使用FPGA实现SPI外设驱动发送(五)——从底层开始

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本文详细介绍了在FPGA中实现SPI外设驱动发送的过程,包括SPI总线的构成,以及如何编写SPI驱动模块的Verilog代码,包括SPI发送、接收和SS选择子模块的实现。

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使用FPGA实现SPI外设驱动发送(五)——从底层开始

在物联网和工业自动化领域中,SPI通信已经成为一种常用的通信方式。而在FPGA开发中,使用SPI驱动进行数据传输也是非常常见的操作。本文将通过从底层开始,详细介绍如何在FPGA中实现SPI外设驱动发送。

首先,我们需要明确FPGA的SPI架构。SPI总线由四根信号线组成:时钟信号、 MOSI信号、MISO信号和SS信号。其中,时钟信号由主设备产生,MOSI信号表示主设备向从设备发送数据,MISO信号表示从设备向主设备发送数据,SS信号用于选择从设备。在本文的代码实现中,我们将使用SPI驱动模块将数据通过SPI总线传输到从设备上。

接下来,我们开始编写SPI驱动模块的代码。在Verilog代码中,我们可以定义一个SPI驱动模块,并定义其与其他模块之间的接口。以下是示例代码:

module spi_driver(
input wire clk,
input wire reset,
input wire [7:0] data_in,
output wire [7:0] data_out,
output wire ss
);

其中,clk和reset信号分别表示时钟和复位信号,data_in表示要发送的数据,data_out表示接收到的数据,ss则表示选择从设备的信号。

在SPI驱

### Vitis 和 SPI 配置或集成教程 Vitis 是 Xilinx 提供的一个统一软件平台,用于加速基于硬件的设计流程。它支持多种开发模式,包括高层次综合 (HLS)、嵌入式 C/C++ 开发以及 FPGA 加速应用的构建。对于涉及串行外设接口(SPI)的应用场景,开发者通常需要了解如何配置和集成 SPI 外设到其设计中。 以下是关于 **Vitis 中 SPI 的配置与集成**的一些关键点: #### 1. 使用 Vivado 创建硬件项目 在使用 Vitis 进行开发之前,需先通过 Vivado 工具创建一个包含 SPI IP 核的硬件设计。Xilinx 提供了一个名为 `AXI Quad SPI` 的 IP 核,专门用于实现 SPI 接口功能[^2]。该 IP 支持四种工作模式:Master Mode、Slave Mode、Dual Channel Master Mode 和 Quad Channel Master Mode。 为了正确配置 AXI Quad SPI,在 Vivado 中应完成以下设置: - 设置时钟频率以匹配目标设备的要求。 - 定义数据宽度(通常是 8 或 16 位)。 - 启用必要的选项,例如 Loopback 测试模式或 Slave Select 功能。 完成后导出硬件设计至 SDK/Vitis 并生成相应的 BSP 文件。 #### 2. 在 Vitis 中加载硬件平台并编写驱动程序 当硬件平台准备好后,可以切换到 Vitis 环境继续开发。在此阶段的主要任务是为 SPI 编写或调用现成的驱动程序。如果采用的是 Linux 操作系统,则可以直接利用内核自带的支持;而对于裸机环境来说,则可能需要手动实现低级操作函数[^3]。 下面是一个简单的例子展示如何初始化 SPI 总线(假设运行于自由RTOS之上): ```c #include "xspi.h" XSpi_Config *Config; int Status; // 获取配置结构体指针 Config = XSpi_LookupConfig(XPAR_AXI_QUAD_SPI_0_DEVICE_ID); if (!Config){ return XST_FAILURE; // 如果找不到对应ID返回错误状态码 } Status = XSpi_CfgInitialize(&Spi, Config, Config->BaseAddress); if(Status != XST_SUCCESS){ return XST_FAILURE; } ``` 以上代码片段展示了如何初始化 SPI 控制器实例变量 (`Spi`) ,并通过传递给它的基地址来启动组件。 #### 3. 数据传输过程中的注意事项 无论是读取还是写入外部存储芯片或其他外围器件的数据包时,都需要注意同步机制的选择——轮询方式简单易懂但效率较低;中断服务例程(ISR)则更加高效但也增加了复杂度。另外还需考虑字节顺序(大端/小端),因为这会影响最终接收到的信息解释准确性[^4]。 #### 结论 综上所述,虽然 Vitis 自己并不直接提供针对特定协议如 SPI 的高级抽象层,但它借助强大的底层工具链使得用户能够灵活定制满足需求的功能模块。从定义初始参数直至实际通信环节都需要仔细规划每一步骤才能获得预期效果。 ---
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