spi master接口的fpga实现
前言
当你器件的引脚贼少的时候,需要主机和从机通信,spi就派上了用场,它可以一对多,但只是片选到的从机能和主机通信,其他的挂机。
spi:serial peripheral interface 串行外围接口
大致了解:

spi是个同步协议,数据在master和slaver间交换通过时钟sck,由于它是同步协议,时钟速率就可以各种变换。
sck:主机提供,从机不能操控,从器件由主机产生的时钟控制。数据只有在sck来了的上升沿或者下降沿才传输。
高级一点的spi芯片有配置寄存器,高级一点的工作有四种模式,采样相位和sck空闲电平可配置。
当然在这里我们主要实现简单的spi协议:sck是系统时钟的四分频,wr请求信号有效时,主机开始工作,数据位8bit,sck空闲时低电平,工作时第一个沿数据传输。只有一个从机,cs低电平片选。

看下结构:

接口定义:

编码实现:(版权所有,请勿用于商业用途,仅供学习使用)
//************************************************
// Filename : spi_ms_test1.v
// Author : Kingstacker
// Company : School
// Email : kingstacker_work@163.com
// Device : Altera cyclone4 ep4ce6f17c8
// Description : spi master module;data 8bit;sck is 4 div of the clk;
//************************************************
)(
//input;
input wire clk,
input wire rst_n,
input wire wr, //send request;
:] master_din, //the data you want send;
input wire miso, //the data form slave;
//output;
output reg cs, //slave select;
output reg sck, //data exchange clock;
output reg mosi, //master out;
:] master_dout //the data you received;
);
:] DIV_NUMBER = ; //div number,you can change;
) - 'b1; //max cnt number,6/2 -1 ;
reg cnt; //sck cnt;
reg sck_en; //enable sck;
reg data_cnt_en;
reg sck_reg1;
reg sck_reg2;
wire sck_p; //posedge sck;
wire sck_n; //negedge sck;
wire send_over;
'b00;
'b01;
'b10;
:] cstate;
:] data_cnt; //cnt the send data;
:] master_din_reg;
:] master_dout_reg;
:] mosi_cnt;
//produce sck;
always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
if (~rst_n) begin
cnt <= ;
sck <= 'b0;
end //if
else begin
'b1) begin
if (cnt == CNT_MAX) begin
cnt <= ;
sck <= ~sck;
end
else begin
cnt <= cnt + 'b1;
sck <= sck;
end
end
else begin
cnt <= ;
sck <= 'b0;
end
end //else
end //always
//produce sck_p and sck_n;
always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
if (~rst_n) begin
sck_reg1 <= 'b0;
sck_reg2 <= 'b0;
end //if
else begin
sck_reg1 <= sck;
sck_reg2 <= sck_reg1;
end //else
end //always
assign sck_p = (sck_reg1 & (~sck_reg2)); //sck posedge;
assign sck_n = ((~sck_reg1) & sck_reg2); //sck negedge;
//fsm;hot code;
always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
if (~rst_n) begin
cstate <= IDEL;
end
else begin
case (cstate)
IDEL: cstate <= (wr)? SEND : IDEL;
SEND: cstate <= (send_over) ? FINISH : SEND;
FINISH: cstate <= IDEL;
default: cstate <= IDEL;
endcase //case
end
end
always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
if (~rst_n) begin
cs <= 'b1;
data_cnt_en <= 'b0;
sck_en <= 'b0;
master_din_reg <= ;
master_dout <= ;
end
else begin
case (cstate)
IDEL: begin
data_cnt_en <= 'b0;
master_din_reg <= (wr) ? master_din : master_din_reg; //load the data you want send to slaver;
end
SEND: begin
data_cnt_en <= 'b1;
cs <= 'b0;
sck_en <= 'b1;
master_dout <= (send_over) ? master_dout_reg : master_dout; //master receiverd data;
end
FINISH: begin //send and load ok;
sck_en <= 'b0;
cs <= 'b1;
data_cnt_en <= 'b0;
end
default: begin
cs <= 'b1;
sck_en <= 'b0;
data_cnt_en <= 'b0;
end
endcase //case
end
end
always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
if (~rst_n) begin
data_cnt <= ;
end
else begin
data_cnt <= (data_cnt_en) ? (data_cnt + 'b1) : 5'd0; //4 div * 8bit = 32 cnt;
end
end
'b0;
//rising edge miso;
always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
if (~rst_n) begin
master_dout_reg <= ;
end
else begin
master_dout_reg <= (sck_p) ? {master_dout_reg[:],miso} : master_dout_reg;
end
end
//miso;
always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
if (~rst_n) begin
mosi_cnt <= ;
end
else begin
if (sck_n) begin
'd7) begin
mosi_cnt <= ;
end
else begin
mosi_cnt <= mosi_cnt + 'b1;
end
end
else begin
mosi_cnt <= mosi_cnt;
end
end
end
always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
if (~rst_n) begin
mosi <= 'b0;
end
else begin
mosi <= (sck_n) ? master_din_reg['d7-mosi_cnt] : mosi;
end
end
endmodule
仿真:

综合资源使用:

Fmax:

以上。
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