FPGA作为从机与ARM进行SPI协议通信1

SPI (Serial Peripheral Interface) 是一种常见的串行通信协议，常用于微控制器如 ARM 和 FPGA 之间的数据传输。在本文中，我们将深入探讨 ARM 通过 SPI 协议与 FPGA 进行通信的细节，包括管脚分配、依赖性、中断处理以及 SPI 寄存器的配置。 1. SPI 背景知识 SPI 是一个同步串行接口，由主机（Master）控制数据传输速率和时序，从机（Slave）按照主机的指令进行数据发送或接收。SPI 协议通常包含四个信号线：MISO（主机输入/从机输出）、MOSI（主机输出/从机输入）、SCK（时钟）和 SS（片选信号），在某些配置中可能还包括额外的 CS（芯片选择）信号。 2. ARM 的 SPI 功能设计 在 ARM 设备中，SPI 功能通常集成在片上系统（SoC）中，允许与外部设备（如 FPGA）建立通信。以下是关键的设计方面： 2.1 管脚分配 在实现 SPI 通信时，需要正确地分配 ARM 的 SPI 端口到相应的 I/O 引脚。例如，MISO、MOSI、SCK 和 SS 需要连接到 FPGA 上相应的 SPI 接口。 2.2 与其他组件的依赖性 2.2.1 I/O 线 确保 I/O 线路正确配置，具有正确的电平转换和驱动能力，以适应 FPGA 的接口要求。 2.2.2 能量管理 SPI 通信可能受制于 ARM 内部电源管理策略，如低功耗模式或时钟门控，需要确保在通信过程中供电和时钟是激活的。 2.2.3 中断 中断是提高系统效率的关键，当传输完成或出现错误时，ARM 可以通过中断通知处理器进行后续处理。 2.3 SPI 寄存器详解 SPI 控制寄存器（SPI_CR）、模式寄存器（SPI_MR）、传输数据寄存器（SPI_TDR）、片选寄存器（SPI_CSR）和外围时钟使能寄存器（PMC_PCER）等是用来配置和控制 SPI 模块的。 2.3.1 SPI Control Register（SPI_CR） SPI_CR 用于启动或停止 SPI 传输，设置传输模式，以及处理其他控制功能。 2.3.2 Mode Register（SPI_MR） SPI_MR 用来设置 SPI 工作模式，如主模式或从模式，数据宽度，时钟极性和相位等。 2.3.3 Transmit Data Register（SPI_TDR） SPI_TDR 用于写入待发送的数据，并在传输完成后自动清空。 2.3.4 Chip Select Register 0（SPI_CSR0） SPI_CSR0 用于配置特定从机的片选信号，如延迟时间、数据校验等。 2.3.5 Peripheral Clock Enable Register（PMC_PCER） PMC_PCER 用于启用或禁用 SPI 模块的时钟，确保在操作前 SPI 接口已激活。 2.4 SPI 寄存器配置 2.4.1 管脚复用 配置 ARM 的 GPIO 管脚为 SPI 功能，可能需要在系统级的配置寄存器中设定。 2.4.2 SPI 使能 在 SPI 控制寄存器中设置适当的标志来启用 SPI 接口。 2.4.3 时钟 通过模式寄存器设置 SPI 时钟的速度和相位，以匹配 FPGA 的时序要求。 调试 SPI 通信时，需关注信号的同步性、数据完整性、时钟速度匹配以及片选信号的正确管理。通过理解并精确配置这些参数，可以有效地建立 ARM 与 FPGA 之间的 SPI 通信链路，从而实现高效的双向数据传输。