随着大规模集成电路的发展,将中央控制器、存储模块、计数器以及其他的接口模块集成到单一芯片上,形成的芯片级计算机被称为MCU。事实上MCU是世界上数量最多的计算机,日常看到的电子产品中基本都会集成MCU芯片。近年来,由于物联网的快速发展,MCU在市场需求和技术要求上都得到了进一步的发展。I2C总线是由Philips公司开发的一种简单、双向二线制同步串行总线。它只需要两根线即可在连接于总线上的器件之间传送信息。这种简单的两线式接口节省了引脚数目,I2C总线接口在控制器中的大量应用使得芯片间通信变得很容易,确保了其广泛的应用基础。本文的选题来源于实习公司的MCU项目,主要内容是对STM32L0型MCU芯片中I2C总线控制器模块的研究。首先,论文开展了I2C总线控制器的设计工作。对I2C协议中的内容进行了详细分析。根据项目需求在I2C协议的基础上增添了一些新的功能,包括自动结束模式、字节重载模式以及多从机仲裁功能等。根据控制器的功能特性设计出总线控制器的具体设计框架。对总线控制器的各个模块的功能做出了详细研究,并且给出具体实现方式。整个设计的框架分成了主时钟产生模块、从时钟延长模块、发送数据移位寄存器模块、接收数据移位寄存器模块、数字滤波器模块、寄存器模块、地址比较模块和状态机控制模块。给出控制器内部中断事件的产生电路或者实现方式。并使用Verilog HDL硬件语言完成了I2C总线控制器的设计。接着,在设计的I2C总线控制器的基础上,采用了基于通用验证方法学(UVM)的验证平台。首先介绍了UVM的工作机制和验证平台的组件构成。根据验证计划提取了验证功能点,完成了验证平台的搭建,在此基础上构建了测试用例,并对覆盖率进行了分析。通过检查测试用例的仿真波形,并且收集的代码覆盖率达到了99.73%,说明设计实现了目标的功能。