EDA入门与提高第9章.ppt

第9章　VHDL 设计实例 9.1 SPI接口的VHDL实现　　SPI(Serial Peripheral Interface)即串行外围接口，由Motorola公司提出。目前SPI接口主要应用在EEPROM、Flash、实时时钟、A/D转换器、数字信号处理器和数字信号解码芯片上，作为与CPU之间进行同步串行数据传输的接口，速度可达到Mb/s级别。在FPGA器件上实现了SPI接口后，就可以代替CPU，直接控制这些外围器件。 9.1.1 SPI接口介绍　　SPI接口是以主从方式工作的，这种模式通常有一个主控器件和一个或多个从属器件，其接口包括以下4种信号：　　(1) ?MOSI：主控器件数据输出，从属器件数据输入；　　(2) ?MISO：主控器件数据输入，从属器件数据输出；　　(3) ?SCLK：时钟信号，由主控器件产生；　　(4) ?　 ：从属器件使能信号，由主控器件控制。　　点对点的通信连接关系如图9.1所示。在点对点的通信中，SPI接口不需要进行寻址操作，且为全双工通信。 图9.1 点对点的通信连接关系 　　多个从属器件的系统如图9.2所示。在多个从属器件的系统中，每个从属器件需要独立地使能信号，硬件上比点对点的系统要稍微复杂一些。　　SPI接口的核心是两个移位寄存器，传输的数据为8位，在主控器件产生的从属器件使能信号　　和移位时钟脉冲SCLK的作用下，按位传输，数据的高位在前，低位在后。如图9.3所示，在SCLK的下降沿上数据改变，同时一位数据被存入移位寄存器。 图9.2 一主多从的SPI接口 图9.3 SPI接口通信时序 图9.4 SPI接口内部核心硬件结构 9.1.2 移位寄存器编程　　SPI接口的核心是一个8位的同步移位寄存器。为了实现全双工的SPI接口，在移位寄存器向外发送数据时，同时也在接收数据。移位寄存器的VHDL描述如下：　　LIBRARY IEEE;　　USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; 　　USE IEEE.NUMERIC_STD.ALL; 　　ENTITY shift_r IS -------------ENTITY---------------------　　 PORT(　　 clk：IN STD_LOGIC; 　　--系统时钟输入 　　 rst：IN STD_LOGIC;--复位信号输入　　 sclk：IN STD_LOGIC; --移位寄存器移位时钟输入　　 shift_reload：IN STD_LOGIC; --移位寄存器发送数据加载信号　　 shift_in：IN STD_LOGIC; --移位寄存器输入　　 shift_out：OUT STD_LOGIC;--移位寄存器输出　　 datain：IN STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0); 　　　　--移位寄存器发送参数接口　　 dataout：OUT STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0)　　　　--移位寄存器接收数据接口 ); 　　END shift_r;　　ARCHITECTURE behv OF shift_r IS　　 SIGNAL shift_clk：STD_LOGIC;　　 SIGNAL sck_r1：STD_LOGIC;　　 SIGNAL sck_r2：STD_LOGIC;　　 SIGNAL sck_r3：STD_LOGIC;　　 SIGNAL shift_reg：STD_LOGIC_VECTOR　　　　　　　　　　　　　　　　　　(7 DOWNTO 0);　　BEGIN　　 shift_clk = NOT sck_r1 AND sck_r2; 　　 flop_proc：PROCESS(clk) ----------Shift register---------　　 BEGIN　　 IF (clkevent AND clk=1) THEN sck_r2 = sck_r1; --移位寄存器时钟信号同步　　 sck_r1 = sclk;　　 END IF; 　　 END PROCESS;　　sr_proc：PROCESS(