前言

为了避免每次SPI驱动重写,直接参数化,尽量一劳永逸。

SPI master有啥用呢,你发现各种外围芯片的配置一般都是通过SPI配置的,只不过有3线和四线。

SPI slave有啥用呢,当外部主机(cpu)要读取FPGA内部寄存器值,那就很有用了,fpga寄存器就相当于RAM,cpu通过SPI寻址读写数据。

代码仅供参考,勿做商业用途。

SPI salve

SPI salve支持功能:(1)支持三线SPI或者四线SPI。通过define切换。

(2)支持指令长度、帧长自定义。

(3)工作时钟可自定义,大于SPI clk的2倍。

用户只需修改:(1)几线SPI。(2)单帧长度。(3)指令长度。(4)寄存器开辟。

注意:指令最高bit表示读写,低写高读,其余bit表示地址。指令接着为数据端,两者位宽之和即为SPI单帧长。

  1. //`define SPI_LINE //是否是三线SPI
  2. `define SPI_FRAME_WIDTH //SPI一帧长度为16
  3. `define SPI_INS_WIDTH //SPI指令长
  4. `timescale 1ns/1ps
  5. ////
  6. module spi_slave
  7. (
  8. input i_clk , //work clk
  9. input i_rst_n ,
  10.  
  11. input i_spi_clk , //SPI clk
  12. input i_spi_cs , //SPI cs
  13.  
  14. `ifdef SPI_LINE //条件编译
  15. inout io_spi_sdio
  16. `else
  17. input i_spi_mosi , //SPI mosi
  18. output o_spi_miso //SPI miso
  19. `endif
  20. );
  21. //位宽计算函数
  22. function integer clogb2 (input integer depth);
  23. begin
  24. for (clogb2=; depth>; clogb2=clogb2+)
  25. depth = depth >>;
  26. end
  27. endfunction
  28. reg r_cs = 'b1; //打一拍
  29. always @(posedge i_clk)
  30. begin
  31. r_cs <= i_spi_cs;
  32. end
  33. reg [:] r_spi_clk_edge = 'b00; //SPI clk边沿检测
  34. always @(posedge i_clk)
  35. begin
  36. r_spi_clk_edge <= {r_spi_clk_edge[],i_spi_clk};
  37. end //always
  38. reg [clogb2(`SPI_FRAME_WIDTH-)-:] r_spi_cnt = 'd0;
  39. always @(posedge i_clk)
  40. begin
  41. if (r_cs) //cs为高则归零
  42. r_spi_cnt <= 'd0;
  43. else if (r_spi_clk_edge == 'b10) //下降沿才计数
  44. r_spi_cnt <= r_spi_cnt + 'd1;
  45. end
  46. ////指令锁存
  47. reg [`SPI_INS_WIDTH-:] r_ins = 'd0;
  48. always @(posedge i_clk)
  49. begin
  50. if ((~r_cs) && (r_spi_clk_edge == 'b01)) //上升沿锁存数据
  51. begin
  52. if ((r_spi_cnt >= ) && (r_spi_cnt <= `SPI_INS_WIDTH-))
  53. `ifdef SPI_LINE //条件编译
  54. r_ins <= {r_ins[`SPI_INS_WIDTH-:],io_spi_sdio};
  55. `else
  56. r_ins <= {r_ins[`SPI_INS_WIDTH-:],i_spi_mosi};
  57. `endif
  58. end
  59. end
  60. ////数值写入
  61. reg [`SPI_FRAME_WIDTH-`SPI_INS_WIDTH-:] r_data_rx = 'd0;
  62. always @(posedge i_clk)
  63. begin
  64. if ((~r_cs) && (r_spi_clk_edge == 'b01)) //上升沿锁存数据
  65. begin
  66. if (r_spi_cnt >= `SPI_INS_WIDTH)
  67. `ifdef SPI_LINE
  68. r_data_rx <= {r_data_rx[`SPI_FRAME_WIDTH-`SPI_INS_WIDTH-:],io_spi_sdio};
  69. `else
  70. r_data_rx <= {r_data_rx[`SPI_FRAME_WIDTH-`SPI_INS_WIDTH-:],i_spi_mosi};
  71. `endif
  72. end
  73. end
  74. ////用户寄存器定义
  75. reg [`SPI_FRAME_WIDTH-`SPI_INS_WIDTH-:] r_reg0 = 'd0;
  76. reg [`SPI_FRAME_WIDTH-`SPI_INS_WIDTH-:] r_reg1 = 'd0;
  77. reg [`SPI_FRAME_WIDTH-`SPI_INS_WIDTH-:] r_reg2 = 'd0;
  78. reg [`SPI_FRAME_WIDTH-`SPI_INS_WIDTH-:] r_reg3 = 'd0;
  79. ////
  80. always @(posedge i_clk,negedge i_rst_n)
  81. begin
  82. if (~i_rst_n)
  83. begin
  84. r_reg0 <= 'd0;
  85. r_reg1 <= 'd0;
  86. r_reg2 <= 'd0;
  87. r_reg3 <= 'd0;
  88.  
  89. end
  90. else if ((~r_ins[`SPI_INS_WIDTH-]) && (r_spi_cnt == (`SPI_FRAME_WIDTH-)) && (~r_cs) && (r_spi_clk_edge == 'b01))
  91. begin
  92. `ifdef SPI_LINE
  93. case (r_ins[`SPI_INS_WIDTH-:])
  94. 'd0:begin r_reg0 <= {r_data_rx[`SPI_FRAME_WIDTH-`SPI_INS_WIDTH-2:0],io_spi_sdio}; end
  95. 'd1:begin r_reg1 <= {r_data_rx[`SPI_FRAME_WIDTH-`SPI_INS_WIDTH-2:0],io_spi_sdio}; end
  96. 'd2:begin r_reg2 <= {r_data_rx[`SPI_FRAME_WIDTH-`SPI_INS_WIDTH-2:0],io_spi_sdio}; end
  97. 'd3:begin r_reg3 <= {r_data_rx[`SPI_FRAME_WIDTH-`SPI_INS_WIDTH-2:0],io_spi_sdio}; end
  98.  
  99. endcase
  100. `else
  101. case (r_ins[`SPI_INS_WIDTH-:])
  102. 'd0:begin r_reg0 <= {r_data_rx[`SPI_FRAME_WIDTH-`SPI_INS_WIDTH-2:0],i_spi_mosi}; end
  103. 'd1:begin r_reg1 <= {r_data_rx[`SPI_FRAME_WIDTH-`SPI_INS_WIDTH-2:0],i_spi_mosi}; end
  104. 'd2:begin r_reg2 <= {r_data_rx[`SPI_FRAME_WIDTH-`SPI_INS_WIDTH-2:0],i_spi_mosi}; end
  105. 'd3:begin r_reg3 <= {r_data_rx[`SPI_FRAME_WIDTH-`SPI_INS_WIDTH-2:0],i_spi_mosi}; end
  106.  
  107. endcase
  108. `endif
  109. end
  110.  
  111. end
  112. ////寄存器值读出
  113. reg [`SPI_FRAME_WIDTH-`SPI_INS_WIDTH-:] r_data_tx = 'd0;
  114. always @(posedge i_clk)
  115. begin
  116. if (r_ins[`SPI_INS_WIDTH-] && (~r_cs) && (r_spi_clk_edge == 'b10))
  117. begin
  118. if (r_spi_cnt == (`SPI_INS_WIDTH-))
  119. begin
  120. case (r_ins[`SPI_INS_WIDTH-:])
  121. 'd0:begin r_data_tx <= r_reg0; end
  122. 'd1:begin r_data_tx <= r_reg1; end
  123. 'd2:begin r_data_tx <= r_reg2; end
  124. 'd3:begin r_data_tx <= r_reg3; end
  125.  
  126. endcase
  127. end
  128. else
  129. r_data_tx <= {r_data_tx[`SPI_FRAME_WIDTH-`SPI_INS_WIDTH-:],'b0};
  130. end
  131. end
  132.  
  133. ////读取输出
  134. `ifdef SPI_LINE
  135. assign io_spi_sdio = (r_ins[`SPI_INS_WIDTH-]) ? (((r_spi_cnt>=`SPI_INS_WIDTH) && (r_spi_cnt<`SPI_FRAME_WIDTH)) ? r_data_tx[`SPI_FRAME_WIDTH-`SPI_INS_WIDTH-] : 'bz) : 1'bz;
  136. `else
  137. assign o_spi_miso = ((r_spi_cnt>=`SPI_INS_WIDTH) && (r_spi_cnt<`SPI_FRAME_WIDTH)) ? r_data_tx[`SPI_FRAME_WIDTH-`SPI_INS_WIDTH-] : 'b0;
  138. `endif
  139.  
  140. endmodule // end the spi_slave model

SPI master

spi master内部仅仅封装SPI驱动,写入值读出控制由上层控制,这部分逻辑很simple,不赘述。用户只需给入SPI帧及控制使能即可。

用户只需修改parameter参数:(1)单帧长。(2)指令长。(3)数据长。(4)工作时钟。(5)SPI clk。

实现不使用状态机,采用线性序列计数法。

  1. //`define SPI_LINE //是否是三线SPI
  2. `timescale 1ns/1ps
  3. module spi_master
  4. #(parameter p_spi_frame_width = , //SPI单帧长度
  5. parameter p_spi_ins_width = , //指令长度
  6. parameter p_spi_data_width = //读出数据长度
  7. )
  8. (
  9. input i_clk , //系统时钟
  10. input i_rst_n ,
  11. input i_flag , //检测到flag的上升沿则启动一次传输,一个时钟周期即可
  12.  
  13. input [p_spi_frame_width-:] i_spi_data ,
  14. output o_spi_cs ,
  15. output o_spi_clk ,
  16.  
  17. `ifdef SPI_LINE //条件编译
  18. inout io_spi_sdio ,
  19. `else
  20. input i_spi_miso , //SPI miso
  21. output o_spi_mosi , //SPI mosi
  22. `endif
  23.  
  24. output o_transfer_done , //单次传输完成
  25. output [p_spi_data_width-:] o_spi_data //读取数据
  26. );
  27. parameter p_clk_fre = ; //XXM时钟频率
  28. parameter p_spi_clk_fre = 0.5*; //SPI 时钟速率,表示1M
  29. parameter p_clk_div = p_clk_fre * /p_spi_clk_fre/-;
  30. parameter p_spi_cnt_max = p_spi_frame_width*-;
  31. parameter p_spi_ins_max = p_spi_ins_width*-;
  32. //位宽计算函数
  33. function integer clogb2 (input integer depth);
  34. begin
  35. for (clogb2=; depth>; clogb2=clogb2+)
  36. depth = depth >>;
  37. end
  38. endfunction
  39. //把最大值赋值给线型,直接用p_clk_div仿真有问题,但实际上板是可以的
  40. wire [clogb2(p_clk_div)-:] w_clk_div;
  41. assign w_clk_div = p_clk_div;
  42. ////时钟分频
  43. reg [clogb2(p_clk_div)-:] r_cnt_div = 'd0;
  44. always @(posedge i_clk)
  45. begin
  46. if (r_cnt_div == w_clk_div)
  47. r_cnt_div <= 'd0;
  48. else
  49. r_cnt_div <= r_cnt_div + 'd1;
  50. end //always
  51. wire w_clk_en; //分频时钟使能
  52. assign w_clk_en = (r_cnt_div == w_clk_div) ? 'b1 : 1'b0;
  53. reg [:] r_flag_edge = 'b00;
  54. reg [clogb2(p_spi_cnt_max)-:] r_spi_cnt = 'd0;
  55. always @(posedge i_clk) //flag边沿检测
  56. begin
  57. r_flag_edge <= {r_flag_edge[],i_flag};
  58. end
  59. //flag信号展宽到低速时钟域
  60. reg r_flag_enlarge = 'b0;
  61. always @(posedge i_clk)
  62. begin
  63. if (r_flag_edge == 'b01) //上升沿拉高
  64. r_flag_enlarge <= 'b1;
  65. else if (r_spi_cnt == p_spi_ins_max) //足够长的高电平才拉低
  66. r_flag_enlarge <= 'b0;
  67. end
  68. reg [:] r_flag_enlarge_edge = 'b00;
  69. always @(posedge i_clk)
  70. begin
  71. if (w_clk_en)
  72. r_flag_enlarge_edge <= {r_flag_enlarge_edge[],r_flag_enlarge};
  73. end
  74. reg r_cs = 'b1;
  75. always @(posedge i_clk)
  76. begin
  77. if (w_clk_en)
  78. begin
  79. if (r_flag_enlarge_edge == 'b01) //检测到需要进行SPI操作
  80. r_cs <= 'b0;
  81. else if (r_spi_cnt == p_spi_cnt_max) //计数到最大值表示一次SPI完成
  82. r_cs <= 'b1;
  83. end
  84. end
  85. always @(posedge i_clk)
  86. begin
  87. if (w_clk_en)
  88. begin
  89. if(~r_cs) //在操作区间计数
  90. r_spi_cnt <= r_spi_cnt + 'd1;
  91. else
  92. r_spi_cnt <= 'd0;
  93. end
  94. end
  95. ////数据传输段
  96. reg [p_spi_frame_width-:] r_data = 'd0;
  97. always @(posedge i_clk)
  98. begin
  99. if (w_clk_en)
  100. begin
  101. if (r_flag_enlarge_edge == 'b01) //上升沿刷入
  102. r_data <= i_spi_data;
  103. else if (r_spi_cnt[] == 'b1) //数据移动
  104. r_data <= {r_data[p_spi_frame_width-:],'b1};
  105. end
  106. end
  107. ////数据读取段
  108. reg [p_spi_data_width-:] r_data_read = 'd0;
  109. always @(posedge i_clk)
  110. begin
  111. if (w_clk_en)
  112. begin
  113. if (i_spi_data[p_spi_frame_width-] && (r_spi_cnt > p_spi_ins_max) && (r_spi_cnt[] == 'b0)) //是读
  114. `ifdef SPI_LINE
  115. r_data_read <= {r_data_read[p_spi_data_width-:],io_spi_sdio};
  116. `else
  117. r_data_read <= {r_data_read[p_spi_data_width-:],i_spi_miso};
  118. `endif
  119. end
  120. end
  121. ////SPI输出段
  122. assign o_spi_cs = r_cs;
  123. assign o_spi_clk = r_cs ? 'b0 : r_spi_cnt[0];
  124. ////SPI SDIO的输入输出切换
  125. `ifdef SPI_LINE
  126. assign io_spi_sdio = (i_spi_data[p_spi_frame_width-]) ? (((r_spi_cnt >= 'd0) && (r_spi_cnt <= p_spi_ins_max)) ? r_data[p_spi_frame_width-1] : 1'bz ) : r_data[p_spi_frame_width-];
  127. `else
  128. assign o_spi_mosi = r_data[p_spi_frame_width-];
  129. `endif
  130. assign o_transfer_done = ((~r_cs) && (r_spi_cnt == p_spi_cnt_max)) ? 'b1:1'b0;
  131. assign o_spi_data = r_data_read;
  132.  
  133. endmodule // end the spi_master model

仿真如下所示:写入四个寄存器值,再读出。

仿真代码如下:

  1. `define TRANSFER_NUMBER //操作数为4
  2. `define DATA 'ha5
  3. //`define SPI_LINE
  4. timeunit 1ns;
  5. timeprecision 1ps;
  6. module top;
  7. parameter p_sim_end_time = ; //ns
  8. logic l_clk = 'b0;
  9. always #2.5 l_clk = ~l_clk;
  10. ////复位
  11. logic l_rst_n = 'b0;
  12. initial begin
  13. # l_rst_n = 'b1;
  14. end
  15.  
  16. wire io_sdio;
  17. wire o_spi_cs;
  18. wire o_spi_clk;
  19. wire o_transfer_done;
  20. wire [:] o_spi_data;
  21. ////多个数据操作模式
  22. reg r_flag = 'b0;
  23. reg [:] r_first_cnt = 'b00;
  24. always @(posedge l_clk,negedge l_rst_n)
  25. begin
  26. if (~l_rst_n)
  27. r_first_cnt <= 'b00;
  28. else if (r_first_cnt == 'd3)
  29. r_first_cnt <= r_first_cnt;
  30. else
  31. r_first_cnt <= r_first_cnt + 'd1;
  32. end
  33. reg [:] r_transfer_done_edge = 'b00;
  34. always @(posedge l_clk)
  35. begin
  36. r_transfer_done_edge <= {r_transfer_done_edge[],o_transfer_done};
  37. end
  38. reg [:] r_transfer_cnt = 'd0;
  39. always @(posedge l_clk)
  40. begin
  41. if ((r_first_cnt == 'd2) && (r_transfer_cnt < `TRANSFER_NUMBER))
  42. r_flag <= 'b1;
  43. else if ((r_transfer_done_edge == 'b10) && (r_transfer_cnt < `TRANSFER_NUMBER-1))
  44. r_flag <= 'b1;
  45. else
  46. r_flag <= 'b0;
  47. end
  48. always @(posedge l_clk)
  49. begin
  50. if (r_transfer_done_edge == 'b10)
  51. r_transfer_cnt <= r_transfer_cnt + 'd1;
  52. end
  53. reg [:] r_in_data = 'd0;
  54. always @(*)
  55. begin
  56. if (~l_rst_n) //仿真不执行此段仿真会有问题
  57. r_in_data = 'h0000;
  58. else
  59. begin
  60. case(r_transfer_cnt)
  61. 'd0:begin r_in_data = {8'h00,'h43}; end
  62. 'd1:begin r_in_data = 16'h0132; end
  63. 'd2:begin r_in_data = 16'h0245; end
  64. 'd3:begin r_in_data = 16'h0367; end
  65. 'd4:begin r_in_data = 16'h8000; end
  66. 'd5:begin r_in_data = 16'h8100; end
  67. 'd6:begin r_in_data = 16'h8200; end
  68. 'd7:begin r_in_data = 16'h8300; end
  69.  
  70. default:begin r_in_data = 'h0000; end
  71. endcase
  72. end
  73. end
  74.  
  75. wire w_spi_miso;
  76. wire w_spi_mosi;
  77.  
  78. spi_master inst_spi_master (
  79. .i_clk (l_clk),
  80. .i_rst_n (),
  81. .i_flag (r_flag),
  82. .i_spi_data (r_in_data),
  83. .o_spi_cs (o_spi_cs),
  84. .o_spi_clk (o_spi_clk),
  85. `ifdef SPI_LINE
  86. .io_spi_sdio (io_sdio),
  87. `else
  88. .i_spi_miso (w_spi_miso),
  89. .o_spi_mosi (w_spi_mosi),
  90. `endif
  91. .o_transfer_done (o_transfer_done),
  92. .o_spi_data (o_spi_data)
  93.  
  94. );
  95.  
  96. spi_slave inst_spi_slave (
  97. .i_clk (l_clk),
  98. .i_rst_n (l_rst_n),
  99.  
  100. .i_spi_clk (o_spi_clk),
  101. .i_spi_cs (o_spi_cs),
  102. `ifdef SPI_LINE
  103. .io_spi_sdio (io_sdio)
  104. `else
  105. .i_spi_mosi (w_spi_mosi),
  106. .o_spi_miso (w_spi_miso)
  107. `endif
  108.  
  109. );
  110.  
  111. initial begin
  112. #p_sim_end_time $stop;
  113. end
  114.  
  115. endmodule

三线SPI:

四线SPI:

可以看到读写是一致的,验证通过。

以上。

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  4. 24Flutter中常见的表单有TextField单行文本框,TextField多行文本框、CheckBox、Radio、Switch

    一.Flutter常用表单介绍: CheckboxListTile.RadioListTile.SwitchListTile.Slide. 二.TextField:表单常见属性: maxLines:设 ...

  5. python之socket编程(一)

    socket之前我们先来熟悉回忆几个知识点. OSI七层模型 OSI(Open System Interconnection)参考模型是国际标准化组织(ISO)制定的一个用于计算机或通信系统间互联的标 ...

  6. Microsoft Visual Studio(VS)启动报安装过程中无法运行

    开机启动VS提示无法运行,很可能VS正在更新,可以等待几分钟更新完成,再次运行VS. 也可以把更新进程结束,进程名:VSIXAutoUpdate.exe

  7. (1) Java实现JDBC连接及事务的方式

    许多数据库的auto-commit默认是ON的,比如MySQL,PostgresSQL等.当然也有默认是OFF的,比如Oracle(Oracle里面执行DML语句是需要手动commit的). 这里我们 ...

  8. Java使用jxl修改现有Excel文件内容,并验证其是否对公式的结果产生影响

    jxl的maven坐标: <!-- https://mvnrepository.com/artifact/net.sourceforge.jexcelapi/jxl --> <dep ...

  9. golang web框架 beego 学习 (六) request body和module的映射

    router.go package routers import ( "gowebProject/controllers" "github.com/astaxie/bee ...

  10. 在vue中使用axios发送post请求,参数方式

    由于后台接收的参数格式为FormData格式, 在axios中参数格式默认为, 在传参数前,将原先官方提供的格式 改为如下: axios({ url: '../../../room/listRoomP ...