FPGA SPI (主机) 代码实现

SPI（Serial Peripheral Interface）是一种广泛应用于微控制器与外部设备间通信的串行接口，具有简单、高效的特点。在FPGA（Field-Programmable Gate Array）设计中，SPI接口的实现通常涉及到主机（Master）模式，它控制数据传输的方向和时序。本篇文章将深入探讨如何在FPGA中实现SPI主机功能，以及相关的硬件描述语言（HDL）设计。 SPI协议的核心参数包括主设备的时钟极性（CPOL）和时钟相位（CPHA）。在给定的描述中，"pol=1，pha=1"表示时钟极性为高电平有效，时钟相位为第2个边沿触发数据采样。这意味着在时钟周期的高电平期间，SPI总线处于空闲状态，而在下降沿时，数据被发送或接收。 实现FPGA中的SPI主机，一般会涉及以下几个关键模块： 1. **时钟分频器（Clock Divider）**：根据SPI协议的要求，主机需要产生可配置的时钟频率。时钟分频器可以基于FPGA的内部全局时钟，通过计数器实现分频来生成SPI所需的时钟速率。 2. **移位寄存器（Shifter）**：SPI的数据传输是通过移位寄存器完成的，它负责存储待发送的数据，并在时钟信号的控制下逐位移出。同时，它还需要接收从从设备返回的数据。 3. **SPI控制逻辑（SPI Control Logic）**：这部分逻辑控制SPI接口的操作，如选择从设备（SS/CS），启动和停止数据传输，以及设置CPOL和CPHA的参数。 4. **状态机（State Machine）**：为了管理整个SPI通信过程，通常会设计一个状态机来跟踪SPI的不同操作阶段，如等待、发送命令、接收响应等。 5. **接口适配器（Interface Adapter）**：这部分设计用于连接FPGA的内部逻辑和外部的SPI总线，确保正确的信号电平和时序匹配。 在提供的文件名列表中，我们可以看到几个可能的组件： - `top.v.bak`：这通常代表顶层模块，整合了所有子模块并暴露外部接口。 - `test.v.bak`：可能是测试激励模块，用于验证SPI主机功能的正确性。 - `shifter.v.bak`：很可能包含了移位寄存器的实现。 - `count.v.bak`：可能包含计数器，用于实现时钟分频器。 - `pll.bsf`、`pll.ppf`、`pll.qip`：这些文件与PLL（Phase-Locked Loop）相关，用于锁相环设置，可能用于生成SPI所需的时钟频率。 - `spi.qpf`、`spi.qsf`、`spi.qws`： Quartus项目的配置和工作文件，用于编译和配置FPGA。 实现FPGA SPI主机涉及了时钟分频、移位寄存器、控制逻辑、状态机以及接口适配等多个部分，这些都需要使用硬件描述语言（如VHDL或Verilog）进行详细的设计和编程。而提供的文件则揭示了设计中的某些关键组件，通过编译和综合这些文件，可以在实际的FPGA硬件上实现SPI主机功能。