基于FPGA的SPI设计.doc

1、 II 学位论文原创性声明 草鱼 草鱼 本人郑重声明 ： pork所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果 。 草鱼 除了文中特别加以标注引用的内容外 ， 鲤鱼 本论文不包括任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品 。 草鱼 本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担 。 草鱼草鱼 草鱼 作者签名 ： pork 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 年 草鱼 草鱼 草鱼 月 草鱼 草鱼 草鱼 日 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 学位论文版权使用授权书 草鱼 本学位论文作者完全了解学校有关保障

2、 、 pork使用学位论文的规定 ， 鲤鱼 同意学校保留并向有关学位论文管理部门或机构送交论文的复印件和电子版 ， 鲤鱼 允许论文被查阅和借阅 。 草鱼 本人授权省级优秀学士论文评选机构将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据进行检索 ， 鲤鱼 可以采用影印 、 por k缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文 。 草鱼草鱼 本学位论文属于 1、 por k保密囗 ， 鲤鱼 在 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 年解密后适用本授权书 草鱼 2、 por k不保密囗 草 鱼 草鱼 。 草鱼草鱼 （请在以上相应方框内打“ ”） 草鱼 草鱼

3、作者签名 ： pork 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 年 草鱼 草鱼 草鱼 月 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 日 草鱼 导师签名 ： pork 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 年 草鱼 草鱼 草鱼 月 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 日III 武汉理工大学 本科生毕业设计（论文）任务书 草鱼 草鱼 学生姓名 ： pork杜永浩 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 专业班级 ： pork通信 0606 草鱼 指 导教师 ： pork陈适 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 工作单位

4、 ： pork信息工程学院草鱼 设计（论文）题目 ： pork基于 FPGA 的 SPI 串行接口设计 草鱼草鱼 设计（论文）主要内容 ： pork草鱼 1.研究探讨 SPI 串行接口的关键技术和 SPI 协议规范 草鱼 2. 草鱼 深入学习 Verilog 语言和 FPGA 设计方法 草鱼 要求完成的主要任务 ： pork草鱼 具体要求 ： p ork1、 pork查阅一定数量的中英文资料 ， 鲤鱼 掌握相关技术 。 草鱼草鱼 2.掌握 SPI 关键技术 ， 鲤鱼 了解 SPI 接口定义和设计规范 。 草鱼草鱼 3、 pork要求阅读相关的参考文献不少于 15 篇 ， 鲤鱼 其中英文文献不少

5、于 3篇 ， 鲤鱼 翻译与选题相关的英文参考文献不少于 2万印刷符 ； p ork草鱼 4、 p ork根据毕业设计有关规范 ， 鲤鱼 按时完成所有学习 、 pork研究工作和有关文 档 。 草鱼 草鱼草鱼 草鱼 必读参考资料 ： pork草鱼 1. 草鱼 基于 Verilog 草鱼 HDL 的 FPGA 设计与工程应用 李文仲 草鱼 段朝玉 草鱼 著 -北京航空航天大学出版社 草鱼 2. 草鱼 SPI 草鱼 Block 草鱼 Guide 草鱼 V03.06. 草鱼 Original 草鱼 Release 草鱼 Date: 草鱼 21 草鱼 JAN 草鱼 2000Revised: 草鱼 04

6、草鱼 FEB 草鱼 2003. 草鱼 Motorola, 草鱼 Inc.草鱼 3 徐洋等 .基于 Verilog 草鱼 HDL 的 FPGA 设计与工程应用 .人民邮电出版社 .2009草鱼 草鱼 草鱼草鱼 草鱼 指导教师签名 ： pork 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 系主任签名 ： pork 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼草鱼 院长签名（章 ） _ 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼_I 武汉理工大学本科学生毕业设计 （论文）开题报告 基于 FPGA 的 SPI 串行外围接口 接口设计 草鱼 1、 pork目的 和 意义

7、 及发展现状草鱼 SPI 是英文 Serial 草鱼 Peripheral 草鱼 Interface 的缩写 ， 鲤鱼 中文意思是串行外围设备接口 ， 鲤鱼 SPI是 Motorola 公司推出的一种同步串行通讯方式 ， 鲤鱼 是一种三线同步总线 ， 鲤鱼 它是 一种常用的标准接口 ， 鲤鱼 由于其使用简单方便且节省系统资源 ， 鲤鱼 很多芯片都支持该接口 ， 鲤鱼 SPI接口 主要应用在 EEPROM， 鲤鱼 FLASH， 鲤鱼 实时时钟 ， 鲤鱼 AD 转换器 ， 鲤鱼 还有数字信号处理器和数字信号解码器之间 等等 。 草鱼 当然 ， 鲤鱼 串口通信还有其他的接口方式 ， 鲤鱼 SPI接口

8、和 UART相比 ， 鲤鱼 多了一条同步时钟线 ， 鲤鱼 上面 UART 的缺点也就是它的优点了 ， 鲤鱼 对通信双方的时序要求不严格不同设备之间可以很容易结合 ， 鲤鱼 而且通信速度非常快 。 草鱼 一般用在产品内部元件之间的高速数据通信上面 ， 鲤鱼 如大容量存储器等 。 草鱼 这就凸现 SPI 的好处 。 草鱼草鱼SPI 接口的扩展有硬件和软件两种方法 ,软件模拟 SPI 接口方法虽然简单方便 ,但是速度受到限制 ， 鲤鱼 在高速且日益复杂的数字系统中 ， 鲤鱼 这种方法显然无法满足系统要求 ，鲤鱼 所以采用硬件的方法实现最为切实可行 。 草鱼 这使得 与 SPI 有关的软件就相当简单

9、，鲤鱼 使 CPU 有更多的时间处理其他事务 。 草鱼 当前 ， 鲤鱼 基于主从处理器结构的系统架构已经成为一种主流（如 草鱼 DSP+FPGA,MCU+FPGA 等） ， 鲤鱼 FPGA 是在 ASIC 的基础发展出来的 ， 鲤鱼 它克服了专用 草鱼 ASIC 不够灵活的缺点 。 草鱼 与其他中小规模集成电路相比 ， 鲤鱼 其优点主要在于它有很强的灵活性 ， 鲤鱼 即其内部的具体逻辑功能可以根据需要配置 ， 鲤鱼 对电路的修改和 维护很方便 。 草鱼 目前 ， 鲤鱼 FPGA 的容量已经跨过了百万门级 ， 鲤鱼 使得 草鱼 FPGA 成为解决系统级设计的重要选择方案之一 。 草鱼 在这种架构

10、下 ， 鲤鱼 应用 FPGA 来构建 SPI 通信接口是切实可行的 。 草鱼 草鱼 参考文献 ： pork草鱼 1 草鱼 孙丰军 ， 鲤鱼 余春暄 . 草鱼 S 草鱼 P 草鱼 I 草鱼 串行总线接口的 V 草鱼 e 草鱼 r 草鱼 i 草鱼 l 草鱼 o 草鱼 g 草鱼 实现 . 草鱼 北京工业大学 草鱼 电子信息与控制工程学院 草鱼 北京 草鱼 10002.草鱼 2 草鱼 刘福奇 ， 鲤鱼 刘波 . 草鱼 Verilog 草鱼 HDL 应用程序 . 草鱼 电子工业出版社 ， 鲤鱼 2009.10 草鱼 3 草鱼 顾卫刚 . 草鱼 串行外围接口 . 草鱼 陕西 ： pork西安交通大学 ，

11、鲤鱼 2004.草鱼 4 草鱼 徐洋等 .基于 Verilog 草鱼 HDL 的 FPGA设计与工程应用 .人民邮电出版社 .2009 草鱼 5 草鱼 K.Babulu, 草鱼 K.Soundara 草鱼 Rajan. 草鱼 FPGA 草鱼IMPLEMENT 草鱼 ATION 草鱼 OF 草鱼 SPI 草鱼 TRANSCEIVER 草鱼 MACROCELL 草鱼 INTERFACE 草鱼 WITH 草鱼 SPI 草鱼SPECIFICATIONS. 草鱼 JNTU 草鱼 Colleage 草鱼 off 草鱼 Engineering， 鲤鱼 2008. 武汉理工大学学 士学位论文 II 2、 po

12、rk基本内容和技术方案 草鱼 2.1、 pork研究的基本内容 草鱼 （ 1）熟悉通信及通信接口相关方面的知识 ， 鲤鱼 学习并掌握 SPI 通信接口的结构 ， 鲤鱼 协议及原理 。 草鱼草鱼 （ 2）熟悉VERILOG 语言及其开发环境 ISE， 鲤鱼 使用该语言进行数字电路（ FPGA）设计 ， 鲤鱼 慢慢深入 VERILOG 语言 。 草鱼草鱼 （ 3）设计流程图 ， 鲤鱼 状态图 ， 鲤鱼 并一步步用 Verilog 语言实现仿真验证 I 接口串口通 信 。 草鱼草鱼 （ 4）采用实验板或自行设计电路进行调试 ， 鲤鱼 并采用相关仪器验证 。 草鱼草鱼 （ 5）系统整体调试 、 por

13、k优化 ， 鲤鱼 或就某一部分进行优化并做深入的研究与扩展 。 草鱼草鱼 2.2、 p ork 草鱼 技术方案 草鱼 （ 1）硬件设计模型 草鱼 硬件实现主要是基于 PLD 的 CPLD， 鲤鱼 FPGA中实现 。 草鱼 如 FPGA 是在 ASIC 的基础发展出来的 ， 鲤鱼 它克服了专用 草鱼 ASIC 不够灵活的缺点 。 草鱼 与其他中小规模集成电路相比 ， 鲤鱼 其优点主要在于它有很强的灵活性 ， 鲤鱼 即其内部的具体逻辑功能可以根据需要配置 ， 鲤鱼 对电路的修改 和维护很方便 。 草鱼 目前 ， 鲤鱼 FPGA 的容量已经跨过了百万门级 ， 鲤鱼 使得 草鱼 FPGA 成为解决系统

14、级设计的重要选择方案之一 。 草鱼 在这种架构下 ， 鲤鱼 应用 FPGA 来构建 SPI 通信接口是切实可行的 。 草鱼 草鱼 下图 模 式 一种主从模式 ： pork 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼草鱼 SPI 草鱼 接口 作为 主机 与 从机 的通讯接口 ,主要完成以下工作 ： pork 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 SPI 将从 主机 接收到的 8 位的并行数据 ,转换为 从机 所能接收的串行数据 ,并将该数据根据 SPI 协议送 给 从机 。 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 主机 产生 从机 所需的时钟信号 SCLK,片选信号 CS。 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 接收从 从机 传回的 读信号

15、和 串行数据 ,并将其转换为并行数据 。 草鱼 草鱼 （ 2）系统实现方案 草鱼 用 FPGA 实现 SPI 串行外围接口 是一个 比较 复杂的 系统较大 的系统没有科学的设计方法就很难保证不出错 ， 鲤鱼 并很难言简意赅的清晰思路完成方案 。 草鱼 此 方案采用了 状态机来设计 ， 鲤鱼 本项目的研究主要采用理论分析 、 pork逻辑推理 、 pork试验调试等方法 。草鱼草鱼 针对状态机 ， 鲤鱼 其主要有以下特点 ： pork草鱼 1）有限状态机克服了纯硬件数字系统顺序方式控制不灵活的缺点 。 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 2）状态机的结构模式相对简单 。 草鱼草鱼 草鱼 草鱼 草

16、鱼 草鱼 3）状态机容易构成性能良好的同步时序逻辑模块 。 草鱼草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 4）状态机的 Verilog 草鱼 HDL 表述丰富多样 。 草鱼草鱼草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 5）在高速运算和控制方面 ， 鲤鱼 状态机更有其巨大的优势 。 草鱼草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 6）就可靠性而言 ， 鲤鱼 状态机的优势也是十分明显的 。 草鱼草鱼 基于以上特点 ， 鲤鱼 用状态机的方法描述 SPI通信过程简单方便并可靠 ， 鲤鱼 基于状态机 ， 鲤鱼 SPI 通信接口的状态大致转移图如下所示 ： pork草鱼 首先是 SPI 接口在等待状态 ， 鲤鱼 当检测到发送指令时触发信号进入发送状

17、态 ， 鲤鱼 在系统指微处理器 微处理器接口 SPI 总线接口 adr_i1:0 dat_i7:0 dat_o7:0 int_o we_i cs_o miso_i mosi_o sck_o rst_i 武汉理工大学学 士学位论文 III 令下检测到写信号时进入发送数据状态 ， 鲤鱼 然后一位位发送数据 ， 鲤鱼 当检测到读信号时 ，鲤鱼 进入读状态 ， 鲤鱼 当检测到发送接收都完毕时 ， 鲤鱼 进入发送接收完毕状态 ， 鲤鱼 再转向等待状态 。 草鱼草鱼 （ 3）关键技术的实现 草鱼 时序问题 草鱼 将总线控制信号封装成指令 ， 鲤鱼 使用者只需通过发送指令的方式操作 ， 鲤鱼 避免了复杂的时

18、序逻辑设计问题 。 草鱼 草鱼 全双工传输方式的设计 草鱼 如果全部使用状态机的方式完成设计 ， 鲤鱼 则可发现其很难完成全双工即收发独立模式 ， 鲤鱼 则在此过程中可以采用流水线设计方式 ， 鲤鱼 使之收与发之间独立进行 ， 鲤鱼 便可完成全双工传输方式的设计 。 草鱼 3、 pork进度安排 草鱼 第 1 2 周 ： pork查阅相关 SPI 文献资料 ， 鲤鱼 对其相关研究内容进行大体了解 ， 鲤鱼 并明确其原理和基本实现方案 ， 鲤鱼 完成开题报告 ， 鲤鱼 熟悉 ISE 操作和在线调试 ， 鲤鱼 了解 Verilog 草鱼 HDL 语言的基本语法 。 草鱼草鱼 第 3 4 周 ： p

19、ork详细理解和研究 SPI 的原理 ， 鲤鱼 对 Verilog 草鱼 HDL 语言有一定的理解 。 草鱼草鱼 第 5 12 周 ： pork对于 Verilog 草鱼 HDL 语言有深入理解 ， 鲤鱼 并具备一定的编程能力 ， 鲤鱼 能设计基本单元器件 ， 鲤鱼 并能读懂大型程序 ， 鲤鱼 熟练状态机的设计方法 ， 鲤鱼 对 SPI 有着工作过程有着细致的了解 草鱼 第 13-16 周 ： pork完成并修改毕业论文 。 草鱼草鱼 第 17 周 : 草鱼 准备论文答辩 。 草鱼 4、 p ork指导教师意见 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼

20、 草鱼 草鱼 草鱼 指导教师签名 ： pork 草鱼草鱼 年 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 月 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼日 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 武汉理工大学学士学位论文 IV 目录 草鱼 摘要 I 草鱼 Abstract II 草鱼 1 草鱼 绪论 3 草鱼 1.1 课题研究背景 3 草鱼 1.2 草鱼 SPI 研究目的及意义 3 草鱼 1.3 草鱼 本章 小结 4 草鱼 2 草鱼 SPI 原理分析 5 草鱼 2.1 草鱼 SPI 介绍 5 草鱼 2.2 草鱼 SPI 工作模式 6 草鱼 2.3 草鱼 SPI 传输模式 6 草鱼 2.4 草鱼 SPI 协议 7 草鱼 2.5 草鱼 本章

21、小结 8 草鱼 3 草鱼 方案论证 9 草鱼 3.1 在 51 系列单片机系统中实现 9 草鱼 3.2 草鱼 用可编程逻辑器件设计 SPI9 草鱼 3.3 草鱼 本章小结 10 草鱼 4 草鱼 SPI 的电路设计 11 草鱼 4.1 草鱼 SPI 设计系统的功能 11 草鱼 4.2 草鱼 SPI 各部分具体实现 11 草鱼 4.2.2 草鱼 SPI 系统中所用的寄存器 11 草鱼 4.2.3 草鱼 SPI 速率控制 12 草鱼 4.2.4 草鱼 SPI 控制状态机 13 草鱼 4.2.5 草鱼 SPI 程序设计流程图 14 草鱼 4.3 草鱼 SPI 仿真及开发板上调试验证分析 15 草鱼 4

22、.3.1 草鱼 仿真分析 15 草鱼 4.3.2 开发板上调试 17 草鱼 4.4 草鱼 本章小结 19 草鱼 5 草鱼 论文总结 20 草鱼 致谢 21 草鱼 参考文献 22 草鱼 附录 1 24 草鱼 附录 2 28 草鱼 武汉理工大学学士学位论文 I 摘要 草鱼 随着专用集成电路 （ ASIC)设计技术的进步以及超大规模集成电路 （ VLSI)工艺技术的飞速发展 ， 鲤鱼 以及其价格的日益降低 ， 鲤鱼 采用 FPGA 编程的 硬件电路来实现诸如 SPI 接口也日益切实可行 ， 鲤鱼 相对软件实现具有更好的优点 。 草鱼 SPI 接口是 一种常用的标准接口 ， 鲤鱼 由于其使用简单方便且

23、节省系统资源 ， 鲤鱼 很多芯片都支持该接口 ， 鲤鱼 SPI 接口 主要应用在 EEPROM， 鲤鱼FLASH， 鲤鱼 实时时钟 ， 鲤鱼 AD 转换器 ， 鲤鱼 还有数字信号处理器和数字信号解码器之间 等等 。草鱼草鱼 由于 SPI 接口是一种事实标准 ， 鲤鱼 并没有标准协议 ， 鲤鱼 大部分厂家都是参照 Motorola 的 SPI 接口定义来设计的 ， 鲤鱼 但正因为没有确切的版本协议 ， 鲤鱼 不同厂家产品的 SPI 接口在技术上存在一 定的差别 ， 鲤鱼 容易引起歧义 ， 鲤鱼 有的甚至无法互联（需要用软件进行必要的 修改） 。 草鱼 本文基于一种使用较为普遍的协议来进行设计 ，

24、 鲤鱼 并参照 Motorola 公司的 MC68HC11A8 单片机中的 SPI 模块定义来设计的简化的 SPI 接口 ， 鲤鱼 用 Verilog 语言进行编写设计 ， 鲤鱼 并在 ISE 软件 上进行设计仿真 ， 鲤鱼 并 在 基于 Xlinx 公司的 Spartan-3E 芯片 的 Digilent 公司出品的 Nexys2 开发板上 用在线逻辑分析仪 chipscope 进行板上调试验证 观察结果 ， 鲤鱼 并完成实现功能 ， 鲤鱼 并具有一些独创性的设计 。 草鱼草鱼 草鱼 关键词 ： por kFPGA 草鱼 草鱼 Verilog 草鱼 草鱼 SPI 协议 草鱼 草鱼 chips

25、cope 草鱼 草鱼 ISE 草 鱼 草鱼武汉理工大学学士学位论文 II Abstract 草鱼 With 草鱼 the 草鱼 advances 草鱼 in 草鱼 design 草鱼 technology 草鱼 of 草鱼 ASIC 草鱼 and 草鱼 VLSIs 草鱼 rapid 草鱼 development, 草鱼 and 草鱼 its 草鱼 price 草鱼 is 草鱼 lower, 草鱼 the 草鱼 hardware 草鱼 circuit 草鱼 based 草鱼 on 草鱼 FPGA 草鱼 programming 草鱼 interface 草鱼 to 草鱼 achieve 草鱼suc

26、h 草鱼 as 草鱼 SPI 草 鱼 is 草鱼 feasible, 草鱼 and 草鱼 it 草鱼 realizes 草鱼 better 草鱼 than 草鱼 software. 草鱼 SPI 草鱼 interface 草鱼 is 草鱼 a 草鱼 common 草鱼standard 草鱼 interface, 草鱼 due 草鱼 to 草鱼 its 草鱼 simple 草鱼 and 草鱼 convenient 草鱼 use 草鱼 and 草鱼 save 草鱼 system 草鱼 resource 草鱼 , 草鱼 a 草鱼 lot 草鱼 of 草鱼 chips 草鱼 support 草鱼 th

27、is 草鱼 interface. 草鱼 SPI 草鱼 interface 草鱼 is 草鱼 extensively 草鱼 applied 草鱼 in 草鱼 EEPROM, 草鱼 FLASH, 草鱼 real-time 草鱼 clock, 草鱼 AD 草鱼 converter, 草鱼 and 草鱼 digital 草鱼 signal 草鱼 processor 草鱼 and 草鱼 digital 草鱼 signals 草鱼 decoder, 草鱼etc.草鱼 Due 草鱼 to 草鱼 the 草鱼 interface 草鱼 is 草鱼 a 草鱼 fact 草鱼 SPI 草鱼 standard, 草

28、鱼 and 草鱼 it 草鱼 has 草鱼 no 草鱼 standard 草鱼 protocol, 草鱼 most 草鱼manufacturers 草鱼 design 草鱼 the 草鱼 SPI 草鱼 refer 草鱼 to 草鱼 the 草鱼 interface 草鱼 definition 草鱼 of 草鱼 Motorolas 草鱼reference.Because 草鱼 of 草鱼 no 草鱼 definite 草鱼 agreement, 草鱼 there 草鱼 is 草鱼 a 草鱼 lot 草鱼 of 草鱼 different 草鱼 versions 草鱼 of 草鱼 the 草鱼pro

29、ducts 草鱼 in 草鱼 the 草鱼 technology 草鱼 exists 草鱼 on 草鱼 SPI 草鱼 interface, 草鱼 easy 草鱼 cause 草鱼 of 草鱼 ambiguity, 草鱼 some 草鱼 even 草鱼cannot 草鱼 interconnect 草鱼 (need 草鱼 to 草鱼 do 草鱼 some 草鱼 modification). 草鱼 Based 草鱼 on 草鱼 a 草鱼 common 草鱼 protocols 草鱼 for 草鱼design, 草 鱼 and 草鱼 the 草鱼 company 草鱼 MC68HC11A8 草鱼 mi

30、crocontroller 草鱼 of 草鱼 Motorola 草鱼 module 草鱼 definition 草鱼 to 草鱼 design 草鱼 the 草鱼 SPI 草鱼 simplified 草鱼 SPI 草鱼 interface, 草鱼 with 草鱼 Verilog 草鱼 language 草鱼 writing, 草鱼 and 草鱼 in 草鱼 the 草鱼 design 草鱼 of 草鱼 the 草鱼 software 草鱼 design 草鱼 ISE 草鱼 simulation, 草鱼 and 草鱼 based 草鱼 on 草鱼 the 草鱼 Xlinx 草鱼 company

31、草鱼 Digilent 草鱼 chip 草鱼Spartan 草鱼 3E 草鱼 - 草鱼 the 草鱼 Nexys2 草鱼 development 草鱼 board 草鱼 with 草鱼 online 草鱼 logic 草鱼 analyzers 草鱼 chipscope 草鱼 on 草鱼board, 草鱼 and 草鱼 debugging 草鱼 validation 草鱼 observations, 草鱼 and 草鱼 complete 草鱼 functionality 草鱼 has 草鱼 some 草鱼distinctive 草鱼 design. 草鱼 草鱼 草鱼 Keywords： por

32、kFPGA 草鱼 草鱼 Verilog 草鱼 草鱼 SPI 草鱼 protocol 草鱼 草鱼 chipscope 草鱼 草鱼 ISE武汉理工大学学士学位论文 3 1 草鱼绪论 草鱼 在研究 SPI 串行外围接口之前 ， 鲤鱼 我们首先要对其背景及其研究的目的要有所了解 。 草鱼草鱼 1.1 课题研究背景 草鱼 数据传送有串行传送和并行传送两种方 。 草鱼 并行传送以其 高速度占领了数据传送 领域很长一段时间 ， 鲤鱼 采用并行传送的集成电路 、 pork外围设备可谓不计其数 ， 鲤鱼 从 CPU、 porkRAM/ROM 到打印机 。草鱼草鱼 从原理上讲 ， 鲤鱼 串行传输是按位传输方式 ，

33、 鲤鱼 只利用一条信号线进行传输 ， 鲤鱼 例如 ： pork要传送一个字节（ 8 位）数据 ， 鲤鱼 是按照该字节中从最高位逐位传输 ， 鲤鱼 直至最低位 。 草鱼 草鱼 草鱼 而并行传输是一次将所有一字节中 8 位信号一并传送出去 。 草鱼 自然最少需要 8 根信号线 。 草鱼 草鱼草鱼 如果按每次传送的数据流量来看 ， 鲤鱼 并行传输要远快于串口 ， 鲤鱼 在电脑发展初期 ， 鲤鱼 由于数据传输速率不是很高 ， 鲤鱼 并行传输还是很快的 。 草鱼 草鱼草鱼 但并行传输也有它的缺点 ： por k 草鱼草鱼 （ 1） 干扰问题上面的人已经提到 。 草鱼 草鱼草鱼 其根本原因是由于传输速率太

34、快 ， 鲤鱼 一般达到 100M 以上 ， 鲤鱼 信号线上传递的频率将超过 100MHz， 鲤鱼 想想看 ，鲤鱼 调频收音机的频率也不过 88108MHz， 鲤鱼 也就是说 ， 鲤鱼 若用并行传输的话 ， 鲤鱼 是 8 根天线放在一起来传输信号 ， 鲤鱼 易发生干扰 。 草鱼 但如果加强屏蔽 ， 鲤鱼 减小信号线间的耦合电容 ， 鲤鱼 是可以继续增大传输速率的 ， 鲤鱼 不过这将变得不现实 ， 鲤鱼 因为这必然导致信号线将耗用更多金属 ， 鲤鱼 截面积更大 。 草鱼 但这并不是不能解 决的问题 。 草鱼 草鱼草鱼 （ 2） 并行传输速率提升困难的最主要原因是同步问题 草鱼草鱼 并行传输时 ，

35、鲤鱼 发送器是同时将 8 位信号电平加在信号线上 ， 鲤鱼 电信号虽然是以光速传输的 ， 鲤鱼 但仍有延迟 ，鲤鱼 因此 8 位信号不是严格同时到达接受端 ， 鲤鱼 速率小时 ， 鲤鱼 由于每一字节在信号线上的持续时间较长 ， 鲤鱼 这种到达时间上的不同步并不严重 ， 鲤鱼 随着传输速率的增加 ， 鲤鱼 与 8 位信号到达时间的差异相比 ， 鲤鱼 每一字节的持续时间显得越来越短 ， 鲤鱼 最终导致前一字节的某几位与后一字节的几位同时到达接受端 ， 鲤鱼 这就造成了传输失败 ， 鲤鱼 而且随着信 号线的加长这种现象还会越发严重 ， 鲤鱼 直至无法使用 。 草鱼 这是并口传输的致命缺点 。 草鱼

36、草鱼草鱼 串行传输由于只有一位信号在信号线上 ， 鲤鱼 没有位同步问题 ， 鲤鱼 因此传送频率可以继续提高 ， 鲤鱼 当前传输速率已经达到 1Gb/s（ 1000M）以上 ， 鲤鱼 而且还在提高 ， 鲤鱼 而并行传输在 100Mb/s 左右就停滞不前了 ， 鲤鱼 可以预见 ，鲤鱼 串行传输将会比并行传输越来越快 。 草鱼 草鱼草鱼 为此 ， 鲤鱼 串行传输已经成为当今外设接口的主流传输方式 ， 鲤鱼 为此 ， 鲤鱼 摩托罗拉公司开发出了同步外设接口 (SPI)， 鲤鱼 并随着时间不断改进 ， 鲤鱼 由 于其占用线的资源少 ， 鲤鱼 且稳定可靠 ， 鲤鱼 草鱼 该总线大量用在与 EEPROM、

37、porkADC、 porkFLASH 和显示驱动器之类的慢速外设器件通信 ， 鲤鱼 现在很多单片机等都有 SPI 模块来连接外围设备 ， 鲤鱼 从而 使主机与外设传输数据更加方便 。 草鱼草鱼 1.2 草鱼SPI 研究目的及意义 草鱼 SPI 是一种同步串行通讯方式 ， 鲤鱼 是一种三线同步总线 ， 鲤鱼 它是 一种常用的标准接口 ， 鲤鱼 由于其使用简单方便且节省系统资源 ， 鲤鱼 很多芯片都支持该接口 ， 鲤鱼 SPI 接口 主要应用在EEPROM， 鲤鱼 FLASH， 鲤鱼 实时时钟 ， 鲤鱼 AD 转换器 ， 鲤鱼 还有数字信号处理器和数字信号解码武汉理工大学学士学位论文 4 器之间

38、等等 。 草鱼 当然 ， 鲤鱼 串口通信还有其他的接口方式 ， 鲤鱼 SPI 接口和 UART 相比 ， 鲤鱼 多了一条同步时钟线 ， 鲤鱼 对通信双方的时序要求不严格不同设备之间可以很容易结合 ， 鲤鱼 而且通信速度非常快 。 草鱼 一般用在产品内部元件之间的高速数据通信上面 ， 鲤鱼 如大容量存储器等 。 草鱼 这就凸现 SPI 的好处 。 草鱼 为此 ， 鲤鱼 研究 SPI 接口 ， 鲤鱼 可以更容易了解并外围器件传输过程 ， 鲤鱼 并对其已定义的进行改进 ， 鲤鱼 并使之更加可靠 ， 鲤鱼 功能强化 。 草鱼草鱼 SPI接口的扩展有硬件和软件两种方法 ,软件模拟 SPI接口方法虽然简单

39、方便 ,但是速度受到限制 ， 鲤鱼 在高速且日益复杂的数字系统中 ， 鲤鱼 这种方法显然无法满足系统要求 ， 鲤鱼 所以采用硬件的方法实现最为切实可行 。 草鱼 这使得 与 SPI 有关的软件就相当简单 ， 鲤鱼 使 CPU 有更多的时间处理其他事务 。 草鱼 草鱼 SPI 接口是一种事实标准 ， 鲤鱼 并没有标准协议 ， 鲤鱼 大部分厂家都是参照 Motorola 的 SPI 接口定义来设计的 ， 鲤鱼 但正因为没有确切的版本协议 ， 鲤鱼 不同厂家产品的 SPI 接口在技术上存在一定的差别 ， 鲤鱼 容易引起歧义 ， 鲤鱼 有的甚至无法互联（需要用软件进行必要的额修改） 。 草鱼 草鱼 当

40、前 ， 鲤鱼 基于主从处理器结构的系统架构已经成为 一 种主流（如 草鱼 DSP+FPGA,MCU+FPGA 等） ， 鲤鱼FPGA 是在 ASIC 的基础发展出来的 ， 鲤鱼 它克服了专用 草鱼 ASIC 不够灵活的缺点 。 草鱼 与其他中小规模集成电路相比 ， 鲤鱼 其优点主要在于它有很强的灵活性 ， 鲤鱼 即其内部的具体逻辑功能可以根据需要配置 ， 鲤鱼 对电路的修改和维护很方便 。 草鱼 目前 ， 鲤鱼 FPGA 的容量已经跨过了百万门级 ， 鲤鱼 使得 草鱼 FPGA 成为解决系统级设计的重要选择方案之一 。 草鱼 在这种架构下 ， 鲤鱼 应用 FPGA 来构建SPI 通信接口是切实可行的 。 草 鱼 并 FPGA 是可编程并可重复擦写的 ， 鲤鱼 从而具有更大的灵活性 ，鲤鱼 在协议不标准的情况下 ， 鲤鱼 可根据外围设备的不同而灵活的改动 SPI 设计 ， 鲤鱼 使设计周期大大降低 ， 鲤鱼 并与外围设备连接更加方便 。 草鱼草鱼 1.3 草鱼本章小结 草鱼 本章主要介绍了 SPI 的背景 ， 鲤鱼 及研究的目的与意义 ， 鲤鱼 进而可以知道 SPI 提出的目的以及其现阶段的发展状况 ， 鲤鱼 从而可以对 SPI 的这些理解达到举一反三的目的 。 草鱼