代码。NAND Flash没有采取内存RAM的随机读取技术,它的读取是以一次读取一块的形式来进行的,通常是一次读取512个字节,采用这种技术的Flash比较廉价。用户不能直接运行NAND Flash上的代码,因此好多使用NAND Flash的开发板除了使用NAND Flah以外,还作上了一块小的NOR Flash来运行启动代码。nandflash引脚上复用,因此读取速度比nor flash慢一点,但是擦除和写入速度比nor flash快很多。nand flash内部电路更简单,因此数据密度大,体积小,成本也低。因此大容量的flash都是nand型的。小容量的2~12M的flash多是nor型的。nor flash可以进行字节寻址,所以程序可以在nor flash中运行。嵌入式系统多用一个小容量的nor flash存储引导代码,用一个大容量的nand flash存放文件系统和内核。

二、I2C总线

      这个在我转载的一篇文章里面有很详细的描述,就不在提及了。有一个问题是无论UART还是I2C都是串行按位传输数据,区别在哪?还有SPI传输,下面分别总结一下三者的特点。

         UART:两线,一根发送一根接收,可以全双工通信,数据异步传输,对双方的时序要求比较严格,在多机通信上面用的最多。按照标准波特率完成双向通讯,速度慢,之前提到采集一位数据就需要16个时钟周期,适合远距离传输,比如IEEE488定义并行通行状态时,规定设备线总常不得超过20米,并且任意两个设备间的长度不得超过2米;而对于串口而言,长度可达1200米。UART需要固定的波特率,就是说两位数据的间隔要相等,

 

         I2C:能用于替代标准的并行总线,能连接的各种集成电路和功能模块。I2C是多主控总线,所以任何一个设备都能像主控器一样工作,并控制总线。总线上每一个设备都有一个独一无二的地址,根据设备它们自己的能力,它们可以作为发射器或接收器工作。多路微控制器能在同一个I2C总线上共存,当然在任何时间点上只能有一个主控。一般用于同一板卡上芯片之间的通信,较少用于远距离通信。

 

         SPI:SPI接口和UART相比,多了一条同步时钟线,对通信双方的时序要求不严格不同设备之间可以很容易结合,而且通信速度非常快。一般用在产品内部元件之间的高速数据通信上面,如大容量存储器flash等。高速同步串行口,3~4线接口,收发独立、可同步进行。

三、EEPROM通信举例

同样通过一个程序来学习里面内容。自加内容用红笔标出。

1)IIC_WR模块

写步骤:

a.     实现开始信号

b.     发送24LC04B设备地址,从机发送应答信号

c.     发送待存储数据的地址,接受应答信号

d.     发送待写入数据,接受应答信号

e.     实现结束信号

读步骤:

a.     实现开始信号

b.     发送24LC04B设备地址,从机发送应答信号

c.     发送待读取数据的地址,接受应答信号

d.     实现开始信号

e.     发送24LC04B设备地址,从机发送应答信号

f.     读取8位数据

g.     实现非应答信号

h.     实现结束信号

通过状态机 i 来切换 IIC 的不同状态,譬 如接收到写命令,状态机i=0 转入 Start 状态,SDA 先变低,再 SCL 变低;状态机i=1 开 始 转 入 写 设 备 地 址 0xA0; 之 后 状 态 机 转 到 7 开 始 发 送 8 位 的 数 据 , 其 中 状 态 机 i=7,8,9,10,11,12,13,14 是 IIC 发送8位的数据,然后状态机进入 i=15 等待 IIC 从设备的应答 信号。状态机 i=16 为判断是否有应答,如果有的话状态机转到 i=2 写 IIC 的地址,然后状态机 又是重复i=7,8,9,10,11,12,13,14 发送地址和 i=15 等待应答,i=16 判断应答。最后状态机 i=3 开始发送 IIC 写数据。发送完数据 i=4 发送 Stop 信号。

  1 module iic_com
  2 (
  3     input CLK,
  4      input RSTn,
  5      
  6      input [1:0] Start_Sig,             //read or write command
  7      input [7:0] Addr_Sig,              //eeprom words address
  8      input [7:0] WrData,                //eeprom write data
  9      output [7:0] RdData,               //eeprom read data
 10      output Done_Sig,                   //eeprom read/write finish
 11      
 12      output SCL,
 13      inout SDA
 14      
 15 );
 16 
 17 parameter F250K = 9'd200;                //250Khz的时钟分频系数    //200分频系数不必要用到9位,可改为8          
 18      
 19 reg [4:0]i;           //用来只是状态机
 20 reg [4:0]Go;
 21 reg [8:0]C1;
 22 reg [7:0]rData;         //读信号
 23 reg rSCL;
 24 reg rSDA;
 25 reg isAck;
 26 reg isDone;          //结束信号
 27 reg isOut;    
 28  
 29 assign Done_Sig = isDone;
 30 assign RdData = rData;
 31 assign SCL = rSCL;
 32 assign SDA = isOut ? rSDA : 1'bz;        //SDA数据输出选择 //SDA的数据输出受到SCL的控制,SCL为高时SDA保持不变,在接收应答位期间SDA也受控制
 33 
 34 //****************************************// 
 35 //*             I2C读写处理程序            *// 
 36 //****************************************// 
 37 always @ ( posedge CLK or negedge RSTn )
 38      if( !RSTn )  begin
 39             i <= 5'd0;               //状态机初始为0
 40             Go <= 5'd0;
 41             C1 <= 9'd0;
 42             rData <= 8'd0;
 43             rSCL <= 1'b1;            //数据线和时钟线保持高电平初始值
 44             rSDA <= 1'b1;
 45             isAck <= 1'b1;           //信号为低电平时规定为有效应答位,高电平为非有效应答位。
 46             isDone <= 1'b0;
 47             isOut <= 1'b1;
 48      end
 49      else if( Start_Sig[0] )                     //I2C 数据写   //start_sig用来判断数据为读或写
 50          case( i )
 51                     
 52             0: //发送IIC开始信号
 53              begin
 54                     isOut <= 1;                         //SDA端口输出
 55                     
 56                     if( C1 == 0 ) rSCL <= 1'b1;
 57                     else if( C1 == 200 ) rSCL <= 1'b0;       //SCL由高变低   //分频系数为200,计数到200表明经过一个新的时钟周期时钟线变为低电平。
 58                               
 59                     if( C1 == 0 ) rSDA <= 1'b1; 
 60                     else if( C1 == 100 ) rSDA <= 1'b0;        //SDA先由高变低   //计数到100时,rSDA变为低电平,符合信号开始发送条件。
 61                               
 62                     if( C1 == 250 -1) begin C1 <= 9'd0; i <= i + 1'b1; end
 63                     else C1 <= C1 + 1'b1;  //i=0用来表示开始信号发送,根据SDA与SCL变化可得,此处C1到达249,表示又过了四分之一个新时钟周期,i+1,运行下一步
 64              end
 65                       
 66              1: // Write Device Addr
 67              begin rData <= {4'b1010, 3'b000, 1'b0}; i <= 5'd7; Go <= i + 1'b1; end     //非阻塞赋值,Go为2    
 68                  
 69              2: // Wirte Word Addr
 70              begin rData <= Addr_Sig; i <= 5'd7; Go <= i + 1'b1; end      //addr_sig为word address,Go为3
 71                     
 72              3: // Write Data
 73              begin rData <= WrData; i <= 5'd7; Go <= i + 1'b1; end       //写入数据,Go为4,WrData数值赋给rData。
 74      
 75              4: //发送IIC停止信号
 76              begin
 77                 isOut <= 1'b1;
 78                           
 79                 if( C1 == 0 ) rSCL <= 1'b0;
 80                 else if( C1 == 50 ) rSCL <= 1'b1;     //SCL先由低变高       
 81         
 82                  if( C1 == 0 ) rSDA <= 1'b0;
 83                  else if( C1 == 150 ) rSDA <= 1'b1;     //SDA由低变高     //SCL处于高电位时,SDA由低到高变化,处于结束位
 84                            
 85                  if( C1 == 250 -1 ) begin C1 <= 9'd0; i <= i + 1'b1; end
 86                  else C1 <= C1 + 1'b1; 
 87              end
 88                      
 89              5:
 90              begin isDone <= 1'b1; i <= i + 1'b1; end       //写I2C 结束
 91                      
 92              6: 
 93              begin isDone <= 1'b0; i <= 5'd0; end
 94                  
 95              7,8,9,10,11,12,13,14:                         //发送Device Addr/Word Addr/Write Data
 96              begin
 97                  isOut <= 1'b1;           //isout=1, SDA <= rSDA
 98                   rSDA <= rData[14-i];                      //高位先发送
 99                       
100                   if( C1 == 0 ) rSCL <= 1'b0;
101                  else if( C1 == 50 ) rSCL <= 1'b1;         //SCL高电平100个时钟周期,低电平100个时钟周期
102                   else if( C1 == 150 ) rSCL <= 1'b0; 
103                           
104                   if( C1 == F250K -1 ) begin C1 <= 9'd0; i <= i + 1'b1; end     //产生250Khz的IIC时钟   //i=14运行之后,状态机i=15
105                   else C1 <= C1 + 1'b1;
106              end
107                      
108              15:                                          // waiting for acknowledge
109              begin
110                  isOut <= 1'b0;                            //SDA端口改为输入
111                  if( C1 == 100 ) isAck <= SDA;             //读取IIC 从设备的应答信号
112                           
113                   if( C1 == 0 ) rSCL <= 1'b0;
114                   else if( C1 == 50 ) rSCL <= 1'b1;         //SCL高电平100个时钟周期,低电平100个时钟周期
115                   else if( C1 == 150 ) rSCL <= 1'b0;
116                           
117                   if( C1 == F250K -1 ) begin C1 <= 9'd0; i <= i + 1'b1; end    //产生250Khz的IIC时钟
118                   else C1 <= C1 + 1'b1; 
119              end
120                      
121              16:
122              if( isAck != 0 ) i <= 5'd0;    //判断是否接收到应答信号
123              else i <= Go;                  //状态机i=1时,计算出i=2
124                     
125               endcase
126     
127       else if( Start_Sig[1] )                     //I2C 数据读
128             case( i )
129                 
130              0: // Start
131              begin
132                   isOut <= 1;                      //SDA端口输出
133                           
134                   if( C1 == 0 ) rSCL <= 1'b1;
135                     else if( C1 == 200 ) rSCL <= 1'b0;      //SCL由高变低
136                           
137                     if( C1 == 0 ) rSDA <= 1'b1; 
138                     else if( C1 == 100 ) rSDA <= 1'b0;     //SDA先由高变低 
139                           
140                     if( C1 == 250 -1 ) begin C1 <= 9'd0; i <= i + 1'b1; end
141                      else C1 <= C1 + 1'b1;
142              end
143                       
144              1: // Write Device Addr(设备地址)
145              begin rData <= {4'b1010, 3'b000, 1'b0}; i <= 5'd9; Go <= i + 1'b1; end    //先进行一个伪写操作
146                      
147              2: // Wirte Word Addr(EEPROM的写地址)
148              begin rData <= Addr_Sig; i <= 5'd9; Go <= i + 1'b1; end
149                     
150              3: // Start again
151              begin
152                  isOut <= 1'b1;          //开始进行读操作
153                           
154                  if( C1 == 0 ) rSCL <= 1'b0;
155                   else if( C1 == 50 ) rSCL <= 1'b1; 
156                   else if( C1 == 250 ) rSCL <= 1'b0;
157                           
158                  if( C1 == 0 ) rSDA <= 1'b0; 
159                   else if( C1 == 50 ) rSDA <= 1'b1;
160                   else if( C1 == 150 ) rSDA <= 1'b0;  
161                           
162                   if( C1 == 300 -1 ) begin C1 <= 9'd0; i <= i + 1'b1; end
163                   else C1 <= C1 + 1'b1;
164              end
165                      
166              4: // Write Device Addr ( Read )
167              begin rData <= {4'b1010, 3'b000, 1'b1}; i <= 5'd9; Go <= i + 1'b1; end
168                     
169              5: // Read Data
170              begin rData <= 8'd0; i <= 5'd19; Go <= i + 1'b1; end
171                  
172              6: // Stop
173              begin
174                  isOut <= 1'b1;
175                  if( C1 == 0 ) rSCL <= 1'b0;
176                   else if( C1 == 50 ) rSCL <= 1'b1; 
177         
178                   if( C1 == 0 ) rSDA <= 1'b0;
179                   else if( C1 == 150 ) rSDA <= 1'b1;
180                            
181                   if( C1 == 250 -1 ) begin C1 <= 9'd0; i <= i + 1'b1; end
182                   else C1 <= C1 + 1'b1; 
183              end
184                      
185              7:                                                       //写I2C 结束
186              begin isDone <= 1'b1; i <= i + 1'b1; end
187                      
188              8: 
189              begin isDone <= 1'b0; i <= 5'd0; end
190                  
191                     
192              9,10,11,12,13,14,15,16:                                  //发送Device Addr(write)/Word Addr/Device Addr(read)
193              begin
194                   isOut <= 1'b1;                          
195                     rSDA <= rData[16-i];                                //高位先发送   //将rData数据赋值给数据线,伪写操作
196                           
197                    if( C1 == 0 ) rSCL <= 1'b0;
198                     else if( C1 == 50 ) rSCL <= 1'b1;                   //SCL高电平100个时钟周期,低电平100个时钟周期
199                     else if( C1 == 150 ) rSCL <= 1'b0; 
200                           
201                     if( C1 == F250K -1 ) begin C1 <= 9'd0; i <= i + 1'b1; end   //产生250Khz的IIC时钟
202                     else C1 <= C1 + 1'b1;
203              end
204                    
205              17: // waiting for acknowledge
206              begin
207                   isOut <= 1'b0;                                       //SDA端口改为输入
208                          
209                     if( C1 == 100 ) isAck <= SDA;                        //读取IIC 的应答信号
210                           
211                     if( C1 == 0 ) rSCL <= 1'b0;
212                     else if( C1 == 50 ) rSCL <= 1'b1;                 //SCL高电平100个时钟周期,低电平100个时钟周期
213                     else if( C1 == 150 ) rSCL <= 1'b0;
214                           
215                     if( C1 == F250K -1 ) begin C1 <= 9'd0; i <= i + 1'b1; end     //产生250Khz的IIC时钟
216                     else C1 <= C1 + 1'b1; 
217              end
218                      
219              18:
220                   if( isAck != 0 ) i <= 5'd0;
221                     else i <= Go;
222                      
223                      
224              19,20,21,22,23,24,25,26: // Read data
225              begin
226                  isOut <= 1'b0;
227                  if( C1 == 100 ) rData[26-i] <= SDA;                              //高位先接收
228                           
229                   if( C1 == 0 ) rSCL <= 1'b0;
230                   else if( C1 == 50 ) rSCL <= 1'b1;                  //SCL高电平100个时钟周期,低电平100个时钟周期
231                   else if( C1 == 150 ) rSCL <= 1'b0; 
232                           
233                   if( C1 == F250K -1 ) begin C1 <= 9'd0; i <= i + 1'b1; end     //产生250Khz的IIC时钟
234                   else C1 <= C1 + 1'b1;
235              end      
236                      
237              27: // no acknowledge
238              begin
239                  isOut <= 1'b1;
240                       
241                   if( C1 == 0 ) rSCL <= 1'b0;
242                   else if( C1 == 50 ) rSCL <= 1'b1;
243                   else if( C1 == 150 ) rSCL <= 1'b0;
244                           
245                   if( C1 == F250K -1 ) begin C1 <= 9'd0; i <= Go; end
246                   else C1 <= C1 + 1'b1; 
247             end
248                 
249             endcase        
250         
251 
252     
253                 
254 endmodule

 

posted @ 2017-09-24 15:23 Paul安 阅读(...) 评论(...) 编辑 收藏