SPI接口控制器设计与实现

can总线控制器的接口ip核设计与实现

发送，最高七位不能全为“隐性”。

图２．３仲裁场结构（３）控制场控制场是由保留位和数据长度代码构成。

其中保留位必须是“显性＂，作为扩展时使用，数据长度代码是待发送数据的字节数量，接收器认可“显性’’与“隐性”的全部组合ｍ】。

仲裁场－●控制场■『效据场陪或ＣＲＣⅨａａ＆Ｄ“：１ＤＬｃＯｒ＇ｍ场保留位数据长度代码图２．４控制场结构数据长度代码是四位，其中ｄ代表显性，ｒ代表隐性。

对其数据字节进行编码后的真值表如图２．５所示。

一…．．．数据字节的ｒ费眨据长度·代码个数ＤＬＣ３Ｄ●Ｑ亡ＨＣ１Ｄｌ∞ｏｄｄｄｄ１ｄｄｄ２ｄｄｄ３ｄｄ４ｄｒｄｄ５ｄｄ６ｄａ７ｄｒ８ｄｄｄ图２．５数据长度代码真值表（４）数据场数据场由数据帧里的发送字节构成，最多可以发送八个字节，字节从最高位开始发送。

（５）ＣＲＣ场ＣＲＣ场由ＣＲＣ序列和ＣＲＣ界定符构成。

其中ＣＲＣ序列有１５位，是由循环冗余效验模块生成，紧跟其后是隐性的ＣＲＣ界定符。

１０图２．８远程帧结构２．３．３错误帧错误帧是由错误标志和错误界定符两个场构成。

错误标志有两种不同的表现形式：主动错误标志（Ａｃｔｉｖｅｅｒｒｏｒｆｌａｇ）和被动错误标志（Ｐａｓｓｉｖｅｅｒｒｏｒｆｌａｇ），其中主动错误标志由六个“显性’’位组成，被动错误标志由六个“隐性＂位组成嘲【１８】【４０】。

图２．９错误帧结构错误界定符由八个“隐性”位组成。

当开始传送错误标志后，每个节点都会发送“隐性＂位，并监视总线，直到检测到“隐性＂位为止，然后发送剩余的“隐性’’位【习。

２．３．４过载帧过载帧是由过载标志和过载定界符构成。

过载帧只能在帧间间隙才产生，因此可以通过这种方式来区分过载帧和错误帧。

图２．１０过载帧结构其中过载界定符与错误界定符的工作过程一致，这里就不做介绍。

１２２．３．５帧间空间帧间空间是由间隙场和总线空闲场构成。

无论是数据帧还是远程帧，要想与其他帧分开，是通过帧间空间来实现的。

当被动错误的节点使用于之前的报文发生器时，帧间空间包括间隙、挂起传送（ＳＵＳＰＥＮＤＴＲＡＮＳＭＩＳＳＩｏＮ）、总线空闲。

基于LabVIEW的SPI串行总线接口的实现

基于LabVIEW的SPI串行总线接口的实现作者：赵骁周斌赵华来源：《现代电子技术》2014年第14期摘要：为了便于具有SPI串行总线接口设备的调试，使用美国国家仪器公司（NI）的标准模块化设备模拟SPI串行总线接口信号；采用图形化编程语言LabVIEW得到数字波形格式的SPI信号，并设计程序对此格式的信号进行解析，利用NI公司的硬件设备实现该信号的输入与输出。

经过实验测试，输出SPI接口信号的频率范围是0.5 Hz～500 kHz，输入的频率范围是0.5 Hz～900 kHz，误差小于10 ns，该方法可以用于SPI串行总线接口设备的调试中。

关键词： SPI接口；串行总线接口； LabVIEW；测试中图分类号： TN710⁃34； TP319 文献标识码： A 文章编号： 1004⁃373X（2014）14⁃0138⁃04Implementation of SPI serial bus interface based on LabVIEWZHAO Xiao1， ZHOU Bin2， ZHAO Hua2（1. Nanjing University of Aeronautics and Astronautics， Nanjing 210016， China； 2. National Space Science Center， Beijing 100190， China）Abstract： In order to debug the device with SPI serial bus interface conveniently， the standard modular device of National Instruments （NI） was used to simulate SPI serial bus interface signals， LabVIEW was used to get the SPI signals in digital waveform format， a program was designed to analysis these signals， and the hardware equipments of NI was utilized to realize the input and output of these signals. The experimental testing result shows that the frequency range of the output signal from the SPI interface is 0.5 Hz to 500 kHz， the input frequency range is 0.5 Hz to 900 kHz， the error is less than 10 ns. This method can be used to debug SPI serial bus interface device.Keywords： SPI interface； serial bus interface； LabVIEW； testingSPI（Serial Peripheral Interface）[1]总线技术是Motorola公司提出的一种同步串行外设接口，是接线简单、通信效率高、全双工、同步的通信总线。

基于FPGA的SPI Flash配置存储器复用的实现

基于FPGA的SPI Flash配置存储器复用的实现陈燕文;韩焱;徐磊;莫璧铭【摘要】FPGA是一种基于SRAM技术制造的可编程器件,内部数据具有掉电即失的特点.因此,配置电路是FPGA系统中必不可少的部分.本文提出一种复用FPGA配置存储器的方法:配置存储器既能满足FP-GA系统的配置需要,又可以作为通用存储器满足用户存储数据的需求,提高了配置存储器的利用率,使得采集存储系统小型化、集成化成为可能.制定了SPI Flash复用的方案,分析了复用配置存储器的可行性.并且编写基于FPGA的SPI接口控制程序,实现对配置存储器的擦除、读写等操作.利用Modelsim,Chips-cope等调试工具验证了控制程序的可靠性.%FPGA is a programmable device based on SRAM technology,and the internal data in FPGA will be lost when the power fails.Therefore,the configuration circuit is an essential part of the FPGA system.This paper puts forward a method of multiplexing FPGA configuration memory:memory allo-cation can not only meet the needs of FPGA system configuration,but also be used as a universal memo-ry data storage to meet needs of user.This method improves the utilization rate of the memory alloca-tion,and makes it possible to make the acquisition storage system miniaturization and integration.First-ly,the scheme of SPI Flash reuse is worked out,and the feasibility of reusing configuration memory is analyzed.And the SPI interface control program based on FPGA is written to realize the erasure,read-ing and writing of configuration memory.The reliability of the control program is verified by using Mod-elsim,Chipscope and other debugging tools.【期刊名称】《测试技术学报》【年(卷),期】2017(031)006【总页数】7页(P491-497)【关键词】FPGA;配置存储器复用;SPI接口控制;Chipscope【作者】陈燕文;韩焱;徐磊;莫璧铭【作者单位】中北大学信息探测与处理技术山西省重点实验室,山西太原 030051;中北大学信息探测与处理技术山西省重点实验室,山西太原 030051;中北大学信息探测与处理技术山西省重点实验室,山西太原 030051;中北大学信息探测与处理技术山西省重点实验室,山西太原 030051【正文语种】中文【中图分类】TN98FPGA(现场可编程门阵列)是在PAL, GAL, CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物[1]. 目前主流的FPGA制造工艺均是基于SRAM技术，这种技术使得FPGA能够实现较高的工作频率，但是也决定了FPGA中数据掉电即失的特点[2-3]. 因此，配置电路是FPGA系统中必不可少的一部分. 随着存储技术的快速发展，存储颗粒密度越来越高，储存器向大容量、小体积方向发展[4-7]. FPGA的配置存储器往往在满足存储自身配置程序的同时，仍富余较大的存储空间. 本文提出一种复用FPGA配置存储器的方案，提高了存储器的利用率.本系统采用Xilinx公司的Spartan6-LX16作为主控芯片、华邦公司的W25Q128BV作为数据存储和配置芯片、 MAX1308作为数据转换模块，设计构建了存储采集系统. 制定了SPI Flash配置芯片的复用方案，编写了存储器控制程序，并且对程序功能和复用方案进行了验证，最终实现了对配置芯片的复用.系统组成如图 1 所示，本系统中使用的MAX1308模数转换芯片拥有8个采样通道、最高采样率为1 MPS. MAX1308为并行数据传输，采集一次产生的12 bit数据被同时输出至数据端口. FIFO1与FIFO2是位宽为8、深度为1 024的数据缓冲器. 在采集完成之后，数据的低8 b被写入数据FIFO1，通道标识号(4 bit)和数据的高4 b被写入数据FIFO2. 在SPI读写控制器的协调下，数据被有序地从FIFO中读出并写入SPI FLASH. 系统中的SPI FLASH为复用存储器，既能满足FPGA系统的配置需要，又可以作为通用存储器满足用户存储数据的需求.按照主从关系划分， FPGA中常用的配置方式有主动配置、被动配置和JTAG配置[8]，按照数据总线的位宽又可分为串行配置和并行配置[9-10]. 本文中使用SPI Flash作为程序存储器的配置方案是主动串行配置方式的一种. Xilinx公司Spartan6系列芯片程序加载过程如图 2 所示.Spartan 6系列FPGA程序加载方式可以通过模式控制引脚M[1∶0]进行选择. 在采用SPI主动串行配置方式时，M[1∶0]应被设置为10. 在FPGA系统上电之后，外部向FPGA的PROGRAM_B引脚送入一个宽度不小于500ns的低脉冲，清除配置空间，重启配置过程[11]. 接下来初始化标志位INT_B拉低并对模式控制引脚进行采样，当初始化完成之后INT_B拉高. 随后FPGA通过CCLK引脚将时钟送入存储控制器，并且向FLASH发送读命令及数据起始地址[12]. 在接受到读命令和地址信息之后， FLASH将配置信息有序地放入DOUT引脚供FPGA读取[13].在完成配置程序的加载之后， CCLK, DIN, DOUT, CSO等引脚恢复成为普通的用户引脚，这使得在不改变硬件连接的前提下，利用配置FLASH余下的存储空间成为可能.对于确定型号的FPGA来讲，配置文件所需要的储存空间是一定的. 厂家会在芯片手册中对配置文件的大小进行说明. 以Spartan 6 系列中LX16型芯片为例，配置的bit文件的大小为3 731 264 bit，约为456 KB. 为了满足第三方存储器对数据格式的要求，开发工具还需要将bit文件转换为MCS文件. 在转换过程中，加入了校验及地址信息，因此转换之后文件所占的空间变大，转换之后的文件大小为2 MB. 本课题中用到的W25Q128BV配置存储器容量为16 MB，按照配置程序在存储器中的存放规则，将前2 MB的空间作为程序的配置空间，后14 MB作为用户的通用存储空间. 配置空间与通用存储空间对应地址关系如图 3 所示.设计中使用的W25Q128BV型SPI FLASH存储空间为128 Mbit, 由65 536页组成. 页是该Flash最基本的组成单元，一页的容量为256 Byte. 16页组成一个扇区sector(4 KB)， 8个扇区组成一块block(32 KB). 该芯片具有先进的写保护机制，并且具有整体擦除和扇区擦除、灵活的页编程指令和写保护功能.本节重点介绍页编程操作、数据读取操作、扇区擦除操作的过程. 本设计中供用户存放数据的地址区间为200 000H-FFFFFFH，因此存储器的读写及擦除操作均是以200 000h为起始地址.在片选信号CS拉低之后，外部向FLASH写入页编程令码02H，随后写入所要目标区域的地址. 地址的一般格式为一个标准的页地址，即数据位的低8 b全为‘0’. 当写入地址的低8 b不为‘0’时，若数据写入时钟周期数多于剩余的字节位数，则在完成从当前位置写到结束位置之后重新回到开始位置进行数据写入，若数据写入时钟周期数小于或者等于剩余的字节位数，则在时钟结束之后就停止数据的写入.在写入地址之后，向FLASH发送256B的数据. 在数据编程期间BUSY信号为1. 在FLASH完成数据编程后，状态寄存器WEL位转换为‘0’. 若要进行下一页数据的编程，需要在BUSY信号拉低之后向FLASH写入写使能命令将WEL位置至1. 图5是读操作程序的仿真图形. 对比图 4 与图 5 可以发现，二者时序操作一致. 该FLASH支持数据单字节读出和多字节读出. 在片选信号CS拉低之后，向FLASH写入数据读取命令码03H，然后写入所要读取区域的地址. 在地址写入之后， FLASH在下一个时钟下降沿时将目标地址的数据加载到数据输出端口. 若片选信号和时钟信号一直有效， FLASH的地址会自动递加并且将数据加载到数据输出总线，直到将FLASH中所有数据读出. 设计中使用此种模式对SPI FLASH进行读操作. 图 7 是Verilog程序仿真图.擦除操作可以将存储器中的存储字节由‘0’置为‘1’，而写数操作只能将‘1’置为‘0’. 因此，擦除操作是数据写入FLASH之前必须要进行的步骤.W25Q128BV型FLASH支持3种擦除方式：扇区擦除、块擦除和双块擦除. 本设计中使用扇区擦除方式对FLASH进行格式化.由图 8 可以看出，在片选信号有效之后向FLASH中写入擦除命令码20 H. 随后写入所要擦除区域的地址即可. 数据擦除期间BUSY为1. 在擦除命令执行之后，状态寄存器WEL位转换为‘0’. 若要进行下一地址的擦除，需要在BUSY信号拉低之后向FLASH写入写使能命令将状态寄存器的WEL标志位至1. 图 9 是程序仿真图.该型FLASH支持3种SPI模式，本设计中使用标准SPI模式. SPI的时钟为25 MHz，使用的是模式3，即在不工作时时钟线是低电平，在时钟下降沿时将数据锁存进设备. 为了便于程序的编写，现对命令码进行分类编码，如表 1 所示.根据SPI的基本控制时序及FLASH对于时序的要求，编写控制程序. 控制状态机如图 10 所示.当前状态为IDLE时，不断查询外部是否有命令码写入. 若有命令码写入跳转至cmd_send状态. cmd_send状态时，首先让spi的片选及时钟使能信号有效，并且完成命令码的接收. 然后根据接收命令码的类型判断状态机下一步的转向. 如果接收到命令码为写使能或写无效命令则直接转到完成状态fini_done；如果是读状态命令跳转则到读等待状态，并且把所要读的数据个数置为1(读一个字节)、位数置为7(8 b)；若是为其它命令码，则转至地址发送状态addr_send. 在地址发送完成之后，再次对命令码类型cmd_type进行判断. 处于写状态writ_data时，FIFO控制器将数据从FIFO1和FIFO2中读出并完成并串转换，在时钟时加载至数据输入总线. 在完成读写数之后，转向完成状态fini_done. 处于完成状态fini_done时， spi的片选及时钟使能信号均转成无效.程序是在ISE14.2环境下编写的，结合自带的嵌入式逻辑分析仪Chipscope进行在线调试分析. 调试时对系统输入的模拟信号为峰值为5 V、直流偏置为+2.5 V、频率为1 kHz的正弦波，将AD的采样率设置为400 KPS. 通过设置触发条件抓取不同采集通道上的数据. 图 11，图 12 给出的是采集通道为1时的板级信号.在写入读命令和地址(200000H)，测试时采集线连接flash_addr的高16 b，因此显示的是2000H)之后， SPI Flash在时钟下降沿时将目标地址的数据加载至数据输出端口. FPGA在上升沿时把数据锁存进读寄存器(mydata_o)并完成移位操作. 图12是以波形形式显示的读寄存器中数据. 对比模拟输入与的数据输出，二者数据一致. 关闭系统电源之后，重新给系统上电， FPGA将SPI Flash中的配置程序加载至片内. 此时程序同样能够实现预设的功能，说明用户写入的数据并未对配置程序产生影响，验证了复用方案的正确性.本文设计了一种复用FPGA配置存储器方案，并且经过仿真与在线调试验证了复用方案的可行性. 此种方案使得FPGA的配置存储器的存储空间得到充分利用，并且节省采集卡板的空间，使得采集存储系统小型化、集成化成为可能. 此外，本设计中采用的是模块化设计， SPI控制程序可以作为一个模块被例化进其他工程中，因此具有很高的兼容性.【相关文献】[1] 黄耀兴. 现场可编程门阵列性能初探[J]. 硅谷, 2011(5)： 193.Huang Yaoxing. Preliminary performance of field programmable gate array [J]. SiliconValley, 2011(5)： 193. (in Chinese)[2] 李骞, 汪学刚, 李汉钊. 基于3-DES算法的FPGA加密应用[J]. 电子技术应用, 2008, 34(1)：132-134.Li Qian, Wang Xuegang, Li Hanzhao. Application of FPGA encryption based on 3-DES algorithm[J]. Application of Electronic Technology, 2008, 34(1)： 132-134.(in Chinese) [3] 李艳, 张东晓, 于芳. RTL综合中FPGA片上RAM工艺映射[J]. 电子学报, 2016, 44(11)： 2660-2667.Li Yan, Zhang Dongxiao, Yu Fang. RTL synthesis, FPGA on chip RAM process mapping, Acta[J]. Acta Electronical Sinica, 2016, 44(11)： 2660-2667.(in Chinese)[4] 郑文静, 李明强, 舒继武. Flash存储技术[J]. 计算机研究与发展, 2010, 47(4)： 716-726. Zheng Wenjing, Li Mingqiang, Shu Jiwu. Flash storage technology[J]. Computer Research and Development, 2010, 47(4)： 716-726. (in Chinese)[5] Grupp L M, Caulfield A M, Coburn J, et al. Characterizing flash memory： anomalies, observations, and applications[C]. Ieee/acm International Symposium on Microarchitecture. IEEE, 2010： 24-33.[6] 高剑, 郭士瑞, 蒋常斌. FLASH存储器的测试方法[J]. 电子测量技术, 2008, 31(7)： 117-120. Gao Jian, Guo Shirui, Jiang Changbin. Test methods for FLASH memory[J]. Electronic Measurement Technology, 2008, 31(7)： 117-120. (in Chinese)[7] Kang D, Jeong W, Kim C, et al. 256 Gb 3 b/Cell V-nand Flash Memory With 48 Stacked WL Layers[J]. IEEE Journal of Solid-State Circuits, 2017, 52(1)： 210-217.[8] 张立哲, 刘丽静. 适应远程升级的FPGA配置方法[J]. 计算机与网络, 2011(14)： 56-59. Zhang Lizhe, Liu Lijing. FPGA configuration method for remote upgrade[J]. Computer and Network, 2011(14)： 56-59. (in Chinese)[9] Wirthlin M, Johnson E, Rollins N, et al. The reliability of FPGA circuit designs in the presence of radiation induced configuration upsets[C]. IEEE Symposium on Field-Programmable Custom Computing Machines. IEEE Computer Society, 2003： 133. [10] 宁李谱, 杨宾峰, 苗青林. FPGA器件的配置方式研究[J]. 河南科技学院学报(自然科学版), 2008, 36(3)： 109-110.Ning Lipu, Yang Binfeng, Miao Qinglin. Study of configuration schemes of FPGAs[J]. Journal of Henan Institute of Science and Technology (Natural Science Edition), 2008,36(3)： 109-110. (in Chinese)[11] 李飞飞, 苏延川, 王鹏. 基于DSP的FPGA配置方法研究与实现[J]. 现代电子技术, 2011,34(24)： 60-62.Li Feifei,Su Yanchuan,Wang Peng. Research and implementation of FPGA configuration with DSP[J]. Modern Electronics Technique, 2011, 34(24)： 60-62. (in Chinese)[12] Xie T T. A FPGA Configuration Method for Improving System Initial Efficiency[J]. Computer & Modernization, 2012, 203(7)： 215-217.[13] Gomez-Cornejo J, Zuloaga A, Villalta I, et al. A novel BRAM content accessing and processing method based on FPGA configuration bitstream[J]. Microprocessors & Microsystems, 2017, 49： 64-76.。

基于STM32和AD5791的高精度数模转换电路设计

基于STM32和AD5791的高精度数模转换电路设计引言：数模转换器广泛应用于各种领域，如自动化控制系统、精密测量设备等。

本文将介绍一种基于STM32微控制器和AD5791数模转换器的高精度数模转换电路设计方案。

1.系统设计原理本系统的设计原理是将STM32作为主控芯片，控制AD5791完成对模拟信号的转换。

STM32通过SPI总线与AD5791进行通信，发送数字信号控制AD5791输出模拟信号。

AD5791是一款高端的16位DAC芯片，具有很高的精度和稳定性，它能够实现模拟信号的高精度转换。

2.系统硬件设计2.1STM32选型根据系统要求，选用一款性能较好的STM32微控制器作为系统主控芯片。

考虑到需要进行高精度的数模转换，推荐选用STM32F4系列的微控制器，如STM32F407ZGT62.2AD5791选型根据系统要求，选用一款能够满足高精度转换的DAC芯片。

AD5791是ADI公司生产的一款16位DAC芯片，其精度可以达到18位，具有较高的性能指标，因此选用AD5791作为系统的数模转换器。

3.系统软件设计3.1STM32驱动程序设计使用STM32的SPI接口与AD5791进行通信，需要编写SPI驱动程序实现数据的读写。

通过STM32的GPIO口进行CS片选信号的控制。

使用STM32的定时器功能生成SPI时钟信号。

3.2AD5791驱动程序设计AD5791的驱动程序主要包括寄存器初始化、数据写入等功能。

根据系统需求，配置AD5791的寄存器参数，包括引脚控制、参考电压选择、输出范围等。

4.电路板设计4.1电源电路设计为了保证系统的稳定运行，电源电路需要设计好。

使用线性稳压芯片和滤波电容，提供稳定的5V和3.3V电源。

4.2信号连接通过连接线将STM32和AD5791连接起来，其中包括SPI数据线、时钟线和片选信号线。

还需要连接AD5791的参考电压输出、模拟输出等引脚。

5.系统测试与优化完成电路板的设计后，进行系统的调试测试。

面向EEPROM应用的SPI主控制器设计与实现

面向EEPROM应用的SPI主控制器设计与实现赵海婷;贺占庄【摘要】Synchronous SPI serial bus provides interface standards between microprocessor and other peripherals. But many microprocessor or microcontroller have not SPI interface, resulting in data communications inconvenience, the solution to integrate SPI core into the chip. In view of this, basing of researching SPI bus protocol, the external EEPROM initializes PCI configuration registers, for example, the theory and the way of implementing an SPI controller accessing EEPROM with integrated in the chip are introduced, and the logical block diagram and implementation of each modules and circuit synthesis are presented. The results of modelsim simulation and FPGA verification are correct and meet the design intended purpose.%串行同步总线SPI提供了微处理器和其他外设之间的接口标准.但许多微处理器或微控制器中没有SPI接口,造成了数据通信的不便,解决的办法是将SPI核集成到芯片中.鉴于此,在研究SPI总线协议的基础上,以外设EEPROM初始化外围部件互连总线PCI中的配置寄存器为例,介绍了集成在芯片中的SPI主控制器访问外设EEPROM的具体过程,给出了设计逻辑框图和各个模块的实现及电路综合情况.在modelsim中完成功能仿真,并进行FPGA验证,结果正确,达到了设计的预期目的.【期刊名称】《计算机系统应用》【年(卷),期】2012(021)004【总页数】4页(P64-67)【关键词】SPI总线;PCI控制器;Wishbone总线;EEPROM;FPGA【作者】赵海婷;贺占庄【作者单位】西安微电子技术研究所,西安710065;西安微电子技术研究所,西安710065【正文语种】中文SPI (Serial Peripheral interface，串行外围设备接口)是由 Motorola 公司推出的同步串行数据接口。

实验十一单片机之间SPI总线通信实验

成果
实现了两台单片机之间的SPI总线通信，成功传输了数据。掌握了SPI总线的通信协议和基本原理。
回顾本次实验成果和不足之处
• 熟悉了单片机的编程和调试过程。
回顾本次实验成果和不足之处
不足
在实验过程中，出现了数据传输错误的情况，需要进一步排查问题。
对SPI总线的通信速率和稳定性还需要进一步优化。
稳定性测试
通过示波器等工具测试硬件平台的信号稳定性和噪声水平，确保硬件平台正常工作。
编写并调试软件代码实现通信功能
软件代码编写
根据SPI总线通信协议和单片机编程语言规范，编写实现SPI通信功能的软件代码。
代码调试
通过单步调试、断点设置等方法，对编写的代码进行逐步调试，确保代码逻辑正确且能够实现预期的通信功能。
SPI通信协议
SPI通信协议定义了四种通信模式，包括主模式、从模式、 CPOL和CPHA的不同组合，以满足不同器件之间的通信需求。
SPI接口电路
SPI接口电路包括主控制器、从控制器、时钟信号线、数据输入线、数据输出线和片选信号线等部分，用于实现主从器件之间的数据传输。
单片机之间通信需求
01
02
03
数据传输需求
单片机之间需要进行数据传输，以实现信息共享、协同工作等功能。
实时性要求
单片机之间的通信需要满足一定的实时性要求，以确保数据传输的准确性和及时性。
可靠性要求
单片机之间的通信需要具备一定的可靠性，以避免数据传输错误或丢失等问题。
实验目标与意义
实验目标
通过搭建单片机之间的SPI总线通信实验平台，实现两个单片机之间的数据传输，验证SPI总线通信的可行性和稳定性。

spi 及其接口设计

SPI 接口的设计第二章介绍了模数转换器的可编程控制架构，其中可编程控制功能的实现需要分成两部分：一部分为SPI 接口电路，以及其根据内部寄存器存储的数据产生的控制信号；另一部分是具体的电路受控模块。

本章将介绍接口与数字逻辑电路的设计，包括应用于本模数转换器的SPI 接口与数字逻辑电路的设计、综合以及仿真验证。

3.1 数据通信接口 3.1.1 串行通信基本的通信方式有两种：并行通信和串行通信。

并行通信是指数据以成组的方式，在多条并行信道上同时进行传输。

串行通信指要传送的数据或信息按一定的格式编码，然后在单根线上，按位的先后顺序进行传送。

接收数据时，每次从单根线上按位接收信息，再把它们拼成一个字符，送给CPU （Central Processing Unit ）做进一步的处理。

收发双方必须保持字符同步，以使接收方能从接收的数据比特流中正确区分出与发送方相同的一个一个字符。

串行通信只需要一条传输信道，易于实现，是目前主要采用的一种通信方式，它具有通信线少以及传送距离远等优点。

串行通信时，按数据的传送的方向可以分为单工、半双工和全双工等三种方式。

（1）单工（Simplex ）：数据线仅能向一个方向传输数据，两个设备进行通信时，一边只能发送数据，另一边只能接收数据。

（2）半双工（Half Duplex ）：数据可在两个设备间向任一个方向传输，但因为只有一根传输线，故同一时间内只能向一个方向传输数据，不能同时收发。

（3）全双工（Full Duplex ）：对数据的两个传输方向采用不同的通路，可以同时发送和接收数据，串行通信有两种基本工作方式：异步方式和同步方式。

采用异步方式（Asynchronous ）时，数据发送的格式如图3-1所示。

不发送数据时，数据信号线呈现高电平，处于空闲状态。

当有数据要发送时，数据信号线变成低电平，并持续一位的时间，用于表示字符的开始，称为起始位。

起始位之后，在信号线上依次出现待发送的每一位字符数据，最低有效位0D 最先出现。

SPI总线接口的verilog的实现

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、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。

Verilog的spi总线

SPI串行总线接口的Verilog实现摘要：集成电路设计越来越向系统级的方向发展,并且越来越强调模块化的设计。

SPI(Serial Peripheral Bus)总线是Motorola公司提出的一个同步串行外设接口,容许CPU 与各种外围接口器件以串行方式进行通信、交换信息。

本文简述了SPI总线的特点,介绍了其4条信号线,SPI串行总线接口的典型应用。

重点描述了SPI串行总线接口在一款802.11b芯片中的位置,及该接口作为基带和射频的通讯接口所完成的功能,并给出了用硬件描述语言Verilog HDL 实现该接口的部分程序。

该实现已经在Modelsim 中完成了仿真, 并经过了FPGA 验证, 最后给出了仿真和验证的结果。

在SOC设计中,利用EDA 工具设计芯片实现系统功能已经成为支撑电子设计的通用平台.并逐步向支持系统级的设计方向发展。

而且,在设计过程中,越来越强调模块化设计。

SPI总线是Motorola公司提出的一个同步串行外设接口,具有接口线少、通讯效率高等特点。

本文给出的是利用Verilog HDL实现的SPI总线模块,该模块是802.11b无线局域网芯片中一个子模块,该模块完成了芯片中基带(base band)与RF的通讯工作.1 SPI总线接口概述SPI(Serial Parallel Bus)总线是Motorola公司提出的一个同步串行外设接口,允许CPU 与各种外围接口器件(包括模/数转换器、数/模转换器、液晶显示驱动器等)以串行方式进行通信、交换信息。

他使用4条线：串行时钟线(SCK)、主机输入/从机输出线(MISO)、主机输出/从机输入线(MOSI)、低电平有效的使能信号线(CS)。

这样,仅需3～4根数据线和控制线即可扩展具有SPI接口的各种I/O 器件其典型结构如图1所示。

SPI总线具有以下特点：(1)连线较少,简化电路设计。

并行总线扩展方法通常需要8根数据线、8～16根地址线、2～3根控制线。

基于FPGA的SPI Flash控制器的设计与实现

基于FPGA的SPI Flash控制器的设计与实现作者：陈炳成来源：《电子世界》2013年第12期【摘要】传统的Flash读写是通过CPU软件编程实现，其读写速度较慢，且占用CPU资源，另外由于Flash芯片本身功能指令较多，使得对芯片进行直接操作变得非常困难。

本文提出一个基于FPGA的SPI Flash读写硬件实现方案，该方案利用硬件对SPI Flash进行控制，能够非常方便地完成Flash的读写、擦除、刷新及预充电等操作，同时编写的SPI Flash控制器IP 核能够进行移植和复用，作为SOC芯片的功能模块。

SPI Flash控制器采用VHDL语言进行编写，在Modelsim 6.5g上通过功能仿真，并且在XUPV5-LX110T FPGA开发板上通过硬件测试，实现结果表明方案的可行性。

【关键词】FPGA；SPI Flash控制器；IP核；VHDL1.引言Flash是一种具有电可擦除的可编程ROM，按接口可以分为两大类：并行Flash和串行Flash。

并行Flash存储量大，速度快；而串行Flash存储量相对较小，但体积小，连线简单，可减小电路面积，节约成本。

SPI Flash是内嵌SPI总线接口的串行Flash，它比起传统的并行总线接口Flash，节省了很多的I/O口资源，从而为系统功能的扩展提供了更多的可能。

随着SPI Flash越来越多地应用到各种领域，其传统读写方式中读写速度不够快、占用CPU资源以及操作不够简便灵活的缺点表现得更为突出，如何解决以上问题成为大家关注的焦点。

利用硬件对SPI Flash进行控制，能够非常方便地完成Flash的读写、擦除、刷新及预充电等操作，且不占用CPU资源，同时编写的SPI Flash控制器IP核能够进行移植和复用，作为SOC芯片的功能模块。

因此提出了一种基于FPGA的SPI Flash控制器的设计方案，并用VHDL实现。

编写的SPI Flash控制器IP核在Modelsim 6.5g上进行了功能仿真，在FPGA开发板上进行了测试验证，可作为功能模块应用于SOC芯片设计。

SPI总线扩展PLC输入点数的设计与实现

发生在时钟脉冲的上升沿，根据其时序特点及Ｓ１Ｐ时序特点，计中选择ＳＩ设Ｐ时钟模式０即ＳＩ，Ｐ总线
第５期
曹凤莲，李磊，平：Ｐ总线扩展ＰＣ输入点数的设计与实现周ＳＩＬ
采样的ＳＩＰ输出数据是稳定的；滤波电容的作用是提高电路的抗干扰性能；通过编程来实现对扩展输入点数的控制。实际应用结果表明，该设计方案经济、可靠。关键词：可编程逻辑控制器；Ｐ总线；位寄存器；ＳＩ移扩展输入点数
中图分类号：Ｐ７．Ｔ２３５文献标识码：Ａ文章编号：１０７６（０１００１００９— ９１２１）５— ０５— ５
可编程控制器（Ｌ具有结构简单、ＰＣ）编程方输入点数的扩展。在文献［］［］，３、４中这样复杂的便、能优异和应用方便等特点，其近年来通用控制采用多级ＰＣ控制，使整个控制系统复杂性尤Ｌ将开发平台与软系统的开发，得ＰＣ成为当今用而不稳定。如果在ＰＣ主模块中增加ＩＯ端口使ＬＬ／途最为广泛的工业控制器，是随着应用复杂度数，但将会减少使用ＰＣ的级数，而降低系统的复Ｌ从的提高，ＬＰＣ的应用瓶颈也开始显示出来，Ｅ１杂度。如Ｃ０系列ＰＣ主模块输入点数的范围是１Ｌ６点到６０本文提出了一种通过ＭＣＵ的ＳＩＰ总线与移位点。主模块以Ｔ４０１２８为控制核心，芯寄存器相结合扩展１输入的设计方法。ＳＩＭＳ７ＲＡ８该６路Ｐ总片虽然有丰富的输入点数资源，是一部分输入线模块工作在Ｍａｔ方式下，ＨＣ６供同步但ｓｒｅ向１５提

SPI及其接口介绍

一、SPI接口简介SPI(Serial Peripheral Interface--串行外设接口)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。

SPI有三个寄存器分别为：控制寄存器SPCR，状态寄存器SPSR，数据寄存器SPDR。

外围设备FLASHRAM、网络控制器、LCD显示驱动器、A/D 转换器(如图一所示)和MCU等。

图一、ADC中的SPI二、SPI接口一个典型的SPI模块的核心部件是一个8位的移位寄存器和一个8位的数据寄存器SPIDR。

通过SPI进行数据传送的设备有主SPI和从SPI之分，即SPI传送在一个主SPI和一个从SPI之间进行。

图二给出了两个SPI模块相互连接、进行SPI传送的示意图，图左边是一个主SPI，图右边为一个从SPI。

图二、典型SPI示意图在AN-877应用笔记中，对spi的接口定义与典型spi接口有所不同，AN-877使用一根线SDIO代替了典型SPI的MISO和MOSI，SS接口用CSB代替。

图三和图四分别是双线模式下单器件控制（主从一对一）和双线模式下多器件控制（主从一对多）。

图三：主从一对一控制图四：主从一对多控制但是原理都一样。

主从机之间一般由3个引脚组成：串行时钟引脚（SCLK）、串行数据输入/输出引脚（SDIO）、片选引脚（CSB）。

1、引脚数据输入/输出（SDIO）：该引脚用作数据的输入/输出，用作输入还是用作输出具体取决于所发送的指令（读或写）以及时序帧中的相对位置（指令周期或数据周期）。

在读或写的第一个阶段，该引脚用作输入，将信息传递到内部状态机。

如果该命令为读命令，状态机把该引脚（SDIO）变为输出，然后该引脚将数据回传给外部控制器。

如果该命令为写命令，该引脚始终用作输入。

串行时钟（SCLK）：SCLK由外部控制器提供，时钟频率最高为25MHZ。

所有数据的输入输出都是与SCLK同步的。

输入数据在SCLK的上升沿有效，输出数据在SCLK的下降沿有效。

一种3线制半双工SPI接口设计

一种3线制半双工SPI接口设计
串行外围设备接口SPI(serial peripheralinterface)技术是Motorola 公司推出的一种微处理器、微控制器及其外设间的一种全／半双工同步串行数据接口标准，具有衔接线少、传输效率高等特点，因其硬件功能很强，与SPI有关的软件就相当容易，使CPU有更多的时光处理其他事务。

SPI接口普通采纳4条衔接线：串行时钟线(SCK)、主机输出／从机输入数据线(MOSI)、主机输入／从机输出数据线(MISO)和低电平使能的从机挑选线(SS)，有的还带有中断信号线(INT)，半双工或单向模式则不需要主机输出／从机输入数据线(MOSI)。

为了在削减引脚的基础上完成主从机的双向通讯，本文采纳半双工机制实现了一种3线制双向SPI 总线模块，即通过使能信号实现数据传输的方向控制，因此将主机输出／从机输入(MOSI)线和主机输入／从机输出线(MISO)线合并为一条双向信号线。

该模块是某芯片中的接口模块，其作用是实现基带芯片对射频芯片的控制以及数据交换，而且为了便于和射频集成，该模块终于以硬IP形式实现。

1 SPI总线协议
射频芯片的SPI接口具有两个主要特征：Slave工作模式和半双工方式通讯。

SPI接口信号描述如表1。

接口时序要求如下：
1)输出时序
当SEN为高电平常，SPI接口处于输出状态。

每次数据传输开头于SCK 信号的升高沿。

数据传输过程中，数据由SCK信号控制，并遵循下列规章：数据传输时，低位在前，高位在后；每个输出数据位在SCK下降沿采样；当本帧数据输出达到24 bit时，结束数据输出；当本帧数
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@-SPI总线接口的FPGA设计与实现_杨承富

S PI 总线接口的FPG A 设计与实现杨承富1,徐志军2(1.解放军理工大学通信工程学院研究生2队,江苏南京210007;2.解放军理工大学通信工程学院电子信息工程系)摘　要:文中介绍了采用Alter ea 公司F LEX 10K 型的F PG A 器件实现串行外设接口(SPI)的原理与过程,给出了逻辑框图以及部分V erilog代码。

用此种方法实现的接口与专用接口芯片相比,具有使用灵活,系统配置方便的优点。

关键词:串行外设接口;现场可编程门阵列;V erilog 硬件描述语言中图分类号:T P336文献标识码:A 文章编号:0032-1289(2004)02-0072-05Design and Implemen t SPI Bus Interface with FPGAYAN G Cheng -fu 1,X U Zhi -jun 2(1.Postg raduate T ea m 2ICE,P L AU S T,Na njing 210007,China;2.Depar tment of Eelc tro nic Info r ma tio n Eng nee ring ICE,PL A U ST )Abstract :The theo ry and the wa y of im plementing a SPI interface w ith FPGA areintroduced,and the blo ck diag ram a nd som e Verilog code are presented.The chip implemented in this way has mo re agility and is m ore conv enient to co nfigure than others.Key words :SPI interface ;FPGA ;Verilog HDL串行外设接口SPI(Serial Peripheral Interface)是Mo to ro la 公司推出的一种同步串行接口。

Linux下基于MCP2515的CAN总线驱动程序设计

Linux下基于MCP2515的CAN总线驱动程序设计随着物联网技术的不断发展，嵌入式系统和传感器网络在各领域得到了广泛应用。

在这些系统中，可以利用CAN总线进行数据通信，实现设备之间的无缝连接和数据交换。

本文将介绍一种基于Linux系统的MCP2515的CAN总线驱动程序设计。

一、MCP2515MCP2515是一种SPI接口的CAN控制器，具有很高的集成度和灵活性。

它包括CAN控制器、CAN收发器和SPI接口。

MCP2515通过SPI接口与主控制器进行通信，可以实现CAN 节点之间的数据通信。

此外，MCP2515还支持各种标准和扩展CAN帧格式。

二、CAN总线驱动程序设计1、编写SPI驱动程序由于MCP2515是通过SPI接口与主控制器进行通信的，所以需要编写SPI驱动程序。

在Linux系统中，可以通过SPI驱动程序来实现与MCP2515的通信。

SPI口的驱动程序可能会因为系统的不同而有所差异。

2、编写CAN驱动程序在Linux中，可以使用SocketCAN实现CAN总线驱动程序。

SocketCAN是Linux内核自带的CAN协议栈，提供了丰富的API和工具，方便开发者开发CAN应用程序。

在编写CAN驱动程序时，需要先对MCP2515进行配置，设置CAN通信参数以及滤波器参数。

通过SocketCAN提供的API函数可以实现CAN帧的发送和接收，从而实现数据通信。

三、示例代码以下是基于Linux系统的MCP2515的CAN总线驱动程序设计的示例代码：1、SPI驱动程序可以通过spidev接口进行使用：```#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <fcntl.h>#include <unistd.h>#include <sys/ioctl.h>#include <linux/spi/spidev.h>#define SPI_DEVICE "/dev/spidev0.0"int spi_fd;int spi_open(){if ((spi_fd = open(SPI_DEVICE, O_RDWR)) < 0){printf("Cannot open %s\n", SPI_DEVICE);return -1;}int mode = SPI_MODE_0;int bits_per_word = 8;int speed = 1000000;if (ioctl(spi_fd, SPI_IOC_WR_MODE, &mode) < 0)return -1;if (ioctl(spi_fd, SPI_IOC_WR_BITS_PER_WORD,&bits_per_word) < 0)return -1;if (ioctl(spi_fd, SPI_IOC_WR_MAX_SPEED_HZ, &speed) < 0) return -1;return 0;}int spi_close(){close(spi_fd);return 0;}int spi_write_read(char *buf, int len, int speed_hz){int ret;struct spi_ioc_transfer transfer;transfer.tx_buf = (unsigned long)buf;transfer.rx_buf = (unsigned long)buf;transfer.len = len;transfer.speed_hz = speed_hz;transfer.bits_per_word = 8;transfer.delay_usecs = 0;ret = ioctl(spi_fd, SPI_IOC_MESSAGE(1), &transfer); return ret;}```2、CAN驱动程序可以通过SocketCAN提供的API函数实现：```#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <fcntl.h>#include <sys/ioctl.h>#include <net/if.h>#include <linux/can.h>#include <linux/can/raw.h>int can_fd;int can_init(const char *ifname){if ((can_fd = socket(PF_CAN, SOCK_RAW, CAN_RAW)) < 0) {perror("Socket error\n");return -1;}struct ifreq ifr;strcpy(ifr.ifr_name, ifname);if (ioctl(can_fd, SIOCGIFINDEX, &ifr) < 0){perror("SIOCGIFINDEX error\n");return -1;}struct sockaddr_can addr;memset(&addr, 0, sizeof(addr));addr.can_family = AF_CAN;addr.can_ifindex = ifr.ifr_ifindex;if (bind(can_fd, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr)) < 0){perror("Bind error\n");return -1;}return 0;}int can_deinit(){close(can_fd);return 0;}int can_send(unsigned int id, unsigned char *data, unsigned char len){struct can_frame frame;memset(&frame, 0, sizeof(struct can_frame));frame.can_id = id;frame.can_dlc = len;memcpy(frame.data, data, len);int ret = write(can_fd, &frame, sizeof(struct can_frame));if (ret != sizeof(struct can_frame)){perror("Write error\n");return -1;}return 0;}int can_recv(unsigned int *id, unsigned char *data, unsigned char *len){struct can_frame frame;int ret = read(can_fd, &frame, sizeof(struct can_frame));if (ret < 0){perror("Read error\n");return -1;}*id = frame.can_id;memcpy(data, frame.data, frame.can_dlc);*len = frame.can_dlc;return 0;}```四、结语在Linux系统中，基于MCP2515的CAN总线驱动程序设计相对较为简单，可以利用SocketCAN实现。