SPI Flash串口实验

简介：
本实验旨在通过实践操作，帮助学习者掌握SPI Flash芯片的基本知识及串口通信原理，并进行实际编程练习。 在电子设计领域内，SPI Flash是一种常用的非易失性存储器类型，主要用于保存微控制器或FPGA的配置数据及固件程序等重要资料。本实验旨在探讨如何通过串口（UART）通信来控制SPI Flash执行读写擦操作，在嵌入式系统开发中这是一种常见的需求。 以下为该实验涵盖的知识点详解： 1. **SPI**：全称Serial Peripheral Interface，即同步串行通信协议，其工作模式是由主设备驱动从设备。典型地包括MISO（Master In Slave Out）、MOSI（Master Out Slave In）、SCLK以及SS四条信号线。在实验中FPGA充当主设备角色而SPI Flash则作为从属。 2. **UART**：全称Universal Asynchronous Receiver Transmitter，即通用异步收发传输器，用于不同设备间进行全双工通信的串行接口。使用时需设定波特率、起始位数、数据位数、停止位及奇偶校验等参数。实验中，FPGA通过UART与外部环境交互。 3. **Verilog**：这是一种硬件描述语言（HDL），用于定义数字电路的行为和结构特性，在本实验里你需要用它来实现包括接收器在内的UART模块、SPI主控器以及控制逻辑，以处理从UART接收到的指令并执行相应的操作命令给SPI Flash。 4. **SPI Flash的操作**： - 读取：通过发送特定代码（例如0x03或0x3B）至Flash芯片，并提供所需地址信息后，后者会将指定位置的数据经由MISO线路返回。 - 写入：写入操作前通常需要先执行擦除步骤。发出指令如0x02或0x06以启动快速写入或者页面编程过程，随后发送具体数据内容。 - 擦除：SPI Flash支持块级（例如4KB、32KB）和芯片级别两种类型的擦除命令。使用代码如0xD8进行块内部分区域清除；利用代码0xC7则可执行整个芯片的完整清除操作。 5. **FPGA控制逻辑**：为响应并处理通过UART接收到的各种指令，需要在FPGA内部构建一套解析机制、SPI接口模块及地址数据寄存器等组件，并设置状态机来协调不同类型的命令执行流程。 6. **PC端软件**：为了向FPGA发送特定的控制指令序列，可能还需要开发一个简单的应用程序（利用C++、Python等多种语言），通过串行通信将这些指令传递给目标设备。 7. **硬件连接**：确保所有必要的物理线路正确无误地连接好。例如需保证UART接口以及SPI Flash与FPGA之间的四条信号线的准确对接。 8. **调试和测试**：在实验期间，可能会用到示波器来检查通信时序，逻辑分析仪来确认协议的一致性，并借助专用工具验证数据正确读写至Flash芯片中。 通过此项目的学习实践可以全面了解数字电路、嵌入式系统设计以及各种硬件接口的基础知识。此外还能加深对SPI Flash的实际应用理解及掌握UART和SPI通讯的基本规则。