集成电路的发展,引发了传统的IC电路向系统级芯片(简称SOC)转变。随着SOC在军事和金融、交通、家居等领域的应用,SOC所存在的信息易泄露问题也逐渐突显出来。安全SoC芯片是专为信息安全领域设计的,能够有效地应对信息泄露的问题。I~2C接口是一种简单的双向两线式串行总线接口,因其线少、便于控制等优势而被广泛应用在安全SoC芯片上,但是其通信速度慢的问题一直影响I~2C接口的使用。本文的主要工作是在深刻理解I~2C 6.0协议的前提下,设计并实现了符合安全SoC芯片的高速I~2C接口控制器。设计过程中采用自上而下的设计方法,设计流程如下:我们首先基于芯片层面对I2C接口系统结构进行划分和描述,随后在设计中根据系统结构框图,对所设计的I~2C接口模块进行模块顶层的定义,然后根据功能和结构对顶层模块进行子模块划分,并分析各个子模块的具体功能和实现方式。随后,阐述了测试的流程和如何搭建测试平台以及针对I~2C接口控制器进行功能验证。最后是布局布线后的仿真验证、FPGA验证和成测等后续的验证。验证结果表明,本文的设计完全满足I~2C的技术规范。论文主要创新工作如下:I~2C接口在I~2C协议基础上兼容SMBus协议2.0版本的超时功能。当I~2C从机拉低时钟时,主机可以设置时钟拉低时间(最大值)并对时钟线低电平时间进行计数,当超过设定时间,就会产生超时标志,主机可以根据标志做出相应的处理,避免了主机等待时间过长导致的总线出错等问题。为提高接口传输速率,数据存储方面我们在设计中增加数据多级动态缓存技术(FIFO)来加快内部实时数据的处理,大大提高了接口的传输效率。