[发明专利]一种基于FPGA的功能模块

说明书

本发明公开了一种基于FPGA的功能模块，包括：顶层模块、DMUX选择模块、MUX32选择模块、从机Slave模块、逻辑模块、TestBench模块、下游从机模块和三态门模块。所有模块都在顶层模块中实现了连接，并且在顶层模块中也运用了很重要的时序逻辑，在I2C协议的实现中，其中的难点在于SCL/SDA数据和时序线上的双向传输，基于设计的时序逻辑使三态门逻辑可以实现数据的双向传输。本发明的优点是：充分利用FPGA的可定制、可重构、并行性，不仅仅用FPGA实现了PCA9547芯片基本功能的替代，同时还拓展了PCA9547的功能，使I2C总线资源被拓展，拓展更多路的通道，却更加节约电路设计的成本，节约电路设计时的面积与复杂度，提供了更加灵活使用I2C资源的方式。

技术领域

本发明涉及数字电路技术领域，特别涉及一种基于FPGA的功能模块，该功能模块基于数字电路理论以及I2C协议并使用硬件描述语言进行开发设计的，可以替代并扩展PCA9547芯片的功能。

背景技术

在信息传输时代，许多领域都需要各种各样的信息传输协议，I2C协议就是其中一种灵活性极强的协议，运用非常广泛作用于许多领域。对于I2C协议可以说是很多信息行业的必须了解的知识。

I2C是Inter-Integrated Circuit(集成电路总线)，这种集成电路总线类型是有飞利浦半导体公司所涉及的，产生于八十年代。它的作用是用来连接整体电路，I2C是一种多向控制总线，言简意赅来说，就是可以使多个芯片同时连接到同一个I2C总线下，同时每个芯片都可以作为数据传输的控制开关。这种协议方法大大简便了信息数据的传输总线接口。

PCA954x系列就是一种I2C开关芯片，比如PCA9547就可以实现八个开关，从而实现八条I2C的信息通道。这样就可以在有限的I2C资源上拓展出足够多的接口，解决了许多传输问题和I2C总线问题。

FPGA是一种可编程器件，它常用于通信、网络、工业控制等多种工程领域中。它是非常特殊的一种，有如同嵌入式系统开发的灵活性与广泛性，但与嵌入式系统开发不同的是，在FPGA开发中，FPGA开发工程师使用硬件描述语言Verilog HDL或者VHDL来达到如同嵌入式工程师使用c\c++语言一样的灵活定制设计系统的目的，不同的作用就有不同的开发方法。开发中运用了许多组合逻辑和时序逻辑，许多功能也是在这两种逻辑下实现的。

FPGA作为一种半定制集成电路，具有很好的灵活性。第一，FPGA拥有更大的并行度，可以使许多模块相互独立的进行计算。因此同时运行多个不同的逻辑模块，不仅可以使时间开销减小，因为它的集成度高，从某种程度也可以降低硬件资源开销，而且其它设计也可以快捷调用这些模块。第二，可重构性：由于参照PCA954x芯片系列，发现该系列芯片的基本功能大致相似，不同点在于下游拓展的接口数量不同，那么FPGA可以拓展接口数目，这样就可以节省很多资源与资金，在FPGA的开发中能更简便的使用该芯片的功能。第三，可定制性：在FPGA开发中，可在指定的有效资源内，用户可以定制自己所涉及的逻辑，在这方面，替代PCA9547就有了很大的可行性。

因此只要能合理灵地运用FPGA，充分利用FPGA的优点，那么FPGA就可以完成大部分工程领域中使用的数字电路的功能。正是基于FPGA的这些技术灵活性，完全可以基于FPGA来完成PCA9547的功能设计。

同时，又因为芯片PCA9547是一款通过I2C总线控制的双向转换开关，芯片可以控制下游从机与主机的通信，但是由于它的3地址引脚只允许8个设备在I2C总线，允许一个通道与总线相连，电源启动通道0与总线相连。所以在I2C总线资源使用有限以及下游拓展的接口也有限情况下，需要使用更多的芯片PCA9547进行接口的扩展，这样无疑会增加成本，同时也增加了控制的复杂性。