基于FPGA的SPI控制器Word文件下载.docx

1、数据输出通过SDO线，数据在时钟上升沿或下降沿时改变，在紧接着的下降沿或上升沿被读取。完成一位数据传输，输入也使用同样原理。这样，在至少8次时钟信号的改变（上沿和下沿为一次），就可以完成8位数据的传输。要注意的是，SCK信号线只由主设备控制，从设备不能控制信号线。同样，在一个基于SPI的设备中，至少有一个主控设备。这样传输的特点：这样的传输方式有一个优点，与普通的串行通讯不同，普通的串行通讯一次连续传送至少8位数据，而SPI允许数据一位一位的传送，甚至允许暂停，因为SCK时钟线由主控设备控制，当没有时钟跳变时，从设备不采集或传送数据。也就是说，主设备通过对SCK时钟线的控制可以完成对通讯的控制

2、。SPI还是一个数据交换协议：因为SPI的数据输入和输出线独立，所以允许同时完成数据的输入和输出。不同的SPI设备的实现方式不尽相同，主要是数据改变和采集的时间不同，在时钟信号上沿或下沿采集有不同定义，具体请参考相关器件的文档。在点对点的通信中，SPI接口不需要进行寻址操作，且为全双工通信，显得简单高效。在多个从设备的系统中，每个从设备需要独立的使能信号，硬件上比I2C系统要稍微复杂一些。最后，SPI接口的一个缺点：没有指定的流控制，没有应答机制确认是否接收到数据。AT91RM9200的SPI接口主要由4个引脚构成：SPICLK、MOSI、MISO及/SS，其中SPICLK是整个SPI总线的公

3、用时钟，MOSI、MISO作为主机，从机的输入输出的标志，MOSI是主机的输出，从机的输入，MISO是主机的输入，从机的输出。/SS是从机的标志管脚，在互相通信的两个SPI总线的器件，/SS管脚的电平低的是从机，相反/SS管脚的电平高的是主机。在一个SPI通信系统中，必须有主机。SPI总线可以配置成单主单从，单主多从，互为主从。SPI的片选可以扩充选择16个外设,这时PCS输出=NPCS,说NPCS03接4-16译码器,这个译码器是需要外接4-16译码器，译码器的输入为NPCS03，输出用于16个外设的选择。二SPI协议举例SPI是一个环形总线结构，由ss（cs）、sck、sdi、sdo构成，

4、其时序其实很简单，主要是在sck的控制下，两个双向移位寄存器进行数据交换。假设下面的8位寄存器装的是待发送的数据10101010，上升沿发送、下降沿接收、高位先发送。那么第一个上升沿来的时候数据将会是sdo=1；寄存器=0101010x。下降沿到来的时候，sdi上的电平将所存到寄存器中去，那么这时寄存器=0101010sdi，这样在8个时钟脉冲以后，两个寄存器的内容互相交换一次。这样就完成里一个spi时序。举例：假设主机和从机初始化就绪：并且主机的sbuff=0xaa，从机的sbuff=0x55，下面将分步对spi的8个时钟周期的数据情况演示一遍:假设上升沿发送数据这样就完成了两个寄存器8位的

5、交换，上面的上表示上升沿、下表示下降沿，sdi、sdo相对于主机而言的。其中ss引脚作为主机的时候，从机可以把它拉底被动选为从机，作为从机的是时候，可以作为片选脚用。根据以上分析，一个完整的传送周期是16位，即两个字节，因为，首先主机要发送命令过去，然后从机根据主机的命令准备数据，主机在下一个8位时钟周期才把数据读回来。SPI总线是Motorola公司推出的三线同步接口，同步串行3线方式进行通信:一条时钟线SCK，一条数据输入线MOSI，一条数据输出线MISO;用于CPU与各种外围器件进行全双工、同步串行通讯。SPI主要特点有:可以同时发出和接收串行数据;可以当作主机或从机工作;提供频率可编程

6、时钟;发送结束中断标志;写冲突保护;总线竞争保护等。下图示出SPI总线工作的四种方式，其中使用的最为广泛的是SPI0和SPI3方式（实线表示）:SPI总线四种工作方式模块为了和外设进行数据交换，根据外设工作要求，其输出串行同步时钟极性和相位可以进行配置，时钟极性（CPOL）对传输协议没有重大的影响。如果CPOL=0，串行同步时钟的空闲状态为低电平；如果CPOL=1，串行同步时钟的空闲状态为高电平。时钟相位（CPHA）能够配置用于选择两种不同的传输协议之一进行数据传输。如果CPHA=0，在串行同步时钟的第一个跳变沿（上升或下降）数据被采样；如果CPHA=1，在串行同步时钟的第二个跳变沿（上升或下

7、降）数据被采样。SPI主模块和与之通信的外设备时钟相位和极性应该一致。SPI总线包括1根串行同步时钟信号线以及2根数据线。SPI模块为了和外设进行数据交换，根据外设工作要求，其输出串行同步时钟极性和相位可以进行配置，时钟极性（CPOL）对传输协议没有重大的影响。如果CPOL=0，串行同步时钟的空闲状态为低电平；SPI主模块和与之通信的外设音时钟相位和极性应该一致。SPI接口时序如图3、图4所示。补充：上文中最后一句话：个人理解这句话有2层意思：其一，主设备SPI时钟和极性的配置应该由外设来决定；其二，二者的配置应该保持一致，即主设备的SDO同从设备的SDO配置一致，主设备的SDI同从设备的SD

8、I配置一致。因为主从设备是在SCLK的控制下，同时发送和接收数据，并通过2个双向移位寄存器来交换数据。工作原理演示如下图：上升沿主机SDO发送数据1，同时从设备SDO发送数据0；紧接着在SCLK的下降沿的时候从设备的SDI接收到了主机发送过来的数据1，同时主机也接收到了从设备发送过来的数据0.三FPGA实现源码LIBRARY ieee;USE ieee.std_logic_1164.ALL;USE ieee.std_logic_arith.ALL;USE ieee.std_logic_unsigned.ALL;ENTITY spi ISPORT（-全局信号NReset: INSTD_LOGIC

9、;-全局复位信号Clk-全局时钟-ResetWdi BUFFER-看门狗的喂狗信号-SPI通讯端口SPINcs INOUT-SPI片选（低有效）SPIClk-SPI时钟SPIMOSI-SPI的主出从入SPIMISO-SPI的主入从出-SPI数据寄存器SPITxdataSTD_LOGIC_VECTOR（15 DOWNTO 0）;-待发送数据SPIRxdata-接收数据-SPI状态寄存器SPIStatusSTD_LOGIC_VECTOR（7 DOWNTO 0）;-第5位为trdy（发送器准备好）,第6位rrdy（接收器准备好）-SPI控制寄存器SPIControl-第0位为mode（模式设置，0为

10、主模式,1为从模式）,-第1位为clkpolarity（时钟极性，0时为空闲是低，1为空闲是高）,-第2位为clkphasic（时钟相位，0时为前沿检测，1为后沿检测）,-第3位为datapriority（数据先后，0时为MSB在前，1为LSB在前）,-第4位为start（上升沿开始发送数据）,-第7位sso（1时始终置cs为1（无效）SPILength-数据位数寄存器-SPI频率设置寄存器SPISetClkSTD_LOGIC_VECTOR（31 DOWNTO 0）-SPIClk为Clk的SPISetClk分频）;END spi;ARCHITECTURE rtl OF spi ISTYPE S

11、tateType IS （S0_Wait,S1_Data,S2_Stop）;-状态机定义SIGNALStateIndexStateType;-状态机CntCycleinteger RANGE 0 TO 16383;-位周期计数器CntBitinteger RANGE 0 TO 15;-位数计数器SPITxdataTmp-数据锁存CycleBit-位周期SPIClkCutSTD_LOGIC_VECTOR（31 DOWNTO 0）;-生成SPIClk计数器SPIBitCut-SPI的数据位数计数-看门狗计数CntWdiSTD_LOGIC_VECTOR（9 DOWNTO 0）;BEGIN-看门狗的喂

12、狗信号的产生-CntWdi = CntWdi + 1 WHEN （ClkEVENT AND Clk = 1-ResetWdi = CntWdi（9）;-设置SPI的主从模式，若为主模式则设置SPINcs和SPIClkPROCESS （NReset, Clk）IF（NReset = 0） THEN-复位状态SPINcs = Z;SPIClk SPIMOSI SPIMISO SPIStatus = 01100000SPIRxdata = X0000StateIndex = S0_Wait;SPIClkCut 00000000SPIBitCut = SPIControl（1）;IF（SPIContr

13、ol（4） = ）THEN-判断起始标志= SPIControl（7）;IF（SPIControl（3） = -判断数据MSB还是LSB在前= SPITxdata（CONV_INTEGER（SPILength） - 1）;ELSE= SPITxdata（0）;END IF;= S1_Data;= StateIndex;WHEN S1_Data =IF（SPIClkCut = （ & SPISetClk（31 DOWNTO 1）-） THEN-SPIClk前沿= NOT SPIClk;= SPIClkCut + 1;IF（SPIControl（2） = -前沿检测= SPIMOSI;= SPIR

14、xdata;SPIRxdata（CONV_INTEGER（SPILength） - SPIBitCut - 1） = SPIMISO;SPIRxdata（SPIBitCut） = （SPISetClk（31 DOWNTO 0） -SPIClk后沿= SPITxdata（CONV_INTEGER（SPILength） - SPIBitCut - 2）;IF（SPIBitCut = CONV_INTEGER（SPILength） - 1） THEN= S2_Stop;= SPIBitCut + 1;= SPIClk;WHEN S2_Stop =） THEN= SPINcs;= SPIStatus;WHEN OTHERS =END CASE;-从模式状态END PROCESS;END rtl;