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SynthesijerでI2Cバスを使う

【更新履歴】
2015/11/25 Synthesijer 20151112版に対応
2015/10/24 新規公開


SynthesijerのI2Cライブラリを使ってI2Cバス対応の有機ELキャラクタディスプレイモジュールを制御します。

ターゲットボードについて

このプロジェクトはFPGA開発ボード「BeMicro Max 10」に対応しています。

必要なパーツ等

I/O電圧のジャンパ設定について

このプロジェクトはボードのI/O電圧を3.3Vに設定することを前提にしています。 BeMicro Max 10 Getting Started User Guide(もしくはこちら)のp.5を参照してVCCIO選択ジャンパ (J1,J9)が3.3V側に設定されていることを確認してください。

回路図

基本的に有機ELキャラクタディスプレイモジュールの説明書にある通りの回路です。
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作り方

有機ELキャラクタディスプレイモジュールに付属のピンヘッダをハンダ付けします。

ブレッドボードを使って以下のように配線します。
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動作テスト用プロジェクト

「Hello,world!」を表示するプロジェクトです。

Synthesijerはあらかじめ「高位合成ツール「Synthesijer」を使う」の方法で、また、Quartus Primeは「AlteraのFPGA開発ツール「Quartus Prime」をUbuntuにインストールする」の方法でインストールしているものとします。

SynthesijerのI2CライブラリにはOpenCoresのI2C-Master Coreが使用されているのでダウンロードして展開します。
「Latest version: download」から i2c_latest.tar.gz をダウンロードします。

OpenCores I2C-Master Core ダウンロード

OpenCoresからファイルをダウンロードするにはユーザー登録が必要です。ダウンロードだけなら「Limited account」の方で大丈夫です。アカウントが有効になるまで数日かかる場合があります。

展開します。

tar xzf i2c_latest.tar.gz

i2c ディレクトリ以下に展開されます。

wget -O i2c_chr_oled.tar.gz https://cellspe.matrix.jp/zerofpga/files/i2c_chr_oled.tar.gz

tar xzf i2c_chr_oled.tar.gz

i2c_chr_oled ディレクトリ以下にファイルが展開されます。

このディレクトリ i2c_chr_oled/opencores_i2c/ に OpenCores の I2C-Master Core のファイル i2c/trunk/rtl/verilog/*.v をコピーします。(例:i2c_chr_oled/opencores_i2c/i2c_master_top.v)

次に、i2c_chr_oled/synthesijer ディレクトリに移動してmakeします。

cd i2c_chr_oled/synthesijer

make

Quartus II Ver.15.0以上 でプロジェクトファイル i2c_chr_oled/bemicro_max10/bemicro_max10_start.qpf を開いて「Start Compilation」、「Programmer」で転送して実行します。

ファイルの解説

ソースコード

これらのソースコードはBSD 2-Clauseライセンスで公開します。

Sjr_I2C_OLED.java : Hello,world!プログラム本体
/*
  Copyright (c) 2015, miya
  All rights reserved.

  Redistribution and use in source and binary forms, with or without modification, are permitted provided that the following conditions are met:

  1. Redistributions of source code must retain the above copyright notice, this list of conditions and the following disclaimer.

  2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright notice, this list of conditions and the following disclaimer in the documentation and/or other materials provided with the distribution.

  THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE COPYRIGHT HOLDERS AND CONTRIBUTORS "AS IS" AND ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED.
  IN NO EVENT SHALL THE COPYRIGHT OWNER OR CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO,
  PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
*/


import synthesijer.rt.*;
import synthesijer.lib.wishbone.*;

public class Sjr_I2C_OLED
{
  private final OpenCoresI2CMasterSimpleIface i2c_if = new OpenCoresI2CMasterSimpleIface();
  private final int SLAVE_ADDR = 0x3c;
  private final int COMMAND = 0x00;
  private final int DATA = 0x40;
  // システムクロック:50MHz I2Cクロック:100KHz
  // 50MHz / (5 * 100KHz) - 1 = 99
  private final int CLOCK_PRESCALE = 99;

  private void busy_wait(int loop)
  {
    for (int i = 0; i < loop; i++)
    {
    }
  }

  @auto
  public void main()
  {
    busy_wait(10000);

    // クロック設定
    i2c_if.init(CLOCK_PRESCALE);

    // このOLEDモジュールでは2バイトでコマンド or データを受け付ける。
    // 1バイト目が0x00の時、続く1バイトをコマンドとみなす。
    // 0x40の時、続く1バイトをデータとみなす。

    // ディスプレイ・クリア
    i2c_if.i2c_write(SLAVE_ADDR, COMMAND, (byte)0x01);
    // カーソルをホームポジションに戻す
    i2c_if.i2c_write(SLAVE_ADDR, COMMAND, (byte)0x02);
    // 表示On
    i2c_if.i2c_write(SLAVE_ADDR, COMMAND, (byte)0x0f);
    // ディスプレイ・クリア
    i2c_if.i2c_write(SLAVE_ADDR, COMMAND, (byte)0x01);

    // 文字データ書き込み
    i2c_if.i2c_write(SLAVE_ADDR, DATA, (byte)'H');
    i2c_if.i2c_write(SLAVE_ADDR, DATA, (byte)'e');
    i2c_if.i2c_write(SLAVE_ADDR, DATA, (byte)'l');
    i2c_if.i2c_write(SLAVE_ADDR, DATA, (byte)'l');
    i2c_if.i2c_write(SLAVE_ADDR, DATA, (byte)'o');
    i2c_if.i2c_write(SLAVE_ADDR, DATA, (byte)',');
    i2c_if.i2c_write(SLAVE_ADDR, DATA, (byte)'w');
    i2c_if.i2c_write(SLAVE_ADDR, DATA, (byte)'o');
    i2c_if.i2c_write(SLAVE_ADDR, DATA, (byte)'r');
    i2c_if.i2c_write(SLAVE_ADDR, DATA, (byte)'l');
    i2c_if.i2c_write(SLAVE_ADDR, DATA, (byte)'d');
    i2c_if.i2c_write(SLAVE_ADDR, DATA, (byte)'!');

    busy_wait(0x6000000);

    i2c_if.i2c_write(SLAVE_ADDR, COMMAND, (byte)0x01);
    i2c_if.i2c_write(SLAVE_ADDR, COMMAND, (byte)0x02);
    // 表示Off
    i2c_if.i2c_write(SLAVE_ADDR, COMMAND, (byte)0x08);

    busy_wait(0x6000000);

    // この例では i2c_write() しか使用していませんが、
    // 読み込みは以下のようにして行うことができます。
    // int a = i2c_if.i2c_read(SLAVE_ADDR, register_addr);
  }
}

まとめ

このように、SynthesijerのI2Cライブラリを使用すれば簡単にFPGAにI2Cバス対応のデバイスを接続して制御することができます。