FPGA 主机SPI代码实现

简介：
本项目专注于FPGA主机通过SPI接口进行数据通信的代码设计与实现，涵盖SPI协议解析、时序控制及硬件交互等内容。 SPI（Serial Peripheral Interface）是一种广泛应用在微控制器与外部设备间通信的串行接口，以其简单、高效的特点而著称。本段落将深入探讨如何在FPGA（Field-Programmable Gate Array）中实现SPI主机功能，并介绍相关的硬件描述语言设计。 SPI协议的核心参数包括主设备时钟极性(CPOL)和相位(CPHA)，当设置为pol=1，pha=1时，表示高电平有效且数据采样在第二个边沿触发。这意味着，在每个周期的高电平时段内，SPI总线处于空闲状态；而在下降沿期间，则进行数据发送或接收。 实现FPGA中的SPI主机通常需要以下关键模块： 1. **时钟分频器（Clock Divider）**：根据协议要求生成可配置的时钟频率。通过基于内部全局时钟并使用计数器来实现，从而产生所需的SPI时钟速率。 2. **移位寄存器（Shifter）**：用于存储待发送的数据，并在时钟信号控制下逐位输出；同时接收从设备返回的数据。 3. **SPI控制逻辑（SPI Control Logic）**：负责选择从设备、启动和停止数据传输，以及设置CPOL和CPHA参数的操作管理。 4. **状态机（State Machine）**：用于监控整个SPI通信过程的不同阶段，如等待命令发送、接收响应等，并进行相应的操作处理。 5. **接口适配器（Interface Adapter）**：确保FPGA内部逻辑与外部SPI总线之间的信号电平和时序匹配。 提供的文件列表中包括了几个重要组件： - `top.v.bak` 通常代表顶层模块，整合所有子模块并暴露外部接口； - `test.v.bak` 可能是用于验证SPI主机功能正确性的测试激励模块； - `shifter.v.bak` 应该包含移位寄存器的实现细节； - `count.v.bak` 内容可能是为时钟分频器设计的计数器逻辑； - PLL相关的文件 (`pll.bsf`, `pll.ppf`, `pll.qip`) 可能用于设置锁相环，以生成SPI所需的精确时钟频率。 - Quartus项目配置和工作文件（如`spi.qpf`, `spi.qsf`, `spi.qws`）则用于编译和配置FPGA。 实现FPGA SPI主机涉及多个部分的设计与编程，包括但不限于时钟分频、移位寄存器、控制逻辑、状态机以及接口适配。这些组件需要使用硬件描述语言（如VHDL或Verilog）进行详细设计，并通过综合上述文件，在实际的FPGA设备上实现SPI主机功能。