一种应用于处理器的I2C电平转换装置及其方法与流程

一种应用于处理器的i2c电平转换装置及其方法
技术领域
1.本发明属于电子技术领域，尤其涉及一种应用于处理器的i2c电平转换装置及其方法。


背景技术：

2.处理器ft-2000/4的i2c接口为1.8v的io电平类型，i2c外设多是3.3v电平类型，解决这一不兼容问题，传统方案是使用i2c专用电平转换芯片进行电平转换。针对当前的社会需求，国产化要求越来越高，核心板越做越小，国产化芯片可选择性小，传统方案不能满足当前的社会需求。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种应用于处理器的i2c电平转换装置及其方法，解决了ft-2000/4处理器不兼容不同电平标准的i2c外设的技术问题。
4.为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
5.一种应用于处理器的i2c电平转换装置，包括外设接口、电阻r1、电阻r2、fpga控制器、电阻r3、电阻r4和处理器ft_2000，外设接口的i2c通信端包括p_scl接口和p_sda接口，fpga控制器的第一i2c接口包括scl_vcc1接口和sda_vcc1接口，fpga控制器的第二i2c接口包括scl_vcc2接口和sda_vcc2接口，处理器ft_2000的i2c接口包括ft_scl接口和ft_sda接口，接口p_scl接口连接scl_vcc1接口，电阻r1为scl_vcc1接口的上拉电阻，接口p_sda接口连接sda_vcc1接口，电阻r2为sda_vcc1接口的上拉电阻，接口ft_scl接口连接scl_vcc2接口，电阻r3为scl_vcc2接口的上拉电阻，接口ft_sda接口连接sda_vcc2接口，电阻r4为sda_vcc2接口的上拉电阻。
6.优选的，所述外设接口用于连接外部兼容i2c接口的芯片，所述fpga控制器的的型号为gw1n-9型fpga处理器，所述处理器ft_2000的型号为ft-2000/4。
7.优选的，所述电阻r1和电阻r2连接的电源为电源vcc1，所述电阻r3和电阻r4连接的电源为电源vcc2。
8.优选的，所述电源vcc1的电压为3.3v或5v，所述电源vcc2的电压为所述处理器ft_2000的工作电压。
9.一种应用于处理器的i2c电平转换方法，包括如下步骤：
10.步骤1：建立一种应用于处理器的i2c电平转换装置；
11.步骤2：将外设接口的p_scl接口和处理器ft_2000的ft_scl接口都分别置为高阻状态，跳转到步骤3；
12.步骤3：fpga处理器检测scl_vcc1接口和scl_vcc2接口的电平是否都为高电平：是，跳转到步骤4；否，执行步骤3；
13.步骤4：fpga处理器检测scl_vcc2接口是否为高，是，跳转到步骤10；否，跳转到步骤5；
14.步骤5：fpga控制器置scl_vcc1接口为低电平，跳转到步骤6；
15.步骤6：fpga控制检测scl_vcc2接口是否为高电平：是，跳转到步骤7；否，跳转到步骤6；
16.步骤7：fpga控制器置scl_vcc1接口为高电平，跳转到步骤8；
17.步骤8：fpga控制器检测scl_vcc1接口是否为高电平：是，跳转到步骤9；否，跳转到步骤8；
18.步骤9：fpga控制器置scl_vcc1接口为高阻状态，跳转到步骤4；
19.步骤10：fpga控制器检测scl_vcc1接口是否为高电平：是，跳转到步骤4；否，跳转到步骤11；
20.步骤11：fpga控制器置scl_vcc2接口为低电平，跳转到步骤12；
21.步骤12：fpga控制器检测scl_vcc1接口是否为高电平：是，跳转到步骤13；否，跳转到步骤12；
22.步骤13：fpga控制器置scl_vcc2接口为高电平，跳转到步骤14；
23.步骤14：fpga控制器检测scl_vcc2接口是否为高，是，跳转到步骤15；否，跳转到步骤14；
24.步骤15：fpga控制器置scl_vcc2接口为高阻状态，跳转到步骤4。
25.本发明所述的一种应用于处理器的i2c电平转换装置及其方法，解决了ft-2000/4处理器不兼容不同电平标准的i2c外设的技术问题，本发明实现信号的上升沿不依赖上拉电阻、电路容抗、芯片驱动能力的因素，提升i2c通信速度；适用于不同电平标准的飞腾i2c外设；满足当前国产化要求越来越高的社会需求。
附图说明
26.图1是本发明的硬件结构示意图；
27.图2是本发明的处理器ft_2000的电路图；
28.图3是本发明的fpga控制器的电路图；
29.图4是本发明的外设接口的电路图；
30.图5是本发明的流程图。
具体实施方式
31.实施例1：
32.由图1-图4所示的一种应用于处理器的i2c电平转换装置，包括外设接口、电阻r1、电阻r2、fpga控制器、电阻r3、电阻r4和处理器ft_2000，外设接口的i2c通信端包括p_scl接口和p_sda接口，fpga控制器的第一i2c接口包括scl_vcc1接口和sda_vcc1接口，fpga控制器的第二i2c接口包括scl_vcc2接口和sda_vcc2接口，处理器ft_2000的i2c接口包括ft_scl接口和ft_sda接口，接口p_scl接口连接scl_vcc1接口，电阻r1为scl_vcc1接口的上拉电阻，接口p_sda接口连接sda_vcc1接口，电阻r2为sda_vcc1接口的上拉电阻，接口ft_scl接口连接scl_vcc2接口，电阻r3为scl_vcc2接口的上拉电阻，接口ft_sda接口连接sda_vcc2接口，电阻r4为sda_vcc2接口的上拉电阻。
33.本实施例中，i2c接口是开漏结构，fpga控制器管脚工作频率远高于i2c正常通信
速率，在电平转换的过程中，fpga控制器先驱动信号线从低电平到高电平跳变，当i2c信号线上的电平满足高电平判断门限时，fpga控制器释放i2c信号线，即管脚置高阻状态，电阻r1、电阻r2、电阻r3和电阻r4用于实现端口的上拉过程。
34.如图1所示，ft_scl、ft_sda通过2kω的上拉电阻连接到电源vdd_io,同时，该信号连接了ft2000-4和gw1n-9(国产fpga)的芯片管脚，vdd_io是1.8v电源。p_scl、p_sda通过2kω的上拉电阻连接到电源p3v3_aux，同时，该信号连接了rjgt102wdt6和gw1n-9(国产fpga)的芯片管脚，p3v3_aux是3.3v电源。
35.优选的，所述外设接口用于连接外部兼容i2c接口的芯片，所述fpga控制器的的型号为gw1n-9型fpga处理器，本实施例中，具体采用的型号为gw1n-uv9ug169i5型。所述处理器ft_2000的型号为ft-2000/4。
36.如图4所示，本实施例中，外设接口连接了一个加密芯片u26，其型号为rjgt102wdt6，可作为看门狗使用。
37.优选的，所述电阻r1和电阻r2连接的电源为电源vcc1，所述电阻r3和电阻r4连接的电源为电源vcc2。
38.优选的，所述电源vcc1的电压为3.3v或5v，所述电源vcc2的电压为所述处理器ft_2000的工作电压。
39.实施例2：
40.如图5所示，实施例2所述的一种应用于处理器的i2c电平转换方法是在实施例1所述的一种应用于处理器的i2c电平转换装置的基础上实现的，包括如下步骤：
41.步骤1：建立一种应用于处理器的i2c电平转换装置；
42.步骤2：将外设接口的p_scl接口和处理器ft_2000的ft_scl接口都分别置为高阻状态，跳转到步骤3；
43.在以下步骤中，fpga处理器检测scl_vcc1接口和scl_vcc2接口在硬件上相当于fpga处理器检测了p_scl接口和ft_scl接口，即fpga处理器对scl_vcc1接口和scl_vcc2接口的检测均相当于是对p_scl接口和ft_scl接口的检测。
44.而fpga处理器对scl_vcc1接口和scl_vcc2接口的置高电平的操作，也相当于对p_scl接口和ft_scl接口进行了一次高电平置位操作。
45.步骤3：fpga处理器检测scl_vcc1接口和scl_vcc2接口的电平是否都为高电平：是，跳转到步骤4；否，执行步骤3；
46.步骤4：fpga处理器检测scl_vcc2接口是否为高，是，跳转到步骤10；否，跳转到步骤5；
47.步骤5：fpga控制器置scl_vcc1接口为低电平，跳转到步骤6；
48.步骤6：fpga控制检测scl_vcc2接口是否为高电平：是，跳转到步骤7；否，跳转到步骤6；
49.步骤7：fpga控制器置scl_vcc1接口为高电平，跳转到步骤8；
50.步骤8：fpga控制器检测scl_vcc1接口是否为高电平：是，跳转到步骤9；否，跳转到步骤8；
51.步骤9：fpga控制器置scl_vcc1接口为高阻状态，跳转到步骤4；
52.步骤10：fpga控制器检测scl_vcc1接口是否为高电平：是，跳转到步骤4；否，跳转
到步骤11；
53.步骤11：fpga控制器置scl_vcc2接口为低电平，跳转到步骤12；
54.步骤12：fpga控制器检测scl_vcc1接口是否为高电平：是，跳转到步骤13；否，跳转到步骤12；
55.步骤13：fpga控制器置scl_vcc2接口为高电平，跳转到步骤14；
56.步骤14：fpga控制器检测scl_vcc2接口是否为高，是，跳转到步骤15；否，跳转到步骤14；
57.步骤15：fpga控制器置scl_vcc2接口为高阻状态，跳转到步骤4。
58.本发明首先将fpga的两路i2c信号都输出高阻，再采样飞腾处理器端和外设端的i2c信号，任何一端出现低电平时(假设a端)，fpga将该低电平传递给另一端(假设b端)，最后当a端低电平释放时，fpga先在b端输出高电平，同时检测b端实际电路电平，当b端实际电路电平为高，则fpga将b端i2c信号置高阻。
59.本发明所述的一种应用于处理器的i2c电平转换装置及其方法，解决了ft-2000/4处理器不兼容不同电平标准的i2c外设的技术问题，本发明实现信号的上升沿不依赖上拉电阻、电路容抗、芯片驱动能力的因素，提升i2c通信速度；适用于不同电平标准的飞腾i2c外设；满足当前国产化要求越来越高的社会需求。