I2C와 SPI을 지원하는 효율적인 직렬 통신 하드웨어 구현 : Cost Efficient Hardware Implementation of Serial Communications Supporting I2C and SPI :

임혁진

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자료유형: 학위논문

저자정보: 임혁진 (세종대학교, 세종대학교 일반대학원)

지도교수: 이성주

발행연도: 2014

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이용수17

이 논문의 연구 히스토리 (2)

2014

I2C와 SPI을 지원하는 효율적인 직렬 통신 하드웨어 구현 : Cost Efficient Hardware Implementation of Serial Communications Supporting I2C and SPI

임혁진 정보통신공 2014.01 학위논문

2012

효율적인 직렬버스 통신을 위한 I2C와 SPI 겸용 하드웨어 구현

임혁진 , 박효빈 , 이성주 대한전자공학회 학술대회 2012.06 학술대회자료

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전자산업이 발전하면서 많은 전자제품이 사용되고 있다. 일반적으로 전자제품은 주변장치와 연결되어 사용되는데 전자제품과 주변장치의 연결에는 통신 프로토콜이 필요하다. 전형적으로 전자제품들은 여러 직렬 통신 프로토콜을 이용하여 동작되고 있다. 이 직렬 통신 프로토콜은 통신 간에 사용되는 핀이 많을수록 더 비싸기 때문에 핀들의 수가 적거나 값이 싼 통신 프로토콜을 사용한다. 대표적인 통신 프로토콜로는 필립스에서 개발한 I2C와 전이중 통신이 가능한 SPI가 있다. 이 통신 규격들은 서로간의 같은 통신 프로토콜이 아니면 사용할 수 없다. 또, 일반적인 전자제품들은 항상 동작하고 있기 때문에 파워 소모 문제가 있다.
본 논문에서는 최소화된 하드웨어 구성으로 다양한 시스템에 쉽게 호환될 수 있게 I2C 통신과 SPI 통신을 선택하여 사용할 수 있게 I2C와 SPI 겸용 하드웨어 설계하였다. 또, I2C와 SPI 겸용 하드웨어의 파워 소모를 줄이기 위해서 시스템 클락을 이용하지 않고 자체 클락을 이용하였다. I2C와 SPI가 동작하지 않을 경우 클락을 이용하지 않아 시스템의 소모 전력을 줄일 수 있다. 소모 전력은 전송라인의 캐패시턴스와 클락 주파수에 비례하고 전압에 제곱만큼 비례한다. 사용되는 전송라인의 캐패시턴스가 3.588pF이고, 전압이 1.8V, 클락주파수가 100Mhz인 경우 소모 전력이 약 0.1mV을 절감할 수 있다.
개발된 하드웨어를 검증하기 위해 uart to I2C 마스터, I2C슬레이브 to SPI마스터, uart 칩을 연결하였다. Uart를 이용하여 I2C 마스터와 SPI 마스터를 제어할 수 있다. FPGA에는 I2C 슬레이브와 SPI 슬레이브 모듈, 그리고 간단한 기능의 타이머를 구현하였다. 비주얼 C를 이용하여 만든 검증 툴을 가지고 하드웨어가 제대로 동작하는지 검증하였다. I2C는 uart speed 9600bit/s, clock speed는 369Khz로 설정하여 하드웨어의 동작을 확인하였다. SPI는 uart speed 460800bit/s, clock speed는 461Khz로 설정하여 검증하였다. 타이머의 시간을 확인함으로 I2C와 SPI 겸용 하드웨어가 제대로 동작하는 것을 확인하였다.

#I2C #SPI #파워 소비

Contents
Abstract ⅵ
Chapter 1 Introduction 1
Chapter 2 Conventional Systems 2
1. I2C Communication protocol 2
1.1. Summary 2
1.2. Hardware composition 2
1.3. I2C data structure 3
2. SPI communication protocol interface 5
2.1. Summary 5
2.2. Hardware structure 6
2.3. SPI data structure 7
3. Power consumption 8
Chapter 3 Proposed Systems 10
1. Verification board 10
2. Verification tool 11
Chapter 4 Conclusion 13
1. I2C module verification result 13
2. SPI module verification result 14
References 16

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