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基于FPGA的可復用通信接口設計

作者: 時間:2012-08-27 來源:網(wǎng)絡 收藏

摘要:集成電路設計越來越向系統(tǒng)級的方向發(fā)展,解決模塊間的接口問題顯得尤為重要。 SPI 串行總線是一種常用的標準接口,其使用簡單方便而且占用系統(tǒng)資源少,應用相當廣泛。 本文將介紹一種新的通用的SPI 總線的 實現(xiàn)方法。

本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/190000.htm

1、引言

長期以來,外圍設備與主機CPU速度之間的不匹配始終困擾著人們,影響了計算機系統(tǒng)更迅速的發(fā)展。 隨著計算機處理能力及存儲規(guī)模的迅速增長,這個問題表現(xiàn)得更加突出。雖然已經(jīng)采取了各種軟、硬件的 方法,不斷地改善著CPU與I/O設備之間的接口性能。然而,在許多應用中接口問題依然是制約系統(tǒng)性能的 瓶頸。對于特定的設計,設計者面對紛繁蕪雜的接口標準,一般根據(jù)系統(tǒng)所需的成本及功能選擇合適的標 準產(chǎn)品,這可能導致接口標準沖突和引起互用性問題;或許重新選擇與接口兼容的標準器件,但又可能會 造成不滿足功能需要或成本要求等。

技術的迅速發(fā)展使得接口問題有了好的解決方案。例如,現(xiàn)有的高性能接口IP及高速物理I/O的 ,可滿足10Gb/s以上的系統(tǒng)的要求;而且用FPGA解決接口不兼容器件間的問題。因此本文 將提出一種新的基于FPGA 的SPI 方法。

SPI(Serial Peripheral Interface)串行外設接口總線[1]是一種同步全雙工串行接口總線。由于其連線 簡單使用方便,故得到廣泛應用。在實際開發(fā)應用中,若主控制器無SPI接口或需要與多個具有SPI接口的 外設通信,就要使用主控制器的I/O口通過軟件來模擬,這就在很大程度上限制了其應用且給數(shù)據(jù)傳輸帶來 不便。在FPGA技術迅速發(fā)展的時代,解決這個問題最方便的辦法就是集成一個SPI核到芯片上。

這里根據(jù)業(yè)界通用的SPI總線的標準,設計一種的高速SPI總線。設計過程中很多變量都采用參 數(shù)形式,具體應用于工程實踐時根據(jù)實際需要更改參數(shù)即可,充分體現(xiàn)了性。

2、 SPI 總線原理

SPI 總線由四根線組成:串行時鐘線(SCK),主機輸出從機輸入線(MOSI),主機輸入從機輸出線(MISO), 還有一根是從機選擇線(SS),它們在與總線相連的各個設備之間傳送信息,其連接方式如圖1。


圖1.SPI總線示意圖

SPI 總線中所有的數(shù)據(jù)傳輸由串行時鐘SCK 來進行同步,每個時鐘脈沖傳送1 比特數(shù)據(jù)。SCK 由主機產(chǎn) 生,是從機的一個輸入。時鐘的相位(CPHA)與極性(CPOL)可以用來控制數(shù)據(jù)的傳輸。CPOL=“0”表示SCK 的靜止狀態(tài)為低電平,CPOL =“1”則表示SCK 靜止狀態(tài)為高電平。時鐘相位(CPHA)可以用來選擇兩種 不同的數(shù)據(jù)傳輸模式。如果CPHA =“0”,數(shù)據(jù)在信號SS 聲明后的第一個SCK 邊沿有效。而當CPHA=“1” 時, 數(shù)據(jù)在信號SS聲明后的第二個SCK 邊沿才有效。因此,主機與從機中SPI 設備的時鐘相位和極性必須 要一致才能進行通信。

SPI 可工作在主模式或從模式下。在主模式下,每一位數(shù)據(jù)的發(fā)送/接收需要1 次時鐘作用;而在從 模式下, 每一位數(shù)據(jù)都是在接收到時鐘信號之后才發(fā)送/接收。1個典型的SPI系統(tǒng)包括一個主MCU和1 個或幾個從外圍器件。


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