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38深圳信息职业技术学院学报第6卷文章编号：1672-6332（2008）04-0038-03[收稿日期]2008-5-15[作者简介]梁东莺（1976-），男（汉），江西宜春人，高级工程师，E-mail ：liangdy@第6卷 第4期2008年12月深圳信息职业技术学院学报Journal of Shenzhen Institute of Information Technology Vol.6 No.4Dec. 2008串行外设接口（SPI）是一个高速同步串行输入／输出（I／O）端口，它允许一个具有可编程长度（1到8位）的串行位流，以可编程的位传送速率从设备移入或移出。
在本系统中选用ANALOG的AD转换芯片AD7666为数据的采集转换，CPU通过SPI接口与AD7666进行通信以读取数据。
在FPGA中将SPI接口设计成CPU的通用外围扩展端口（即SPI 扩展端口），让该扩展端口来完成对AD7666的转换控制及数据的读取。
1 SPI 接口设计SPI端口的接口如图1所示：图 1 SPI 端口接口图Fig.1 SPI port interface map2 SPI 功能设计2.1 SPI端口的功能设计：● SPI端口检测到CPU端P1发出的RC2信号的下降沿，就生成一个低电平RC1，送给AD7666作为转换启动命令信号。
● SPI端口检测AD7666的信号BUSY。
若BUSY 为高电平时，既可以读取AD7666的16位数据了。
SPI端口在检测到BUSY为高电平后送出16个数据时钟信号DCLK，同时通过数据线RD接受16个数据位，保存在2个8位数据寄存器里面。
接受数据完毕后则发出数据中断信号INT（低电平有效）给CPU，通知数据已准备好。
● C P U 响应外部中断0后，通过片选信号CS[1:0]（地址分别为03H、04H）读取高低数据寄存器的数据。
2.2 如何启动AD7666的转换命令:图 2 SPI 端口的内部结构图Fig.2 SPI port of the internal structure of the map3 SPI 端口VHDL 设计entity SPIADD is port（ RESET :in std_logic;RC1:i nstd_logic;基于FPGA的ＳＰＩ端口设计梁东莺（深圳信息职业技术学院信息中心，广东 深圳 518029）摘 要：本文详细介绍了数据采集系统中实现SPI 设计的方法。
基于FPGA的SPI Flash控制器的设计与实现作者：陈炳成来源：《电子世界》2013年第12期【摘要】传统的Flash读写是通过CPU软件编程实现，其读写速度较慢，且占用CPU资源，另外由于Flash芯片本身功能指令较多，使得对芯片进行直接操作变得非常困难。
本文提出一个基于FPGA的SPI Flash读写硬件实现方案，该方案利用硬件对SPI Flash进行控制，能够非常方便地完成Flash的读写、擦除、刷新及预充电等操作，同时编写的SPI Flash控制器IP 核能够进行移植和复用，作为SOC芯片的功能模块。
SPI Flash控制器采用VHDL语言进行编写，在Modelsim 6.5g上通过功能仿真，并且在XUPV5-LX110T FPGA开发板上通过硬件测试，实现结果表明方案的可行性。
【关键词】FPGA；SPI Flash控制器；IP核；VHDL1.引言Flash是一种具有电可擦除的可编程ROM，按接口可以分为两大类：并行Flash和串行Flash。
并行Flash存储量大，速度快；而串行Flash存储量相对较小，但体积小，连线简单，可减小电路面积，节约成本。
SPI Flash是内嵌SPI总线接口的串行Flash，它比起传统的并行总线接口Flash，节省了很多的I/O口资源，从而为系统功能的扩展提供了更多的可能。
随着SPI Flash越来越多地应用到各种领域，其传统读写方式中读写速度不够快、占用CPU资源以及操作不够简便灵活的缺点表现得更为突出，如何解决以上问题成为大家关注的焦点。
利用硬件对SPI Flash进行控制，能够非常方便地完成Flash的读写、擦除、刷新及预充电等操作，且不占用CPU资源，同时编写的SPI Flash控制器IP核能够进行移植和复用，作为SOC芯片的功能模块。
因此提出了一种基于FPGA的SPI Flash控制器的设计方案，并用VHDL实现。
编写的SPI Flash控制器IP核在Modelsim 6.5g上进行了功能仿真，在FPGA开发板上进行了测试验证，可作为功能模块应用于SOC芯片设计。
基于FPGA的同步串行接口SPI设计作者：陈霞袁兆卫李伟付薇来源：《软件导刊》2012年第09期摘要：SPI（串行外围设备接口）具有速度快、通信协议简单、占用外部IO口少、稳定可靠等优点，使其广泛应用于数据通信中。
介绍了一种基于FPGA的SPI通信协议的实现方法，它的时钟速度、数据位长度、时钟模式均可根据实际需要灵活控制，具有一定的实用价值。
关键词：同步串行接口；SPI；FPGA；Verilog HDL中图分类号：TP319文献标识码：A文章编号：16727800（2012）0090092020引言SPI（串行外围设备接口）是一种广泛使用的串行数据传输协议，主要用于微处理器与外设的高速通讯。
由于它速度快，通信协议简单，占用外部IO口少，相对来说较稳定，因此广泛应用于AD转换器、串行EEPROM、高速时钟、FLASH、DDS以及LCD显示驱动等领域。
另外，SPI口的时钟速度、数据位长度、时钟模式可以灵活控制，实质上是一个长度可编程的移位寄存器，为提高其集成性和经济性，经常通过其它芯片模拟SPI。
本文介绍了一种基于FPGA设计模拟SPI的方法，完成了SPI的基本功能，具有一定的实用价值。
1SPI协议基础SPI是一种同步串行通信方式，数据是一位接一位进行传输的，主要是以主从方式工作的。
主设备（Master）与从设备（Slavel）之间的连线方式如图1，其中，主设备一个，从设备可为一个或多个。
MOSI：主设备数据输出从设备数据输入；MISO从设备数据输出主设备数据输入；SCK：时钟信号由主设备产生，MOSI、MISO都是基于此时钟信号完成数据传输；SSEL片选控制信号，控制芯片是否被选中成为SPI的从设备，低电平有效。
SPI工作时序如图2。
2SPI模块代码设计本设计中SPI同步串口的设计主要采用硬件描述语言Verilog HDL来完成，由于FPGA模拟SPI主设备的设计与FPGA模拟SPI从设备的设计思路基本一致，而且FPGA模拟SPI主设备的设计更为复杂，所以，下面以FPGA为主设备为例介绍SPI同步串口的实现方法。
武汉理工大学本科学生毕业设计（论文）开题报告目录摘要 (I)Abstract (II)1 绪论 (3)1.1课题研究背景 (3)1.2 SPI研究目的及意义 (4)1.3 本章小结 (4)2 SPI原理分析 (5)2.1 SPI介绍 (5)2.2 SPI工作模式 (6)2.3 SPI传输模式 (6)2.4 SPI协议 (7)2.5 本章小结 (8)3 方案论证 (10)3.1在51系列单片机系统中实现 (10)3.2 用可编程逻辑器件设计SPI (11)3.3 本章小结 (11)4 SPI的电路设计 (12)4.1 SPI设计系统的功能 (12)4.2 SPI各部分具体实现 (12)4.2.2 SPI系统中所用的寄存器 (13)4.2.3 SPI速率控制 (14)4.2.4 SPI控制状态机 (14)4.2.5 SPI程序设计流程图 (15)4.3 SPI仿真及开发板上调试验证分析 (16)4.3.1 仿真分析 (16)4.3.2开发板上调试 (18)4.4 本章小结 (20)5 论文总结 (21)致谢 (22)参考文献 (23)附录1 (24)附录2 (1)摘要随着专用集成电路（ASIC)设计技术的进步以及超大规模集成电路（VLSI)工艺技术的飞速发展，以及其价格的日益降低，采用FPGA编程的硬件电路来实现诸如SPI接口也日益切实可行，相对软件实现具有更好的优点。
SPI接口是一种常用的标准接口，由于其使用简单方便且节省系统资源，很多芯片都支持该接口，SPI接口主要应用在EEPROM，FLASH，实时时钟，AD转换器，还有数字信号处理器和数字信号解码器之间等等。
由于SPI接口是一种事实标准，并没有标准协议，大部分厂家都是参照Motorola的SPI接口定义来设计的，但正因为没有确切的版本协议，不同厂家产品的SPI接口在技术上存在一定的差别，容易引起歧义，有的甚至无法互联（需要用软件进行必要的修改）。
第24卷 第6期2017年6月仪器仪表用户INSTRUMENTATIONEIC Vol.242017 No.6基于FPGA的SPI FLASH数据存储系统设计李嘉琛，杨 光（长春理工大学 电子信息工程学院，长春 130022）摘 要：SPI串行Flash作为一种新兴的高性能非易失存储器，广泛用于嵌入式数据存储设备中。
针对SPI Flash芯片的操作命令和时序比较复杂，通过对SPI总线协议的深入研究，提出采用现场可编程门阵列（FPGA）作为主控制器，SPI Flash芯片为从设备，设计一个高速数据存储系统。
采用Verilog语言在Xilinx ISE14.7环境下进行硬件描述，加入在线调试软件ChipScope进行逻辑、时序辑分析。
实验结果表明系统能够快速实现用户应用程序和大容量数据的存储和读取，且系统具有耗能低、移植性高、实用性强等优点。
关键词：FPGA；SPI；Flash中图分类号：TP332.1 文献标志码: ADesign of SPI FLASH Data Storage System Based on FPGALi Jiachen ,Yang Guang（School of Electronics and Information Engineering，Changchun University of Science and Technology，Changchun，130022，China）Abstract: As a new kind of high performance nonvolatile memory, SPI serial Flash is widely used in embedded data storage de-vices. Operation command and timing for the SPI Flash chip is more complex, through in-depth study of SPI bus protocol, using field programmable gate array (FPGA) as the main controller, SPI Flash chip from the equipment, design a data storage ing Verilog language in Xilinx ISE14.7 environment for hardware description,Join online debugging software ChipScope for logic and timing analysis. The experimental results show that the system can quickly realize the user application and large capacity data storage and reading, and the system has the advantages of low energy consumption, high portability, strong practicability and so on.Key words：fpga；spi；flashDOI:10.3969/j.issn.1671-1041.2017.06.005文章编号：1671-1041(2017)06-0016-04收稿日期：2017-04-12作者简介: 李嘉琛（1991-），男，河南安阳市人，硕士研究生，主要从事FPGA/CPLD的研究应用。
基于FPGA的带寄存器寻址SPI接口设计作者：王永利来源：《物联网技术》2013年第03期摘要：随着物联网技术的发展，硬件间的相互通信速度要求越来越快。
文中给出了采用Verilog HDL语言以有限状态机的形式，在FPGA中实现对带寄存器寻址的SPI接口控制的方法；同时介绍了通过SPI接口的结构和工作原理，提出了所设计的SPI接口要求，并通过Modelsim SE 6.5仿真软件进行了仿真实验，得到了符合设计要求的仿真波形，且在FPGA开发板上得到了正确验证，证明该设计可应用于带寄存器寻址的SPI接口配置。
关键字：物联网；Verilog HDL；FPGA；有限状态机；SPI中图分类号：TP391.9 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2013）03-0045-030 引言SPI（Serial Peripheral Interface，串行外围接口）总线是一种高速全双工同步串行通信接口，可以实现CPU与各种外围设备（如FLAS、LCD显示驱动器、网络控制器、AD转换器、DA转换器和其他CPU等）以串行方式进行通信以交换信息[1，2]。
相比于I2C接口和UART 等其他串行接口，一般情况下，SPI接口的数据传输速度最快，可以达到几个Mb/s。
I2C接口由于是二线协议速度，很难超过1 Mb/s；UART工作在方式0（8位移位寄存器）时，时钟速度为系统时钟的1/12，而SPI接口时钟速度一般为系统时钟的1/4[3，4]。
本文给出了采用Verilog HDL语言，以FPGA为控制器设计的一种带寄存器寻址的SPI接口的设计方法。
1 SPI总线结构和工作原理SPI总线一般使用四条信号线，以主/从模式工作，这种模式通常有一个主设备和多个从设备。
数据传输过程由主机初始化。
它是一种环形总线结构，结构框图如图1所示[5，6]。
SPI 总线使用的四条信号线分别为SCLK、MOSI、MISO和CS。
其中，SCLK为串行时钟线，用来同步数据传输，由主机产生；MOSI是主机输出，从机输入数据线；MISO是主机输入，从机输出数据线；CS是从机选择线，由主机控制输出。
基于FPGA的SPI串行接口实时以太网实现【摘要】工业以太网，从控制网络的角度来看，属于一种新型的现场控制总线，正处于不断完善和发展中。
基于ENC28J60芯片的独立以太网控制器接口通信系统，不仅能实现嵌入式控制系统与以太网的互联，而且能够实时可靠地传输数据，其中包括新型实时以太网通信的原理、串行接口SPI的软硬件设计、TCP/IP 协议的选择及参数设置、TCP/IP通信测试。
【关键词】以太网；ENC28J60；SPI；FPGA1.引言为解决以太网的通信确定性问题，从而消除以太网直接应用于工业现场设备间通信的主要障碍和为以太网直接应用于工业现场设备间通信提供技术可能，需要高速的通信速率、全双工交换方式。
为了满足这些要求，采用了只有28引脚的业界标准串行外设接口（SPI）的以太网控制器ENC28J60，符合IEEE 802.3协议，可以提供相应的功能，不仅大大的简化了相关设计，而且减小占用空间。
控制器ENC28J60与主控制通过两个中断和自带的SPI实现通信，其数据传输速率高达10Mb/s。
其中ENC28J60内置集成MAC和10BASE_T PHY，可按业界标准的以太网协议可靠地接受信息报数据，而且内部具有可编程8KB双端口SRAM缓冲器，可减轻主控单元的内存负荷，提供灵活可靠的数据管理机制，大大地提高系统传输性能。
以太网是一种可实现LAN内的嵌入式器件与互联网的连接的联网技术。
拥有以太网功能的嵌入式系统，主控制单元便可通过网络分发数据，并遥控控制。
因以太网架构、性能、互操作性、可扩展性及开发简便等特点，已成为嵌入式网络应用的标准通讯技术。
但是实时以太网控制往往要求对某些变量的数据准确定时刷新。
在工业以太网的应用中，PC机上数据的双向传输，可采用现场可编程门阵列FPGA作为控制的硬件。
而且从系统集成角度上，对于带有SPI接口的ENC28J60芯片选用FPGA技术实现SPI的设计也是最优的选择。
满足编程灵活、集成度高、可移植性好、开发工具先进、设计成本低的优点。
学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包括任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
作者签名：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保障、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关学位论文管理部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。
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本学位论文属于1、保密囗，在年解密后适用本授权书2、不保密囗。
（请在以上相应方框内打“√”）作者签名：年月日导师签名：年月日武汉理工大学本科生毕业设计（论文）任务书学生姓名：杜永浩专业班级：通信0606指导教师：陈适工作单位：信息工程学院设计（论文）题目：基于FPGA的SPI串行接口设计设计（论文）主要内容：1.研究探讨SPI串行接口的关键技术和SPI协议规范2.深入学习Verilog语言和FPGA设计方法要求完成的主要任务：具体要求：1、查阅一定数量的中英文资料，掌握相关技术。
2.掌握SPI关键技术，了解SPI接口定义和设计规范。
3、要求阅读相关的参考文献不少于15篇，其中英文文献不少于3篇，翻译与选题相关的英文参考文献不少于2万印刷符；4、根据毕业设计有关规范，按时完成所有学习、研究工作和有关文档。
必读参考资料：1.《基于Verilog HDL的FPGA设计与工程应用》李文仲段朝玉著-北京航空航天大学出版社2.SPI Block Guide V03.06.Original Release Date:21JAN2000Revised:04 FEB2003.Motorola,Inc.3．徐洋等.基于Verilog HDL的FPGA设计与工程应用.人民邮电出版社.2009指导教师签名：系主任签名：院长签名（章）_____________武汉理工大学本科学生毕业设计（论文）开题报告基于FPGA的SPI串行外围接口接口设计1、目的和意义及发展现状SPI是英文Serial Peripheral Interface的缩写，中文意思是串行外围设备接口，SPI是Motorola公司推出的一种同步串行通讯方式，是一种三线同步总线，它是一种常用的标准接口，由于其使用简单方便且节省系统资源，很多芯片都支持该接口，SPI接口主要应用在EEPROM，FLASH，实时时钟，AD转换器，还有数字信号处理器和数字信号解码器之间等等。
当然，串口通信还有其他的接口方式，SPI接口和UART相比，多了一条同步时钟线，上面UART的缺点也就是它的优点了，对通信双方的时序要求不严格不同设备之间可以很容易结合，而且通信速度非常快。
一般用在产品内部元件之间的高速数据通信上面，如大容量存储器等。
这就凸现SPI 的好处。
SPI接口的扩展有硬件和软件两种方法,软件模拟SPI接口方法虽然简单方便,但是速度受到限制，在高速且日益复杂的数字系统中，这种方法显然无法满足系统要求，所以采用硬件的方法实现最为切实可行。
这使得与SPI有关的软件就相当简单，使CPU有更多的时间处理其他事务。
当前，基于主从处理器结构的系统架构已经成为一种主流（如DSP+FPGA,MCU+FPGA等），FPGA是在ASIC的基础发展出来的，它克服了专用ASIC不够灵活的缺点。
与其他中小规模集成电路相比，其优点主要在于它有很强的灵活性，即其内部的具体逻辑功能可以根据需要配置，对电路的修改和维护很方便。
目前，FPGA的容量已经跨过了百万门级，使得FPGA 成为解决系统级设计的重要选择方案之一。
在这种架构下，应用FPGA来构建SPI 通信接口是切实可行的。
参考文献：[1]孙丰军，余春暄.S P I串行总线接口的V e r i l o g实现.北京工业大学电子信息与控制工程学院北京10002.[2]刘福奇，刘波.Verilog HDL应用程序.电子工业出版社，2009.10[3]顾卫刚.串行外围接口.陕西：西安交通大学，2004.[4]徐洋等.基于Verilog HDL的FPGA设计与工程应用.人民邮电出版社.2009[5]K.Babulu,K.Soundara Rajan.FPGA IMPLEMENT ATION OF SPI TRANSCEIVER MACROCELL INTERFACE WITH SPI SPECIFICATIONS.JNTU Colleage off Engineering，2008.2、基本内容和技术方案2.1、研究的基本内容（1）熟悉通信及通信接口相关方面的知识，学习并掌握SPI通信接口的结构，协议及原理。
（2）熟悉VERILOG语言及其开发环境ISE，使用该语言进行数字电路（FPGA）设计，慢慢深入VERILOG语言。
（3）设计流程图，状态图，并一步步用Verilog语言实现仿真验证I接口串口通信。
（4）采用实验板或自行设计电路进行调试，并采用相关仪器验证。
（5）系统整体调试、优化，或就某一部分进行优化并做深入的研究与扩展。
2.2、技术方案（1）硬件设计模型硬件实现主要是基于PLD的CPLD，FPGA中实现。
如FPGA是在ASIC的基础发展出来的，它克服了专用ASIC不够灵活的缺点。
与其他中小规模集成电路相比，其优点主要在于它有很强的灵活性，即其内部的具体逻辑功能可以根据需要配置，对电路的修改和维护很方便。
目前，FPGA的容量已经跨过了百万门级，使得FPGA成为解决系统级设计的重要选择方案之一。
在这种架构下，应用FPGA来构建SPI通信接口是切实可行的。
下图模式一种主从模式：①时序问题将总线控制信号封装成指令，使用者只需通过发送指令的方式操作，避免了复杂的时序逻辑设计问题。
②全双工传输方式的设计如果全部使用状态机的方式完成设计，则可发现其很难完成全双工即收发独立模式，则在此过程中可以采用流水线设计方式，使之收与发之间独立进行，便可完成全双工传输方式的设计。
3、进度安排第1－2周：查阅相关SPI文献资料，对其相关研究内容进行大体了解，并明确其原理和基本实现方案，完成开题报告，熟悉ISE操作和在线调试，了解Verilog HDL语言的基本语法。
第3－4周：详细理解和研究SPI的原理，对Verilog HDL语言有一定的理解。
第5－12周：对于Verilog HDL语言有深入理解，并具备一定的编程能力，能设计基本单元器件，并能读懂大型程序，熟练状态机的设计方法，对SPI有着工作过程有着细致的了解第13-16周：完成并修改毕业论文。
第17周:准备论文答辩。
4、指导教师意见指导教师签名：年月日目录摘要 (I)Abstract (II)1绪论 (3)1.1课题研究背景 (3)1.2SPI研究目的及意义 (4)1.3本章小结 (4)2SPI原理分析 (5)2.1SPI介绍 (5)2.2SPI工作模式 (6)2.3SPI传输模式 (6)2.4SPI协议 (7)2.5本章小结 (8)3方案论证 (10)3.1在51系列单片机系统中实现 (10)3.2用可编程逻辑器件设计SPI (11)3.3本章小结 (11)4SPI的电路设计 (12)4.1SPI设计系统的功能 (12)4.2SPI各部分具体实现 (12)4.2.2SPI系统中所用的寄存器 (13)4.2.3SPI速率控制 (14)4.2.4SPI控制状态机 (14)4.2.5SPI程序设计流程图 (15)4.3SPI仿真及开发板上调试验证分析 (16)4.3.1仿真分析 (16)4.3.2开发板上调试 (18)4.4本章小结 (20)5论文总结 (21)致谢 (22)参考文献 (23)附录1 (24)附录2 (28)摘要随着专用集成电路（ASIC)设计技术的进步以及超大规模集成电路（VLSI)工艺技术的飞速发展，以及其价格的日益降低，采用FPGA编程的硬件电路来实现诸如SPI接口也日益切实可行，相对软件实现具有更好的优点。
SPI接口是一种常用的标准接口，由于其使用简单方便且节省系统资源，很多芯片都支持该接口，SPI接口主要应用在EEPROM，FLASH，实时时钟，AD转换器，还有数字信号处理器和数字信号解码器之间等等。
由于SPI接口是一种事实标准，并没有标准协议，大部分厂家都是参照Motorola的SPI接口定义来设计的，但正因为没有确切的版本协议，不同厂家产品的SPI接口在技术上存在一定的差别，容易引起歧义，有的甚至无法互联（需要用软件进行必要的修改）。
本文基于一种使用较为普遍的协议来进行设计，并参照Motorola公司的MC68HC11A8单片机中的SPI模块定义来设计的简化的SPI接口，用Verilog语言进行编写设计，并在ISE 软件上进行设计仿真，并在基于Xlinx公司的Spartan-3E芯片的Digilent公司出品的Nexys2开发板上用在线逻辑分析仪chipscope进行板上调试验证观察结果，并完成实现功能，并具有一些独创性的设计。
关键词：FPGA Verilog SPI协议chipscope ISEAbstractWith the advances in design technology of ASIC and VLSI’s rapid development,and its price is lower,the hardware circuit based on FPGA programming interface to achieve such as SPI is feasible,and it realizes better than software.SPI interface is a common standard interface,due to its simple and convenient use and save system resource,a lot of chips support this interface.SPI interface is extensively applied in EEPROM,FLASH,real-time clock,AD converter,and digital signal processor and digital signals decoder,etc.Due to the interface is a fact SPI standard,and it has no standard protocol,most manufacturers design the SPI refer to the interface definition of Motorola's reference.Because of no definite agreement,there is a lot of different versions of the products in the technology exists on SPI interface,easy cause of ambiguity,some even cannot interconnect(need to do some m odification).Based on a common protocols for design,and the company MC68HC11A8 microcontroller of Motorola module definition to design the SPI simplified SPI interface,with Verilog language writing,and in the design of the software design ISE simulation,and based on the Xlinx company Digilent chip Spartan3E-the Nexys2development board with online logic analyzers chipscope on board,and debugging validation observations,and complete functionality has some distinctive design.Keywords：FPGA Verilog SPI protocol chipscope ISE1绪论在研究SPI串行外围接口之前，我们首先要对其背景及其研究的目的要有所了解。
