基于SOC的SPI接口設(shè)計與驗證

這部分設(shè)計作為SPI的從設(shè)備與主機進行數(shù)據(jù)交換，與spi_shift模塊時鐘同步。通信開始后，從機數(shù)據(jù)最高位開始串行輸入到MISO，主機發(fā)出的數(shù)據(jù)從最低位串行輸出到MOSI。

3 SPI接口的功能仿真

本設(shè)計采用Verilog HDL編寫Testbench，使用ModelSim軟件進行功能仿真，并用Debussy軟件聯(lián)合調(diào)試并觀察波形。為了實現(xiàn)主從設(shè)備通信的仿真，編寫了一個p_master模塊并例化到測試代碼里面來模擬主機SoC對spi_master的操作，主要包括一個數(shù)據(jù)寫task、一個數(shù)據(jù)讀task、一個數(shù)據(jù)比較task。分別測試了1 b，8 b，16 b，32 b，64 b，128 b的數(shù)據(jù)。仿真全部通過，局部仿真波形如圖5所示。

以第一次傳輸為例進行分析，傳輸時調(diào)用寫任務(wù)，分別向寄存器DIVIDER、TX_0、CTRL寫入32’h01、32’h5a、32’h308，設(shè)定spi_sla ve.data為32’ha5967e5a。由波形看出，數(shù)據(jù)在ss[0]有效傳輸，傳輸完成后MIS0=8’b10100101(即32’ha5)，MOSI=8’b01011010(即32’h5a)，滿足了上升沿發(fā)送下降沿接收及高位先開始的數(shù)據(jù)傳輸時序。在100 MHz的主時鐘頻率下，得到串行時鐘頻率25 MHz，為4分頻，符合式(1)的計算。

4 SPI接口的SoC平臺驗證

驗證用SoC平臺具有良好的可重用性和通用性，可以方便的掛接帶有AHB/APB總線接口的IP核，并通過內(nèi)部寄存器對其進行配置和驗證，避免了對不同IP設(shè)計需要不同的Testbench平臺，提高了IP驗證的效率。本設(shè)計用到的SoC驗證平臺如圖6所示，驗證環(huán)境為Linux操作系統(tǒng)，仿真工具為VCS。

在SoC驗證平臺中，SPI接口作為外設(shè)連接在APB總線的Slave4端口上，地址空間為0xA400_0000～0XA4FF_FFFF。用C測試程序向Tx0寫32’h67，spi_slave.data=32’h0，局部仿真波形如圖7所示，MOSI=8’b01100111(即32’h67)，MISO=8’b0，結(jié)果表明符合要求。

5 結(jié)語

本文實現(xiàn)了基于AMBA 2.0總線的、可作為IP核用于SoC設(shè)計的SPI接口的設(shè)計，并且經(jīng)過全面的仿真驗證，可以看出本設(shè)計滿足性能要求。