Thiết kế mô-đun cấp cao nhất:

module EEPROM_I2C_Controller(
    
    input   wire                sys_clk     ,
    input   wire                sys_rst_n   ,
    input   wire                read_key    ,
    input   wire                write_key   ,
    
    output  wire                sda_line    ,
    inout   wire                scl_line    

);

wire                    read_press  ;
wire                    write_press ;
wire    [7:0]           data_fifo_out;
wire                    start_transmit;
wire                    write_enable;
wire                    read_enable ;
wire    [15:0]          address_val ;
wire    [7:0]           transmit_byte;
wire                    i2c_clock   ;
wire                    transaction_done;
wire    [7:0]           received_byte;

button_debounce write_debouncer(
        .clock              (   sys_clk     ),
        .reset_active_low   (   sys_rst_n   ),
        .input_button       (   write_key   ),
        .pulse_positive     (   write_press ),
        .pulse_negative     (               ),
        .current_state      (               )
);

button_debounce read_debouncer(
        .clock              (   sys_clk     ),
        .reset_active_low   (   sys_rst_n   ),
        .input_button       (   read_key    ),
        .pulse_positive     (   read_press  ),
        .pulse_negative     (               ),
        .current_state      (               )
);

data_handler data_handler_unit(

    .clock              (sys_clk            ),
    .reset_active_low   (sys_rst_n        ),
    .read_trigger       (read_press         ),
    .write_trigger      (write_press        ),
    .i2c_timer          (i2c_clock          ),
    .transaction_complete(transaction_done  ),
    .received_data      (received_byte      ),

    .fifo_output        (data_fifo_out      ),
    .start_signal       (start_transmit     ),
    .write_control      (write_enable       ),
    .read_control       (read_enable        ),
    .target_address     (address_val        ),
    .transmit_value     (transmit_byte      )
    
);

i2c_master_controller i2c_master_unit(

    .clock              (sys_clk            ),
    .reset_active_low   (sys_rst_n        ),
    .start_request      (start_transmit     ),
    .write_cmd          (write_enable       ),
    .read_cmd           (read_enable        ),
    .access_address     (address_val        ),
    .data_to_write      (transmit_byte      ),
    .address_count      (1'd1               ),

    .scl_pin            (scl_line           ),
    .sda_pin            (sda_line           ),
    .timer_input        (i2c_clock          ),
    .completion_flag    (transaction_done   ),
    .received_data      (received_byte      )
    
);

endmodule

Sơ đồ RTL cấp cao:

(Hình ảnh minh họa sơ đồ kết nối các mô-đun)

Mã kiểm thử mô phỏng:

`timescale 1ns / 1ps

module EEPROM_I2C_testbench;

reg         system_clock;
reg         active_reset;
reg         read_button ;
reg         write_button;

wire        sda_signal  ;
wire        scl_signal  ;  

initial system_clock = 1'd1;
always #10 system_clock = ~ system_clock;

defparam EEPROM_I2C_unit.write_debouncer.COUNT_LIMIT = 5;
defparam EEPROM_I2C_unit.read_debouncer.COUNT_LIMIT = 5;
defparam EEPROM_I2C_unit.data_handler_unit.WAIT_COUNT_MAX = 10_000;

initial begin
    active_reset <= 1'd0;
    read_button  <= 1'd1;
    write_button <= 1'd1;
    #21;
    active_reset <= 1'd1;
    #1000;
    read_button  <= 1'd1;
    write_button <= 1'd0;
    #400;
    read_button  <= 1'd1;
    write_button <= 1'd1;
    #200_000_000;
    read_button  <= 1'd0;
    write_button <= 1'd1;
    #400;
    read_button  <= 1'd1;
    write_button <= 1'd1;
    #400_000_000;
    $stop;
end
    
EEPROM_I2C_Controller EEPROM_I2C_unit(
    
    .sys_clk        ( system_clock ),
    .sys_rst_n      ( active_reset ),
    .read_key       ( read_button  ),
    .write_key      ( write_button ),

    .sda_line       (sda_signal    ),
    .scl_line       (scl_signal    )

);

M24LC64_EEPROM eeprom_simulation(
    .A0              (1'd1          ), 
    .A1              (1'd1          ), 
    .A2              (1'd0          ), 
    .WP              (1'd0          ), 
    .SDA             (sda_signal    ),    
    .SCL             (scl_signal    ),
    .RESET           (~active_reset )
);

endmodule

Kết quả mô phỏng (Mô hình mô phỏng từ nhà cung cấp chưa đạt yêu cầu, dữ liệu đọc không như mong đợi):

(Biểu đồ sóng mô phỏng cho thấy các tín hiệu trong quá trình truyền nhận)

Tích hợp IP ILA vào thiết kế cấp cao để phân tích logic thời gian thực:

(Hình ảnh minh họa việc tích hợp và cấu hình IP ILA trong thiết kế)