生成AIで回路設計が行えるようになってきました。
今回はGrokでI2Cのマスター回路の設計をしてみました。
質問内容はつぎのとおりです。
apbバスから制御できるi2cのmasterの回路をsystemverilogで作成してくださいGrokの回答がつぎのとおりでした。
以下に、APBバスから制御可能なI2Cマスター回路のSystemVerilogコード例を示します。基本的な機能を実装したもので、APBインターフェース経由でI2Cの制御を行います。
systemverilog
module apb_i2c_master (
// APB Interface
input logic pclk, // APB clock
input logic presetn, // APB reset (active low)
input logic [31:0] paddr, // APB address
input logic psel, // APB select
input logic penable, // APB enable
input logic pwrite, // APB write enable
input logic [31:0] pwdata, // APB write data
output logic [31:0] prdata, // APB read data
output logic pready, // APB ready
// I2C Interface
inout wire scl, // I2C clock
inout wire sda // I2C data
);
// レジスタ定義
localparam ADDR_CTRL = 8'h00; // 制御レジスタ
localparam ADDR_STATUS = 8'h04; // ステータスレジスタ
localparam ADDR_DATA = 8'h08; // データレジスタ
localparam ADDR_CONFIG = 8'h0C; // 設定レジスタ
// 内部レジスタ
logic [31:0] ctrl_reg; // 制御レジスタ
logic [31:0] status_reg; // ステータスレジスタ
logic [31:0] data_reg; // データレジスタ
logic [31:0] config_reg; // 設定レジスタ
// I2C制御信号
logic scl_out;
logic sda_out;
logic sda_oe; // Output enable for SDA
logic i2c_busy;
logic i2c_start;
logic i2c_stop;
// APBバス制御
logic [7:0] addr_byte;
assign addr_byte = paddr[7:0];
assign pready = 1'b1; // 常にreadyを返すシンプルな実装
// APB書き込み処理
always_ff @(posedge pclk or negedge presetn) begin
if (!presetn) begin
ctrl_reg <= 32'h0;
data_reg <= 32'h0;
config_reg <= 32'h0;
end else if (psel && penable && pwrite) begin
case (addr_byte)
ADDR_CTRL: ctrl_reg <= pwdata;
ADDR_DATA: data_reg <= pwdata;
ADDR_CONFIG: config_reg <= pwdata;
endcase
end
end
// APB読み出し処理
always_comb begin
case (addr_byte)
ADDR_CTRL: prdata = ctrl_reg;
ADDR_STATUS: prdata = status_reg;
ADDR_DATA: prdata = data_reg;
ADDR_CONFIG: prdata = config_reg;
default: prdata = 32'h0;
endcase
end
// I2C制御ロジック
typedef enum logic [2:0] {
IDLE,
START,
DATA,
STOP,
WAIT
} i2c_state_t;
i2c_state_t state, next_state;
logic [7:0] bit_counter;
logic [7:0] tx_data;
logic [31:0] clock_div;
logic [31:0] clock_count;
// クロック分周
always_ff @(posedge pclk or negedge presetn) begin
if (!presetn) begin
clock_count <= 32'h0;
scl_out <= 1'b1;
end else begin
if (clock_count >= config_reg) begin
clock_count <= 32'h0;
scl_out <= ~scl_out;
end else begin
clock_count <= clock_count + 1;
end
end
end
// I2Cステートマシン
always_ff @(posedge pclk or negedge presetn) begin
if (!presetn) begin
state <= IDLE;
sda_oe <= 1'b0;
sda_out <= 1'b1;
bit_counter <= 8'h0;
end else begin
state <= next_state;
case (state)
IDLE: begin
if (ctrl_reg[0]) begin // Start bit
sda_oe <= 1'b1;
sda_out <= 1'b1;
tx_data <= data_reg[7:0];
end
end
START: begin
sda_out <= 1'b0;
end
DATA: begin
if (scl_out && bit_counter < 8) begin
sda_out <= tx_data[7-bit_counter];
bit_counter <= bit_counter + 1;
end
end
STOP: begin
sda_out <= 1'b0;
sda_oe <= 1'b1;
end
endcase
end
end
// 次状態ロジック
always_comb begin
next_state = state;
i2c_busy = 1'b1;
case (state)
IDLE: begin
i2c_busy = 1'b0;
if (ctrl_reg[0]) next_state = START;
end
START: if (!scl_out) next_state = DATA;
DATA: if (bit_counter == 8) next_state = STOP;
STOP: if (scl_out) next_state = IDLE;
endcase
end
// I2Cピンの割り当て
assign scl = scl_out ? 1'bz : 1'b0;
assign sda = sda_oe ? (sda_out ? 1'bz : 1'b0) : 1'bz;
// ステータス更新
assign status_reg = {30'h0, i2c_busy, ctrl_reg[0]};
endmoduleこのコードの主な特徴：
使用方法：
この実装は基本的なもので、以下の機能を追加拡張できます： ACK/NACKの処理
必要に応じてこれらの機能を追加実装することができます。
検証は行っていませんが基本的な実装例ですが間違えていなさそうです。
生成したコードの解説も付いているのでたんにコードが生成されるだけでなく、コードの理解もしやすいでしょう。
今後は生成AIを使って回路設計をする方法も選択肢のひとつに成り得ると思います。