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1、实例学习Robei芯片设计系列RobeiCopyright? Robei实例学习Robei芯片设计系列Robei实例学习Robei芯片设计系列Robei十二SPI总线接口的verilog的实现1实验目的项目中使用的许多器件需要SPI接口进行配置，比如 PLL : ADF4350 , AD : AD9627 ,VGA : AD8372等，本实验根据 SPI协议，编写了一个简单的SPI读写程序，可以进行 32位数据的读写，可以设置SPI SCLK相对于主时钟的分频比。2实验原理SPI总线系统是一种同步串行外设接口，它可以使MCU与各种外围设备以串行方式进行通信以交换信息。外围设置 FLASHRAM
2、、网络控制器、LCD显示驱动器、A/D转换器和 MCU等。SPI总线系统可直接与各个厂家生产的多种标准外围器件直接接口，该接口一般 使用4条线：串行时钟线（SCK）、主机输入/从机输出数据线 MISO、主机输出/从机输入 数据线MOST和低电平有效的从机选择线SS（有的SPI接口芯片带有中断信号线 INT、有的SPI接口芯片没有主机输出/从机输入数据线 MOSI）。SPI的通信原理很简单，它以主从方式工作， 这种模式通常有一个主设备和一个或多个 从设备，需要至少4根线，事实上3根也可以（单向传输时）。也是所有基于SPI的设备共有的，它们是SDI （数据输入），SDO （数据输出），SCK （时
3、钟），CS （片选）。（1）MOSI -主设备数据输出，从设备数据输入（2）MISO -主设备数据输入，从设备数据输出（3）SCLK -时钟信号，由主设备产生（4）CS -从设备使能信号，由主设备控制其中CS是控制芯片是否被选中的，也就是说只有片选信号为预先规定的使能信号时（高电位或低电位），对此芯片的操作才有效。这就允许在同一总线上连接多个SPI设备成为可能。接下来就是负责通讯的 3根线了。通讯是通过数据交换完成的，这里先要知道SPI是串行通讯协议，也就是说数据是一位一位的传输的。这就是SCK时钟线存在的原因，由SCK提供时钟脉冲，SDI, SDO则基于此脉冲完成数据传输。数据输出通过SDO
4、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，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。图2-12-1 SPI的环形总线结构如图2-12-1所示，当第一个上升沿来的时候， SPIDATA1将最高位1移除，并将所有 数据左移1位，这时MOSI线为高电平，而 SPIDATA2将最高位0移出，并将所有数据左实例学习Robei芯片设计系列Robei实例学习Robei芯片设计系列| Robei Copyright ? Robei移1位，这样MISO线为低电平。然后当下降沿到来的时候，SPIDATA1将锁存MI
5、SO线上的电平，并将其移入其最低位，同样的，SPIDATA2将锁存 MOSI线上的电平，并将其移入最低位。经过8个脉冲后，两个移位寄存器就实现了数据的交换，也就是完成了一次 SPI的时序。3实验内容3.1 spi_master模型设计1）新建一个模型，名为spi_master，类型为module，具备6输入1输出3输入输出，每个 引脚的属性和名称如下图2-12-2所示。NameInoutDataTypeDatas izeFunctionaddrinutwireaddress lineeinputurirfli31:0-input aatardinputwire1termiiXal|HTinpu
6、tvireBr i t e enable terjniiia.1cs1Chip select signalselkinputnrireclockOutputree310output d&taMaster Input 1 av-e OunpLitekbimomwire1Master Out / Slave inisutsclkinout1Ssrinl Clock Lins图2-12-2 spi_master的引脚属性图 2-12-3 spi_master 的界面图2) 添加代码。点击模型下方的Code添加代码。代码：reg sclk_buffer = 0;reg mosi_buffer = 0;
7、reg busy = 0;reg 31:0 in_buffer = 0;reg 31:0 out_buffer = 0;reg 7:0 clkcou nt = 0;reg 7:0 clkdiv = 0;reg 6:0 count = 0;always(cs or rd or addr or out_buffer or busy or clkdiv)实例学习Robei芯片设计系列RobeiCopyright? Robeibeginout_data = 32bx;if(cs & rd)/selected and readbegincase(addr)2b00:beginout_data = out
8、_buffer;end / read data received by SPI in terface2b01: beginout_data = 31bO, busy;end / read busy flag of SPI in terface2b10: beginout_data = clkdiv;end / read clkdiv number of SPIendcaseendendalways(posedge clk)beginif(!busy) /SPI in terface is n ot busybeginif(cs & wr) /selected and writebegincas
9、e(addr)2b00: beginin _buffer = in _data;busy = 1b1;end /write in _data to SPI Buffer and let busy flag on2b10: beginclkdiv = in_data;end /write clkdiv number to SPIendcaseendendelse begi nclkco unt = clkco unt + 1;if(clkco unt = clkdiv) /every clkdiv*period(clk) time send one bit by SPI begin clkco
10、unt = 0;if(co unt % 2) = 0) / cha nge data in n egtive sclkbegin实例学习Robei芯片设计系列RobeiCopyright? Robeimosi_buffer = in _buffer31;in _buffer = in _buffer 0 & count 65)begincount = 0;busy = 1bO;endendendendalways(posedge sclk_buffer)beginout_buffer = out_buffer 1;out_buffer0 = miso; /read data from pin
11、misoendassig n sclk = sclk_buffer;assig n mosi = mosi_buffer;3) 保存模型(存储文件夹路径不能有空格和中文)，运行并检查有无错误输出。3.2 spi_master_tb测试文件的设计1) 新建一个6输入1输出3输入输出的spi_master_tb测试文件，记得将Module Type设置 为testbench”，各个引脚配置如图2-12-4所示。NameIno litDataTypeatasizeFunction. addrinputpgaddress linesin datainputrcs 31:0input datiardin
12、putreeRe-ad. enable terminalwrinputregifrite enable t已rminalinputt电ELChi。select sigrL&lsinputreg1|c lockout_dataoutputwire31:0output dataEISOinomMaster ImputSl&ve OutputmosiinoutwireMaster OutSlave inputaclkinoutwire1Serial Clock Line图 2-12-4 spi_master_tb 的引脚属性2）另存为测试文件。将测试文件保存到上面创建的模型所在的文件夹下。3）添加模
13、型。在Toolbox工具箱的Current栏里，会出现模型，单击该模型并在 spi_master_tb上添加，并连接引脚，如下图2-12-5所示：图 2-12-5 spi_master_tb 的界面图4) 输入激励。点击测试模块下方的“Code”，输入激励算法。激励代码用$finish结束。测试代码：in teger coun ter = 0;in itial begi n/In itaddr = 0;in _data = 0;rd = 0;wr = 0;cs = 0;clk = 0;#20;/ Set CLK_DIVaddr = 2; in_data = 0;wr = 1;cs = 1;#20;addr = 0;in _data = 0;wr = 0;cs = 0;#20;/ Output from 0 to 255for(co un ter = 0; coun ter |A ihfo&i Lt :&Iid图 2-12-6 spi_master_tb 的仿真波形4问题与思考本实验只是在SPI协议的基础上编写的一个简单的SPI读写程序，可以进行 32位数据的读写，同时可以设置 SPI SCLK相对于主时钟的分频比。在本次试验的基础上尝试设计具 备全部功能的MC68HC11A8单片机的SPI接口，具有12种速率选择并支持四种传输模式。