ARM通过SPI协议与FPGA从设备通信

简介：
本项目探讨了如何利用ARM处理器经由SPI（串行外设接口）协议实现与其连接的FPGA从设备的数据交换和控制。 SPI (Serial Peripheral Interface) 是一种常见的串行通信协议，在微控制器如 ARM 和 FPGA 之间的数据传输中广泛使用。本段落将深入探讨通过 SPI 协议实现 ARM 与 FPGA 的通信，包括管脚分配、依赖性、中断处理以及 SPI 寄存器配置。 1. SPI 背景知识 SPI 是一个同步串行接口，由主机（Master）控制数据传输速率和时序，从机（Slave）按照主机的指令进行数据发送或接收。通常包含四个信号线：MISO（主机输入从机输出）、MOSI（主机输出从机输入）、SCK（时钟）和 SS（片选信号），在某些配置中可能还包括额外的 CS（芯片选择）信号。 2. ARM 的 SPI 功能设计 ARM 设备中的 SPI 功能通常集成在片上系统 (SoC) 中，允许与外部设备如 FPGA 建立通信。以下是关键的设计方面： ### 2.1 管脚分配 实现 SPI 通信时，需要正确地将 ARM 的 SPI 端口连接到相应的 IO 引脚。例如，MISO、MOSI、SCK 和 SS 需要与 FPGA 上的相应 SPI 接口相连。 ### 2.2 其他组件依赖性 #### 2.2.1 IO 线路配置 确保 IO 线路正确设置以适应 FPGA 的接口需求，包括电平转换和驱动能力。 #### 2.2.2 能量管理 SPI 通信可能受 ARM 内部电源管理策略影响，如低功耗模式或时钟门控。需要在 SPI 操作期间保持供电与时钟激活状态。 #### 2.2.3 中断处理 中断机制有助于提高系统效率，在传输完成或出现错误时通过中断通知处理器进行后续操作。 ### 2.3 SPI 寄存器详解 SPI 控制寄存器 (SPI_CR)、模式寄存器 (SPI_MR)、数据传输寄存器 (SPI_TDR)、片选寄存器 (SPI_CSR0) 和外围时钟使能寄存器（PMC_PCER）用于配置和控制 SPI 模块。 #### 2.3.1 SPI Control Register 该寄存器用于启动或停止 SPI 通信，设置传输模式，并处理其他相关功能。 #### 2.3.2 Mode Register (SPI_MR) 通过此寄存器设定工作模式（主/从）、数据宽度、时钟极性和相位等参数。 #### 2.3.3 Transmit Data Register 该寄存器用于写入待发送的数据，在传输完成后自动清空。 #### 2.3.4 Chip Select Register (SPI_CSR0) 此注册配置特定从机的片选信号，包括延迟时间和数据校验设置。 #### 2.3.5 Peripheral Clock Enable Register（PMC_PCER） 该寄存器用于启用或禁用 SPI 模块时钟，在操作前确保 SPI 接口已激活。 ### 2.4 SPI 寄存器配置 #### 管脚复用 在系统级的配置寄存器中设定 ARM 的 GPIO 管脚为 SPI 功能。 #### 启动 SPI 通过设置适当的标志来启动 SPI 模块中的相关寄存器启用接口功能。 #### 时钟速度和相位匹配 根据 FPGA 接口需求，使用模式寄存器调整 SPI 时钟的速率和相位配置。 调试过程中需注意信号同步、数据完整性、时钟速度一致性和片选管理。通过精确地设定这些参数可以有效地建立 ARM 和 FPGA 的SPI通信链路，并实现高效的双向数据传输。