串并串转换（1）整体介绍+并到串

大纲

• • 整体过程
  • 程序说明

整体过程

• 目的：接收其他CPU（here用.vt 文件给）传过来的并行数据，并转为串行数据输出（之后有接收串行数据并转化为并行数据的例子）；
• 流程：.vt 给一个启动脉冲，在.v文件中接收此异步信号并处理为同步信号（点here跳转）；对sys_clk分频，产生4个分频脉冲（点here跳转），进而模拟产生SCL控制时钟信号，并控制并行数据一位位输出为串行SDA数据。

程序说明

• 并行数据接收
  像单片机、DSP那样，通过好多个输出引脚来输出一个数据的高位到低位，接收端接收到的就是并行数据，即一个data的各位都一起接收到了。
  here不管并行数据什么时候来，都每个时钟来把它锁存一下，赋给reg r_cpu_data保存一下。

  //.v
always @(posedge i_sys_clk or negedge i_rst_n) begin
if(!i_rst_n) begin
r_cpu_data <= 32'd0; end
else begin
r_cpu_data <= i_cpu_data; end
end


  仿真信号直接在某个时间给 i_cpu_data赋值就行：#10 i_cpu_data = 32'h55aa55aa;

  想法：程序中我是直接判断启动脉冲来了就去状态跳转、转换数据，所以仿真限号得设置i_cpu_data 的在启动脉冲前赋值。 觉得状态的切换可以再设置一点东西，判断一下这是的r_cpu_data 是不是被赋值了（可能数据i_cpu_data 还没来，r_cpu_data 还全是零）。 得看实际情况怎么用，收发应该沟通好了就没问题。

• 判断启动脉冲 （点here跳回去）

1. 启动脉冲来到时间提前不知道，相较系统时钟而言是异步信号，一般需要处理成同步信号来使用这个启动脉冲。这里一开始疑惑一个脉冲只是用一位数据的高低电平表示，又不是一串数据，那它怎么会通过取反、与操作来对齐波形呢？其实不需要是一串数据也可以就行取反、与操作等，assign是阻塞赋值，所以等式右边码值一变，等式左边码值就变，所以不是理解为一串数据与一串数据的操作，而是一位与一位的操作。
2. 当以上升沿的脉冲做启动脉冲时，沿同步的结果应为：（下降沿的脉冲做启动脉冲不同，另一个取反，具体见串并转换时）
   assign startpulse_align = i_startpulse &&(~startpulse_dl);
   延迟锁存如下：

   always @(posedge i_sys_clk or negedge i_rst_n) begin
if(!i_rst_n) begin
startpulse_dl <= 1'd0; end
else begin
startpulse_dl <= i_startpulse; end
end


   波形示意如下：
   （其中需要startpulse的持续时间不能太短，否则sys_clk还没检测到；）

3. 在状态切换程序块中判断startpulse_align是不是为高来判断是否切换到下一状态，这里注意，状态切换程序块也是在sys_clk上升沿进行的判断，而由于非阻塞赋值，这里的startpulse_dl还为低（所有always块完了再一起更新值），所以startpulse_align还为高，所以判断若startpulse_align为高则跳转状态可以正常进行。

• 时钟分频，设置4个phase脉冲 （点here跳回去）

1. 通过sys_clk设置了4个分频脉冲，四个脉冲走完相当于SCL一个周期走完（对应SCL的上升沿、高电平中间、下降沿、低电平中间），所以可以认为它们分别对应相位0/1/2/3。在各个脉冲到来时干特定的任务（觉得有点像时间片轮转法），而不是直接去判断SCL、SDA的沿（觉得这里考虑到传输协议，直接判断沿可能不好做，第一次接触到这种用法，不知道适用性怎么样）；

2. always @(posedge i_sys_clk or negedge i_rst_n) begin
if(!i_rst_n) begin
//都初始化为0
end
else begin
if(phase_cnt == 10'd39) begin//这里判断是不是40个sys_clk过去了
phase_cnt <= 10'b0; end
else begin
phase_cnt <= phase_cnt + 10'b1;
end

if(phase_cnt == 10'd39) begin//这里判断phase0是不是可以到了，并在一个sys_clk后置会0；
phase0 <= 1'd1; end
else begin
phase0 <= 1'd0;
end
//另几个phase同理
end
end


3. 这里判断条件的值还是注意非阻塞赋值；
   ps：程序设置的4个phase共走40个sys_clk,这只是随便取的，差不多保证对应上面提到的SCL、SDA的四个特殊位置就行，怎么方便清楚怎么来。
4. pahse0的判断条件不是用的phase_cnt =0，而是phase_cnt =尾，其他三个phase的判断仍按顺序就行。

• 根据四个分频脉冲，产生SCL信号时钟
  在phase0~1之间（指phase0来后到phase2来前）设置SCL信号为高电平；phase2-3（指phase2来后到phase0来前）之间为低电平；

  if(phase0 == 1'b1) begin
o_scl_clk <= 1'b1; end
else if(phase2 == 1'b1) begin
o_scl_clk <= 1'b0; end
else o_scl_clk <= o_scl_clk;


  ps：同样由于非阻塞赋值，所以后面仿真可以看到波形上SCL是变沿是phase脉冲的尾部；

• 串行传输协议

1. 这里用的是I2C：模拟产生SCL控制时钟线、SDA数据线；
   SCL为高时，SDA由高到低：数据传输开始;(1)
   SCL为低时，SDA由高到低 或 由低到高：传输码值；
   两个SCL低电平之间SDA码值不变；（2）
   SCL为高时，SDA由低到高：数据传输结束；
   即SCL为低时，SDA变的是数据码值；SCL为高时，SDA变是开始或结束传输。如下：
   对于接收方来说，则以(1)做为启动脉冲，在（2）时读取稳定数据，这就只需要在SCL的上升沿读数据就行，也就不需要phase信号
2. 结合4个分频脉冲，有：
   phase1为高 且 SCL为高时：若SDA由高到低，则开始传输数据，跳到TRANS状态；若 SDA由低到高，则结束传输，跳到IDLE；
   ps：这里得加一个“且SCL为高”，因为实际程序是先产生的phase1，之后才出现的phase0，所以防止SCL还没变高就开始传输数据了；
   phase3为高 （即SCL为低）时：接收数据并存储；

• 状态机切换&＃8212;-结合传输协议

1. IDLE:变量初始化；判断startpulse_align来没，来了去START；

2. START：判断 SCL为高 且 phase1为高 不，是的去TRANS；

3. TRANS：判断phase3为高不，为再判断数据个数够没有（一般收发双方会说好），够了去DELAY，不够继续接收；

   r_data_cnt <= r_data_cnt + 10'b1;//非阻塞赋值，so这两行位置欧克
o_sda_data_com <= r_cpu_data[31 - r_data_cnt];


   这里并行数据 r_cpu_data 一开始就保存下来了，这里把它一位位的输出成串行数据；

4. DELAY：延迟几个时钟单元（确保上个输出数据输出完整之类的），再把SDA线拉低（因为之后结束传输SDA需要由低到高）；再去STOP；

   o_sda_data_com <= 1'b0;


5. STOP：判断phase1为高不，为则把SDA拉高，并去IDLE；否则等phase1来；

• 仿真结果