SPI

   一般来讲,SPI通信,都是MCU作为主机,而FPGA作为从机。SPI数据从MCU输入,与FPGA不在同一时钟域。  

一级D触发器可以实现上升沿、下降沿捕获电路。但是一级的D触发器,前一时刻的信号已经同步到同一时钟,而当前时刻直接从外部输入,与FPGA整体逻辑电路不在同一时钟域。可以使用两级D触发器。

为保证SPI总线数据的同步,其他信号/数据也需要经过2级D触发器输出同步。

       

//------------------------------------------------------------------------------------------------//分割线


`timescale 1ns/1ns
module spi_interface (
 
//clk&&rst_n
	input				rst_n			,
//spi_interface		
	input 				SCLK			,
	input				CS			,
	input				SDI			,
	output				SDO			,
//reg		
	output	[ 7:0]		        WDATA		        ,
	output	[ 6:0]		        WADDR			,
	output				WDATA_VALID		,
	
	input	[ 7:0]		        RDATA			,
	output	[ 6:0]		        RADDR			,
	output				RDATA_VALID		,
	
	output				ADC_CLEAN		
 
	);
	
//	===============================================================================	\   			
//	***************	Interal signals and Interface	*******************************  	
//	===============================================================================	/		
	parameter	idle 		=	7'b000_0001 ;
	parameter	write		= 	7'b000_0010 ;
	parameter	wdata_ready     =  	7'b000_0100 ;
	parameter	wrdata_wait     = 	7'b000_1000 ;
	parameter	read		=	7'b001_0000 ;
	parameter	rdata_ready     = 	7'b010_0000 ;
	parameter	read_data	= 	7'b100_0000 ;	
//state	
	reg 	        [ 7:0]		state_c				;
	reg		[ 7:0]		state_n				;
	
	reg		[ 1:0]		spi_cs				;
	wire				spi_cs_rise			;
	reg		[ 7:0]		cnt				;
	reg		[15:0]		data_in				;
//write 	
	reg				wr_flag			        ;
	reg				write_data_valid	        ;
	reg		[ 6:0]		write_data_addr		        ;
	reg		[ 7:0]		write_data			;
//read	
	reg				read_data_valid		        ;
	reg 	[ 6:0]		        read_data_addr		        ;
	reg 	[ 7:0]		        spi_rdata			;
	reg				adc_reg_clean		        ;
	
//	============================================================================ \   
//	************************	Main Code	**********************************    	
//	============================================================================ /
 
 
	always @ (posedge SCLK or negedge rst_n) begin
		if(!rst_n) begin
			spi_cs <= 2'b0 ;
		end else begin
			spi_cs[0] <= CS ; 
			spi_cs[1] <= spi_cs[0] ;
		end
	end 
	
	assign	spi_cs_rise = ~spi_cs[1] & spi_cs[0] ;
	
	always @ (posedge SCLK or negedge rst_n) begin
		if(!rst_n) begin
			cnt <= 8'b0 ;
		end else begin
			if(!CS) begin
				cnt <= cnt + 1'b1 ;
			end else begin
				cnt <= 8'b0 ;
			end 
		end 
	end 
	
	always @ (posedge SCLK or negedge rst_n) begin 
		if(!rst_n) begin
			data_in <= 16'b0 ;
		end else begin
			if(CS == 1'b0) begin
				if(cnt <= 8'd15) begin
					data_in <= {data_in[14:0],SOI} ;
				end else begin
					data_in <= data_in ;
				end 
			end else begin
				data_in <= 16'd0 ;
			end 
		end
	end 
	
	always @ (posedge SCLK or negedge rst_n) begin
		if(!rst_n) begin
			wr_flag <= 1'b0 ;
		end else begin
			if(cnt == 8'b1) begin
				wr_flag <= data_in[0] ;
			end else begin
				wr_flag <= 1'b0 ;
			end 
		end 
	end 
//因为write_data和address都是一个clk有效,所以需要有效信号write_data_valid	
//而且在state_c==wdata_ready时cnt==18,因为data_in完全寄存了SDI
	always @ (posedge SCLK or negedge rst_n) begin
		if(!rst_n) begin
			write_data_valid <= 1'b0 ;
		end else begin
			if(state_c == wdata_ready) begin
				write_data_valid <= 1'b1 ;
			end else begin
				write_data_valid <= 1'b0 ;
			end 
		end 
	end 
	
	always @ (posedge SCLK or negedge rst_n) begin
		if(!rst_n) begin
			write_data_addr <= 7'b0 ;
		end else begin
			if(state_c == wdata_ready) begin
				write_data_addr <= data_in[14:8] ;
			end else begin	
				write_data_addr <= 7'b0 ;
			end 
		end 
	end 
	
	always @ (posedge SCLK or negedge rst_n) begin
		if(!rst_n) begin
			write_data <= 8'b0 ;
		end else begin
			if(state_c == wdata_ready) begin
				write_data <= data_in[7:0] ; 
			end else begin
				write_data <= 8'b0 ;
			end
		end
	end
//read转rdata_ready的条件是cnt == 8'd7 
//state_c == rdata_ready时cnt == 8'd8,此时刚好SDI在data_in的低八位进行存储。	
	always @ (posedge SCLK or negedge rst_n) begin
		if(!rst_n) begin
			read_data_valid <= 1'b0 ;			
		end	else begin
			if(state_c == rdata_ready && cnt == 8'd8) begin
				read_data_valid <= 1'b1 ;
			end else begin
				read_data_valid <= 1'b0 ;
			end
		end 
	end 
	
	always @ (posedge SCLK or negedge rst_n) begin
		if(!rst_n) begin
			read_data_addr <= 7'b0 ;
		end else begin
			if(state_c == rdata_ready && cnt == 8'd8) begin
				read_data_addr <= data_in[6:0] ;
			end else begin
				read_data_addr <= 7'b0 ;
			end 
		end 
	end 
	
	always @ (posedge SCLK or negedge rst_n) begin
		if(!rst_n) begin
			spi_rdata <= 8'b0 ;
		end else begin
			if(state_c == rdata_ready && cnt == 8'd10 ) begin
				spi_rdata <= RDATA ;
			end else if(state_c == read_data) begin
				spi_rdata <= spi_rdata << 1 ;
			end else begin
				spi_rdata <=8'b0 ;
			end 
		end 
	end 
		
	always @ (posedge SCLK or negedge rst_n) begin
		if(!rst_n) begin
			adc_reg_clean <= 1'b0 ;
		end else begin
			if(state_c == write && cnt == 8'd16 && data_in[14:8] == 7'd3) begin
				adc_reg_clean <= 1'b1 ;
			end else begin
				adc_reg_clean <= 1'b0 ;
			end 
		end 
	end 
				
//	============================================================================ \   
//	************************	state	**********************************    	
//	============================================================================ /		
	wire 	idle2writ			        ;
	wire	write2wdata_ready			;
	wire	wrdata_wait2idle                        ;
	wire	read2rdata_ready                        ;
	wire 	rdata_ready2read_data   	        ;
	wire 	read_data2wrdata_wait		        ;
	
	assign	idle2writ		 	= 	(cnt == 8'd2) && (wr_flag == 1'b0) && (state_c == idle) ;
	assign 	write2wdata_ready 		=	(cnt == 8'd16) && (state_c == write) ;
	assign 	wrdata_wait2idle		= 	spi_cs_rise && (state_c == wrdata_wait) ;
	assign	read2rdata_ready		=	(cnt == 8'd7) && (state_c == read) ;
	assign	rdata_ready2read_data	        =	(cnt == 8'd10) && (state_c == rdata_ready) ;
	assign	read_data2wrdata_wait         	=	(cnt == 8'd19) && (state_c == read_data) ;	
	
	always @ (posedge SCLK or negedge rst_n) begin
		if(!rst_n) begin
			state_c <= idle ;
		end else begin
			state_c <= state_n ;
		end
	end
	
	always @ (*) begin	
		case(state_c)
			idle : begin
				if(idle2writ) begin
					state_n = write ;
				end else begin
					state_n = read ;
				end 
			end
			
			write : begin
				if(write2wdata_ready) begin
					state_n = wdata_ready ;
				end else begin
					state_n = state_c ;
				end
			end
			
			wdata_ready : begin
				state_n = wrdata_wait ;
			end 
			
			wrdata_wait : begin
				if(wrdata_wait2idle) begin
					state_n = idle ;
				end else begin
					state_n = state_c ;
				end 
			end
			read : begin
				if(read2rdata_ready) begin
					state_n = rdata_ready ;
				end else begin
					state_n = state_c ;
				end
			end 
			
			rdata_ready : begin
				if(rdata_ready2read_data) begin
					state_n = read_data ;
				end else begin
					state_n = state_c ;
				end 
			end 
			read_data : begin
				if(read_data2wrdata_wait) begin
					state_n = wrdata_wait ;
				end else begin
					state_n = state_c ;
				end
			end 
			
		endcase		
	end 
	
//	============================================================================ \       	
//	************************	output	**********************************    	         	
//	============================================================================ /	
	assign		WDATA			= write_data_valid	;
	assign		WADDR			= write_data_addr	;
	assign		WDATA			= write_data		;
		
	assign		RDATA_VALID		= read_data_valid	;
	assign		RADDR			= read_data_addr	;
	assign		SDO				= spi_rdata[7]		;
	assign		ADC_CLEAN		= adc_reg_clean		;
	
endmodule 	

<think> 我们参考了多个引用资料,这些资料详细介绍了Linux系统中SPI驱动框架的各个组成部分及其相互关系。根据引用内容,我们可以将SPI驱动框架分为三个核心部分:SPI核心层(SPI Core)、SPI机驱动(SPI Master Driver)和SPI设备驱动(SPI Device Driver)。下面我们将逐一介绍这三个部分,并说明它们如何协同工作。 ### 1. SPI核心层(SPI Core) SPI核心层是Linux SPI驱动框架的中间层,它提供了一系列通用的接口和函数,用于连接SPI机驱动和SPI设备驱动。其要功能包括: - 注册SPI总线(`spi_bus_type`)以及管理总线上的设备与驱动匹配。 - 提供SPI控制器(机)和SPI设备驱动的注册和注销接口。 - 提供数据传输的通用函数(如`spi_sync`, `spi_async`等),供设备驱动使用。 引用[3]提到:“SPI核心层是SPI子系统的中间层,提供了一个通用的接口以便设备驱动可以与SPI机驱动交互。” 同时,引用[2]也指出SPI核心层负责“注册SPI总线以及匹配总线与设备”。 ### 2. SPI机驱动(SPI Master Driver) SPI机驱动直接与硬件SPI控制器交互,负责底层的硬件操作。在Linux内核中,SPI机驱动由`spi_master`结构体表示(引用[5])。要职责包括: - 初始化SPI控制器硬件(如时钟、引脚等配置)。 - 实现数据传输的具体方法(如`transfer`函数)。 - 通过SPI核心层注册到系统中,以便设备驱动可以访问。 引用[1]提到:“spi_master负责管理SPI总线,为spi_device提供通信的基础。” 引用[5]进一步指出:“SPI机驱动就是SOC的SPI控制器驱动,类似I2C驱动里面的适配器驱动。” ### 3. SPI设备驱动(SPI Device Driver) SPI设备驱动针对具体的SPI从设备(如传感器、存储器等),通过`spi_driver`结构体实现(引用[4])。要工作包括: - 定义设备ID表(`id_table`)用于与设备匹配。 - 实现`probe`、`remove`等函数,用于设备的初始化和卸载。 - 通过SPI核心层提供的接口(如`spi_read`、`spi_write`)与设备通信。 引用[4]给出了`spi_driver`结构体的定义,并说明我们在编写设备驱动时需要实现这个结构体。 ### 4. SPI设备(SPI Device) 除了上述三个核心部分,还有一个重要的概念是SPI设备(`spi_device`),它代表一个具体的SPI从设备。在设备树(Device Tree)中描述,并在系统启动时由内核解析并创建。`spi_device`包含该设备的配置信息(如最大速度、模式等)。 ### 协同工作流程 1. **注册SPI机驱动**:SPI控制器驱动程序(机驱动)在初始化时,通过`spi_register_master()`函数向SPI核心层注册自己。 2. **注册SPI设备**:设备树中定义的SPI从设备会在系统启动时被内核解析,并创建对应的`spi_device`,然后注册到SPI总线上。 3. **注册SPI设备驱动**:设备驱动通过`spi_register_driver()`注册自己,其`id_table`会与已注册的`spi_device`进行匹配。 4. **匹配与探测**:当匹配成功时,设备驱动的`probe`函数被调用,完成设备初始化。 5. **数据传输**:设备驱动通过SPI核心层提供的接口(如`spi_sync_transfer()`)发起数据传输请求,该请求最终会调用机驱动实现的`transfer`函数。 ### 开发SPI设备驱动的步骤 1. **定义`spi_driver`结构体**:设置`id_table`、`probe`、`remove`等函数。 2. **实现`probe`函数**:在`probe`函数中初始化设备,例如配置寄存器、申请资源、注册字符设备等。 3. **实现数据传输函数**:使用SPI核心层提供的API(如`spi_write_then_read()`)与设备通信。 4. **注册驱动**:在模块初始化函数中调用`spi_register_driver()`。 5. **注销驱动**:在模块退出函数中调用`spi_unregister_driver()`。 ### 示例代码片段 以下是一个简单的SPI设备驱动示例(伪代码): ```c #include <linux/spi/spi.h> static int my_spi_probe(struct spi_device *spi) { // 获取设备配置(如模式、速度等) spi->mode = SPI_MODE_0; spi->max_speed_hz = 1000000; spi_setup(spi); // 设备初始化操作 // ... return 0; } static int my_spi_remove(struct spi_device *spi) { // 清理资源 // ... return 0; } static const struct spi_device_id my_spi_id_table[] = { { "my_spi_device", 0 }, { } }; MODULE_DEVICE_TABLE(spi, my_spi_id_table); static struct spi_driver my_spi_driver = { .driver = { .name = "my_spi_driver", .owner = THIS_MODULE, }, .id_table = my_spi_id_table, .probe = my_spi_probe, .remove = my_spi_remove, }; module_spi_driver(my_spi_driver); // 自动注册和注销驱动 ``` ### 总结 Linux SPI驱动框架通过分层设计,将硬件控制(机驱动)、设备驱动和核心层分离,提高了代码的复用性和可维护性。开发人员通常只需关注设备驱动的实现,而无需直接操作硬件控制器。 §§相关问题§§ 1. 如何在设备树中描述一个SPI设备节点? 2. SPI机驱动中的`transfer`函数需要实现哪些功能? 3. SPI设备驱动中如何实现同步和异步数据传输? 4. 如何调试Linux SPI驱动? </think>### Linux SPI 驱动框架详解 Linux SPI 驱动采用分层架构设计,要由三个核心组件构成: #### 1. **SPI机控制器驱动(spi_master)** - **作用**:管理物理SPI控制器硬件 - **功能**: - 初始化SPI控制器时钟/寄存器 - 实现底层数据传输接口(如`transfer()`函数) - 提供总线访问能力 - **数据结构**: ```c struct spi_master { struct device dev; int (*transfer)(struct spi_device *spi, struct spi_message *mesg); // 其他硬件操作函数 }; ``` - **注册方式**:`spi_register_master()`[^5] #### 2. **SPI设备抽象(spi_device)** - **作用**:描述连接的SPI从设备 - **配置信息**: - 片选号(CS) - 通信模式(CPOL/CPHA) - 最大时钟频率 - **创建方式**: - 设备树描述(推荐): ```dts &spi1 { status = "okay"; sensor@0 { compatible = "vendor,spi-sensor"; reg = <0>; // 片选号 spi-max-frequency = <1000000>; }; }; ``` - 或通过`spi_new_device()`动态创建[^1] #### 3. **SPI设备驱动(spi_driver)** - **作用**:实现具体设备的功能逻辑 - **核心结构**: ```c struct spi_driver { const struct spi_device_id *id_table; int (*probe)(struct spi_device *spi); int (*remove)(struct spi_device *spi); struct device_driver driver; }; ``` - **关键操作**: - **probe()**:设备初始化,资源分配 - **remove()**:资源释放 - 实现文件操作接口(如read/write)[^4] ### 数据传输流程 1. **构造消息**: 使用`spi_message`结构封装传输请求 ```c struct spi_transfer xfer = { .tx_buf = tx_data, .rx_buf = rx_data, .len = len }; spi_message_init(&msg); spi_message_add_tail(&xfer, &msg); ``` 2. **提交传输**: 同步传输:`spi_sync(spi, &msg)` 异步传输:`spi_async(spi, &msg)` 3. **硬件执行**: `spi_master->transfer()` 被调用,控制器处理物理信号[^5] ### 驱动开发步骤 1. **注册驱动**: ```c static struct spi_driver my_driver = { .driver = { .name = "my_spi_dev" }, .probe = my_probe, .remove = my_remove, .id_table = my_spi_ids, }; module_spi_driver(my_driver); ``` 2. **实现probe函数**: ```c static int my_probe(struct spi_device *spi) { // 1. 验证配置 spi->mode = SPI_MODE_0; spi_setup(spi); // 2. 分配设备数据 struct my_data *data = devm_kzalloc(&spi->dev, sizeof(*data), GFP_KERNEL); // 3. 初始化设备(如寄存器配置) spi_write(spi, init_seq, sizeof(init_seq)); // 4. 注册字符设备/创建sysfs节点 misc_register(&my_miscdev); } ``` 3. **实现数据传输**: ```c uint8_t read_reg(struct spi_device *spi, uint8_t reg) { uint8_t tx[2] = {reg, 0}; uint8_t rx[2]; struct spi_transfer t = { .tx_buf = tx, .rx_buf = rx, .len = 2, }; spi_sync_transfer(spi, &t, 1); return rx[1]; } ``` ### 关键API函数 | 函数 | 作用 | |------|------| | `spi_write()` | 同步写操作 | | `spi_read()` | 同步读操作 | | `spi_write_then_read()` | 先写后读组合操作 | | `spi_sync_transfer()` | 高级传输控制 | | `spi_message_init()` | 初始化消息结构 | ### 调试技巧 1. 启用SPI层调试:`echo 1 > /sys/module/spi/parameters/debug` 2. 查看注册的设备:`cat /sys/bus/spi/devices/*/uevent` 3. 使用逻辑分析仪抓取SCK/MOSI/MISO信号
评论 1
成就一亿技术人!
拼手气红包6.0元
还能输入1000个字符
 
红包 添加红包
表情包 插入表情
 条评论被折叠 查看
添加红包

请填写红包祝福语或标题

红包个数最小为10个

红包金额最低5元

当前余额3.43前往充值 >
需支付:10.00
成就一亿技术人!
领取后你会自动成为博主和红包主的粉丝 规则
hope_wisdom
发出的红包
实付
使用余额支付
点击重新获取
扫码支付
钱包余额 0

抵扣说明:

1.余额是钱包充值的虚拟货币,按照1:1的比例进行支付金额的抵扣。
2.余额无法直接购买下载,可以购买VIP、付费专栏及课程。

余额充值