基于FPGA的SPI總線(xiàn)接口的實(shí)現

該芯片由一個(gè)微控制器控制，SPI接口有種工作模式分別為；CPOL=0，，CPHA=O和CPOL=1，CPHA=1，兩者區別為在SPI主端不傳數據時(shí)，時(shí)鐘的電平前者為0，后者為1。在里采用CPOL=0，CPHA=模式。
3. 2 工程環(huán)境設置及SPI接口設計
Lattice公司的FPGA工程開(kāi)發(fā)EDA軟件名為ispLEVER，其7．2版本為較新版本。該版本集合了IPExpress，Reveal Logic Analyzer等實(shí)用工具，可用于添加Lattice公司開(kāi)發(fā)的IP核以及在線(xiàn)邏輯仿真等。ispLEVER 7．2的默認仿真工具為Active-HDL仿真器，由于需要采用Model-Sim仿真器，因此安裝ModleSim 6．2b版本。對仿真軟件成功安裝后，加入pcsc_mti_work，pcsc_mti_work_revA，ecp2m_vlg和pmi_work四個(gè)仿真庫并進(jìn)行編譯。編譯完成后啟動(dòng)ispLEVER 7．2，在options菜單中修改環(huán)境變量和默認仿真工具，使得ModelSim連接圖標出現在工具欄中成為工程的仿真工具。
進(jìn)入ispLEVER 7．2的編輯界面，開(kāi)始建立工程，首先選擇器件型號，這里采用LatticeECP2M系列中的LFE2MSOE型號芯片，并選擇封裝類(lèi)型為FPGAB-GA672，速度級別為-5。器件選定后，建立FLASH_contro]工程文件和testbench測試文件，同時(shí)用IP Express生成讀／寫(xiě)RAM模塊。
在主程序中編寫(xiě)RAM控制段和SPI接口控制程序段，用狀態(tài)機完成對RAM的控制，狀態(tài)機在idle，read，write和config之間跳轉。在向FLASH寫(xiě)數據時(shí)，應先寫(xiě)入寫(xiě)使能指令，完成后寫(xiě)入頁(yè)編程指令，隨后寫(xiě)入地址，最后寫(xiě)入數據；從FLASH讀數據的過(guò)程大致相同，但應首先寫(xiě)入讀使能指令，然后寫(xiě)入讀數據指令。應當注意的是讀指令的時(shí)鐘頻率低于寫(xiě)指令，具體頻率要求可參照芯片說(shuō)明手冊。
3．3 SPI接口功能驗證
在線(xiàn)邏輯分析儀(reveal logic analyzer)是較為先進(jìn)的EDA工具，它能提類(lèi)似于功能仿真的波形示意圖，這些波形是通過(guò)在FPGA芯片運行過(guò)程中實(shí)時(shí)抓取出來(lái)的。它真實(shí)地再現了FPGA芯片內部的動(dòng)態(tài)信號狀況，使工程開(kāi)發(fā)人員能直觀(guān)的發(fā)現問(wèn)題，修正邏輯。仿真綜合通過(guò)后，將程序下載至FPGA芯片中，用Reveal Inserter插入在線(xiàn)邏輯分析信號，采樣點(diǎn)數設定為2 048個(gè)點(diǎn)，分析信號會(huì )在工程目錄中生成一個(gè)相關(guān)文件，綜合后將數據文件下載至Lattice芯片中，采用人工觸發(fā)后，即可在在線(xiàn)邏輯分析儀中觀(guān)察信號波形。截取的波形如圖4所示。

從圖4可看出，在時(shí)鐘C的8個(gè)有效周期寫(xiě)入寫(xiě)使能指令，寫(xiě)使能指令通過(guò)D信號線(xiàn)串行進(jìn)入FLASH芯片，指令的寫(xiě)入過(guò)程應保證S信號低電平，8個(gè)周期的指令輸入完畢后S回復為高電平。在SPI總線(xiàn)主端的RAM控制信號由狀態(tài)機控制，instructions為8位的寄存器，用于存儲指令；RAMl_dout對應ram_wr的輸出端口。
圖5為數據指令后讀出數據的波形圖，數據從Q信號線(xiàn)讀出并進(jìn)入ram_rd。在讀數據周期S保持低電平，數據的輸出在時(shí)鐘的下降沿發(fā)生，在讀指令完成后，state狀態(tài)寄存器回復至空閑狀態(tài)。

4 結語(yǔ)
SPI總線(xiàn)是當前流行的串行接口的一種，它滿(mǎn)足工程設計的要求，使開(kāi)發(fā)人員能夠簡(jiǎn)單迅速的完成設計工作，實(shí)現功能要求。將它與FPGA編程結合，利用FPGA的靈活性，使電子設計能夠在很短的周期內完成，符合當今電子設計的要求。本文通過(guò)實(shí)現帶有SPI總線(xiàn)接口的FLASH芯片功能，驗證了基于FPGA設計的SPI接口的正確，實(shí)現了FLASH芯片的讀／寫(xiě)功能。