全功能SPI接口的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
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當(dāng)分頻時(shí)鐘用于產(chǎn)生SPICLK時(shí)，異或門XOR1的一個(gè)輸入端來自配置寄存器的Polarity端，用于控制時(shí)鐘極性。節(jié)點(diǎn)Y3作為D觸發(fā)器MTN1的輸出端，輸出方程為：
S0為0，D觸發(fā)器上升沿觸發(fā)。S0為1，D觸發(fā)器保持原狀態(tài)。通過MTN1后的分頻時(shí)鐘，其高電平時(shí)間和低電平時(shí)間相等或相差一個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期，這個(gè)時(shí)鐘即為主模式下產(chǎn)生的SPICLK，通過Phase和Polarity端的選擇將會(huì)有四種不同時(shí)鐘模式。
當(dāng)分頻時(shí)鐘用于產(chǎn)生SPI控制器的內(nèi)部時(shí)鐘時(shí)，MUX2的選擇端S來自配置寄存器的主／從模式選擇端，選擇內(nèi)部時(shí)鐘還是外部時(shí)鐘通過。輸出端LANCLK用于SPI控制器的數(shù)據(jù)輸入／輸出鎖存時(shí)鐘。其方程為：
這里的DICLKn為通過MUX2后的分頻時(shí)鐘。由于時(shí)鐘極性對傳輸協(xié)議沒有影響，所以上式將使四種時(shí)鐘模式轉(zhuǎn)變成2種，即上升沿?zé)o延遲和下降沿有延遲，而后在用于控制數(shù)據(jù)的輸入／輸出鎖存。通過節(jié)點(diǎn)Y2的分頻時(shí)鐘經(jīng)過控制邏輯傳送到輸出端CNTCLK和DATCLK，這兩個(gè)時(shí)鐘分別用于SPI控制器內(nèi)部計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)時(shí)鐘和移位寄存器的控制時(shí)鐘。
以上分析均是在SPI控制器工作在主模式的情況，當(dāng)SPI控制器工作在從模式時(shí)，外部時(shí)鐘來自與門AND1的一個(gè)輸入，通過控制邏輯分別到達(dá)CNTCLK和DATCLK端。
在時(shí)鐘生成模塊里同時(shí)具有相應(yīng)控制功能：Reset引腳，模塊的復(fù)位端，低有效。SPISTE引腳，SPI控制器的使能端，低有效。Susp_free和Susp_soft引腳，決定了當(dāng)仿真器突然中斷時(shí)SPI模塊將采取何種動(dòng)作，在時(shí)鐘生成模塊里，Susp_free和Susp_soft被置為00時(shí)，將關(guān)斷SPI CLK，使正在傳送的數(shù)據(jù)立即停止。
3 SPI控制器的仿真實(shí)現(xiàn)
SPI控制器的仿真使用Mentor公司的ModelSim軟件，該軟件可在windows，Linux平臺(tái)上使用，支持VHDL或Verilog硬件描述語言(HDL)仿真。它支持所有器件的行為級仿真、VHDL或Verilog仿真激勵(lì)。為了測試設(shè)計(jì)的正確性，編寫了testbench模塊，包括產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)，控制寄存器的配置，收發(fā)的數(shù)據(jù)，產(chǎn)生的中斷等。
3．1 SPI控制器時(shí)鐘仿真驗(yàn)證
當(dāng)SPI工作在主模式下，全功能SPI控制器根據(jù)從控制器的時(shí)序要求會(huì)提供具有4種不同極性和相位的時(shí)鐘。圖6為SPI控制器內(nèi)部時(shí)鐘生產(chǎn)模塊的仿真驗(yàn)證，輸入DICLK為分頻后時(shí)鐘，其對系統(tǒng)時(shí)鐘進(jìn)行了14分頻。時(shí)鐘生產(chǎn)模塊對DICLK進(jìn)行處理，產(chǎn)生LANCLK，CNTCLK，DATCLK和4種不同極性和相位的SPICLK。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/153493.htm
3．2 SPI控制器工作在主模式下的驗(yàn)證測試
通過配置寄存器選擇SPI工作在主模式，此時(shí)主SPI通過引腳SPICLK提供整個(gè)串行網(wǎng)絡(luò)的串行時(shí)鐘。SPI波特率寄存器決定發(fā)送和接收的傳輸速率。發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，主控制器先發(fā)送SPICLK信號(hào)，然后向SPIDAT和SPITXBUF寄存器寫入數(shù)據(jù)C00F和8FF，寫入這兩個(gè)寄存器都可以啟動(dòng)SPISIMO引腳上的數(shù)據(jù)發(fā)送(先發(fā)送最高有效位)。同時(shí)從控制器通過引腳SPISIMO將接收到的數(shù)據(jù)移入SPIDAT的最低位，當(dāng)選定量的位發(fā)送完時(shí)，整個(gè)數(shù)據(jù)發(fā)送完畢，數(shù)據(jù)按照右對齊的格式存入SPIRXBUF中，以備系統(tǒng)讀取(一般為cpu)，同時(shí)中斷標(biāo)志位被置為1，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)出指令，讀取存在SPITXBUF的數(shù)據(jù)時(shí)，SPI中斷標(biāo)志位被清零，仿真結(jié)果如圖7所示。
4 結(jié)束語
文中提出了一種全功能硬件SPI接口設(shè)計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)了4種具有不同極性和相位的時(shí)鐘，它吸取了傳統(tǒng)軟硬件的優(yōu)點(diǎn)，具有速度快、結(jié)構(gòu)簡單的特點(diǎn)，并已通過功能仿真和FPGA驗(yàn)證，結(jié)果證明本設(shè)計(jì)是可靠的，可直接用于FPGA中或者作為硬件電路嵌入具體芯片內(nèi)。
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