Xilinx-Spartan6-學習筆記（24）：通過SPI總線讀寫FLASH

利用SPI總線實現對FLASH進行讀寫，寫入255個數據再讀出255個數據。（這里為了模擬SDO信號，隨機生成了0~1信號方便觀察）

一、SPI總線時序介紹

1、什么是SCPI總線

SPI是串行外設接口（Serial Peripheral Interface）的縮寫，是一種同步串行接口技術，是一種高速的、全雙工、同步的通信總線。

SPI的通信模式通常有一個主設備和一個或多個從設備，需要4根線，也可以是3根線（單向傳輸時）。
SCLK：時鐘信號，由主設備產生。
CS：從設備使能信號，由主設備控制。
SDI/MOSI：主設備數據輸出，從設備數據輸入。
SDO/MISO：主設備數據輸入，從設備數據輸出。

2、SPI通信模式分析

共有四種模式：
Mode0：CPOL=0，CPHA=0
Mode1：CPOL=0，CPHA=1
Mode2：CPOL=1，CPHA=0
Mode3：CPOL=1，CPHA=1

• CPOL=0，CPHA=0：此時空閑態時，SCLK處于低電平，數據采樣是在第1個邊沿，也就是 SCLK由低電平到高電平的跳變，所以數據采樣是在上升沿，數據發送是在下降沿。

• CPOL=0，CPHA=1：此時空閑態時，SCLK處于低電平，數據發送是在第1個邊沿，也就是 SCLK由低電平到高電平的跳變，所以數據采樣是在下降沿，數據發送是在上升沿。

• CPOL=1，CPHA=0：此時空閑態時，SCLK處于高電平，數據采集是在第1個邊沿，也就是 SCLK由高電平到低電平的跳變，所以數據采集是在下降沿，數據發送是在上升沿。

• CPOL=1，CPHA=1：此時空閑態時，SCLK處于高電平，數據發送是在第1個邊沿，也就是 SCLK由高電平到低電平的跳變，所以數據采集是在上升沿，數據發送是在下降沿。

當在模式0的時序下時，為：

二、利用SPI總線讀寫FLASH

1、FLASH操作狀態機

（1）對FLASH的讀寫操作主要包括以下15個階段，通過執行完一個階段跳轉到下一個階段即可實現對FLASH的讀寫。

S0: flash_cmd=90,cmd_type=1000 (讀DEVICE ID)
S1: flash_cmd=06,cmd_type=1001 (寫使能instruction)
S2: flash_cmd=20,cmd_type=1010 (塊擦除)
S3: flash_cmd=00,cmd_type=0000 (延時100時鐘周期)
S4: flash_cmd=05,cmd_type=1011 (讀狀態寄存器)
S5: flash_cmd=04,cmd_type=1100 (寫不使能instruction)
S6: flash_cmd=05,cmd_type=1011 (讀狀態寄存器)
S7: flash_cmd=06,cmd_type=1001 (寫使能instruction)
S8: flash_cmd=00,cmd_type=0000 (延時100時鐘周期)
S9: flash_cmd=02,cmd_type=1101 (寫255個數據到flash)
S10: flash_cmd=00,cmd_type=0000 (延時100時鐘周期)
S11: flash_cmd=05,cmd_type=1011 (讀狀態寄存器)
S12: flash_cmd=04,cmd_type=1100 (寫不使能instruction)
S13: flash_cmd=05,cmd_type=1011 (讀狀態寄存器)
S14:flash_cmd=03,cmd_type=1110 (讀flash中的256個數據)

其中：flash_cmd為操作FLASH的命令，cmd_type為對SPI總線狀態機的控制方式。

（2）SPI總線讀寫的狀態遷移圖如下：

2、讀寫操作仿真解析

（1）讀DEVICE ID：

這一步驟開始時，flash_cmd=90,cmd_type=1000。首先通過SDI/D線發送flash命令（以時鐘上升沿采樣）,然后發送flash地址，然后讀取數據，仍然按照上升沿采樣（其實就是時鐘后沿輸出）。

在編寫代碼的時候，通過cnta來進行計數，記8個數，將cmd_reg中的數一位一位發送到總線上，然后以時鐘的下降沿將數據寫入，這樣上升沿采樣的時候正好采到數據的中心位置。

（2）寫使能instruction

這一步驟開始時，flash_cmd=06,cmd_type=1001。首先通過SDI/D線發送flash命令（以時鐘上升沿采樣），如下圖時序所示。

在寫使能狀態下，SPI總線狀態機變化為IDLE到CMD_SEND到FINISH_DONE，最終回到IDLE狀態，從圖中spi_reg即可看出。

（3）數據讀

發送指令flash_cmd=03, cmd_type=1001。首先通過SDI/D線發送flash命令（以時鐘上升沿采樣），然后發送24位地址，最后接收數據，接收數據在時鐘的上升沿進行采樣。

仍然采用在時鐘下降沿時將數據寫入到datain總線上，然后這樣能實現在時鐘上升沿時采樣，下圖為將flash命令03寫入，告訴flash要開始讀數據了。

緊接著將24位的地址0x000001寫入到數據線上，仍然在時鐘上升沿寫入。

按照時鐘上升沿，讀取dataout上的數據，并將數據一位一位地移入mydata寄存器中，讀取完8位數據后，將最終結果鎖存到my_data_o中。

總結

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