FPGA作为从机与STM32进行SPI协议通信---Verilog实现

SPI，是英语Serial Peripheral Interface的缩写，顾名思义就是串行外围设备接口。SPI，是一种高速的，全双工，同步的通信总线，并且在芯片的管脚上只占用四根线，节约了芯片的管脚，同时为PCB的布局上节省空间，提供方便，正是出于这种简单易用的特性，现在越来越多的芯片集成了这种通信协议。 SPI（Serial Peripheral Interface）协议是一种高效、全双工、同步的串行通信协议，它只需四条线就能实现数据的收发，具有节省芯片引脚和PCB空间的优势。SPI总线由三条主要线路组成：时钟线SCK、数据输入线MOSI和数据输出线MISO。此外，还有一个从选线CS（Chip Select），用于选择当前与主机通信的从设备。SPI协议有四种工作模式（SPI0, SPI1, SPI2, SPI3），其中SPI0和SPI3是最常用的工作模式。 SPI0模式下，CPOL=0，CPHA=0，即时钟空闲时为低电平，数据在时钟的第一个上升沿被采样。而在SPI3模式中，CPOL=1，CPHA=1，时钟空闲时为高电平，数据在时钟的第二个上升沿被采样。这种时钟极性和相位的配置使得主机和从机可以在正确的时间点进行数据的读写。 FPGA作为SPI协议的从机（Slave）时，通常需要实现相应的状态机来处理数据的接收和发送。在本文中，FPGA与STM32通过SPI3方式进行通信。STM32端需配置SPI1，设置CPOL=1，CPHA=1。在FPGA端，我们需要检测SCK的上升沿和下降沿，以此确定何时采样数据和何时发送数据。在数据采样和发送过程中，通常是从高位到低位按顺序处理，即Bit[7]到Bit[0]，共8位数据。一旦数据采样完成，FPGA会通过一个标志位通知用户进行后续操作。 Verilog代码是实现这一通信过程的关键部分。虽然文中没有给出完整代码，但可以想象它会包含边沿检测逻辑、状态机设计以及数据的存储和移位寄存器。这部分代码会定义一个SPI从机模块，该模块负责在SCK的上升沿接收数据并在下降沿发送数据。此外，它可能还包含了与STM32交互的定时逻辑，例如STM32每200ms向FPGA发送数据，控制FPGA上的LED流水灯，而FPGA每1s向STM32发送计数数据，显示在LCD屏幕上。 这个项目展示了如何使用Verilog在FPGA上实现SPI协议的从机端，与STM32进行通信。通过理解SPI协议的工作原理和配置，以及FPGA状态机的设计，可以有效地实现不同硬件之间的高速、同步数据交换。这种通信方式在嵌入式系统设计中非常常见，因为它提供了简单、高效的接口方案，适用于多种应用场景。