基于AT25T1024 FLASH的高速SPI接口設計

　　在一些軍用芯片的早期設計中，一般先采用比較成熟的商用協(xié)議芯片進行軍用化改造(通常做成板卡形式)，而商用芯片的軍用化改造主要體現(xiàn)在確定性、實時性、穩(wěn)定性、安全性等問題上，所以一般需要在商用協(xié)議芯片的上層加入較多的控制功能。FPGA以其資源豐富，易于組織流水和并行處理等優(yōu)點，為這種復雜控制提供了很好的選擇。而SPI在芯片的管腳上只占用四根線，節(jié)約了芯片的管腳，同時為PCB的布局上節(jié)省空間，因此在基于FPGA的讀寫接口設計中，高速SPI是一種很好的選擇。

　　1 SPI結(jié)構(gòu)

　　SPI (Serial Peripheral Interface-串行外圍設備接口)是Motorola公司推出的一種高效率全雙工同步串行數(shù)據(jù)接口，以主從模式工作，廣泛應用于FLASH，實時時鐘，AD轉(zhuǎn)換器等。SPI串行外圍設備總線根據(jù)串行同步時鐘極性(CPOL)和時鐘相位(CPHA)兩個參數(shù)的設置分為四種工作方式(SPO，SP1，SP2，SP3)。本板卡選用的片外存儲器AT25F1024僅支持0和3模式，為簡化設計，本設計的SPI時鐘采用SP0模式(CP-OL=0，CPHA=0)，時鐘極性為低電平，時鐘相位串行時鐘上升沿采樣數(shù)據(jù)，下降沿數(shù)據(jù)輸出.SPI為主從工作方式，主設備由三部分構(gòu)成，SPI_CFG_LOAD配置加載模塊可自動讀取存儲器FLASH的值，并加載到片內(nèi)DPRAM中。主機通過配置SPI_CTRL控制模塊相應的寄存器，來完成對片外FLASH的訪問。SPI結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

　　2 高速SPI接口設計

　　2.1 配置加載模塊的設計

　　SPI_CFG_LOAD配置加載模塊主要完成從片外FLASH讀取數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)存入片內(nèi)DPRAM中的功能。圖2給出了對應的狀態(tài)機設計。

　　各狀態(tài)說明如下：

　　SPI_IDLE：空閑狀態(tài)，如果主機配置了寄存器SPICFGSTART，狀態(tài)就跳到SPI_TX_BUFFER狀態(tài)。

　　SPI_TX_BUFFER：在此狀態(tài)主要向SPI_CTRL模塊的發(fā)送緩沖區(qū)地址0填入8位讀命令及讀取數(shù)據(jù)的三字節(jié)起始地址，狀態(tài)機之間進入下一狀態(tài)。

　　SPI_CTRL_REG：在這一狀態(tài)，配置SPI_CTRL模塊CTRL寄存器的值，包括一次讀操作搬運的數(shù)據(jù)位數(shù)，數(shù)據(jù)加載方式。如果配置GO位為“1”，表明可以開始進行讀傳輸，進入下一狀態(tài)SPI_CS。

　　SPI_CS：配置SPI_CTRL)模塊寄存器SS位的值，以選擇傳輸數(shù)據(jù)的從設備。

　　SPI_WAIT：本狀態(tài)判斷讀操作的起始地址和終止地址是否在要求的范圍內(nèi)，如果處于相應的范圍，地址自動加64后，狀態(tài)機進入SPI_SS_ UA狀態(tài)。

　　SPI_SS_UA：等待片內(nèi)DPRAM的寫操作完成，如果DPRAM_WR_END_T信號為高，說明當前的傳輸操作已經(jīng)結(jié)束，可以進入下一次的訪問，狀態(tài)機進入SPI_IDLE狀態(tài)。