FPGA的学习：基于SPI协议的Flash驱动写操作控制
Posted 石小舟
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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了FPGA的学习：基于SPI协议的Flash驱动写操作控制相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
系统整体框图如图：
顶层模块的设计：
flash页写模块的设计：
时序图：
页写的时序：
各个代码块如下：
`timescale 1ns/1ns
module key_filter
#(
parameter CNT_MAX = 20'd999_999 //计数器计数最大值
)
(
input wire sys_clk , //系统时钟50Mhz
input wire sys_rst_n , //全局复位
input wire key_in , //按键输入信号
output reg key_flag //key_flag为1时表示消抖后检测到按键被按下
//key_flag为0时表示没有检测到按键被按下
);
//********************************************************************//
//****************** Parameter and Internal Signal *******************//
//********************************************************************//
//reg define
reg [19:0] cnt_20ms ; //计数器
//********************************************************************//
//***************************** Main Code ****************************//
//********************************************************************//
//cnt_20ms:如果时钟的上升沿检测到外部按键输入的值为低电平时，计数器开始计数
always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)
if(sys_rst_n == 1'b0)
cnt_20ms <= 20'b0;
else if(key_in == 1'b1)
cnt_20ms <= 20'b0;
else if(cnt_20ms == CNT_MAX && key_in == 1'b0)
cnt_20ms <= cnt_20ms;
else
cnt_20ms <= cnt_20ms + 1'b1;
//key_flag:当计数满20ms后产生按键有效标志位
//且key_flag在999_999时拉高,维持一个时钟的高电平
always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)
if(sys_rst_n == 1'b0)
key_flag <= 1'b0;
else if(cnt_20ms == CNT_MAX - 1'b1)
key_flag <= 1'b1;
else
key_flag <= 1'b0;
endmodule
`timescale 1ns/1ns
module spi_flash_pp
(
input wire sys_clk , //系统时钟，频率50MHz
input wire sys_rst_n , //复位信号,低电平有效
input wire pi_key , //按键输入信号
output wire cs_n , //片选信号
output wire sck , //串行时钟
output wire mosi //主输出从输入数据
);
//********************************************************************//
//****************** Parameter and Internal Signal *******************//
//********************************************************************//
//parameter define
parameter CNT_MAX = 20'd999_999; //计数器计数最大值
//wire define
wire po_key ;
//********************************************************************//
//*************************** Instantiation **************************//
//********************************************************************//
//------------- key_filter_inst -------------
key_filter
#(
.CNT_MAX (CNT_MAX ) //计数器计数最大值
)
key_filter_inst
(
.sys_clk (sys_clk ), //系统时钟，频率50MHz
.sys_rst_n (sys_rst_n ), //复位信号,低电平有效
.key_in (pi_key ), //按键输入信号
.key_flag (po_key ) //消抖后信号
);
//------------- flash_pp_ctrl_inst -------------
flash_pp_ctrl flash_pp_ctrl_inst
(
.sys_clk (sys_clk ), //系统时钟，频率50MHz
.sys_rst_n (sys_rst_n ), //复位信号,低电平有效
.key (po_key ), //按键输入信号
.sck (sck ), //片选信号
.cs_n (cs_n ), //串行时钟
.mosi (mosi ) //主输出从输入数据
);
endmodule
`timescale 1ns/1ns
module flash_pp_ctrl(
input wire sys_clk , //系统时钟，频率50MHz
input wire sys_rst_n , //复位信号,低电平有效
input wire key , //按键输入信号
output reg cs_n , //片选信号
output reg sck , //串行时钟
output reg mosi //主输出从输入数据
);
//********************************************************************//
//****************** Parameter and Internal Signal *******************//
//********************************************************************//
//parameter define
parameter IDLE = 4'b0001 , //初始状态
WR_EN = 4'b0010 , //写状态
DELAY = 4'b0100 , //等待状态
PP = 4'b1000 ; //页写状态
parameter WR_EN_INST = 8'b0000_0110, //写使能指令
PP_INST = 8'b0000_0010; //页写指令
parameter SECTOR_ADDR = 8'b0000_0000, //扇区地址
PAGE_ADDR = 8'b0000_0100, //页地址
BYTE_ADDR = 8'b0010_0101; //字节地址
parameter NUM_DATA = 8'd100 ; //页写数据个数(0-99)
//reg define
reg [7:0] cnt_byte ; //字节计数器
reg [3:0] state ; //状态机状态
reg [4:0] cnt_clk ; //系统时钟计数器
reg [1:0] cnt_sck ; //串行时钟计数器
reg [2:0] cnt_bit ; //比特计数器
reg [7:0] data ; //页写入数据
//********************************************************************//
//***************************** Main Code ****************************//
//********************************************************************//
//cnt_clk：系统时钟计数器，用以记录单个字节
always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)
if(sys_rst_n == 1'b0)
cnt_clk <= 5'd0;
else if(state != IDLE)
cnt_clk <= cnt_clk + 1'b1;
//cnt_byte：记录输出字节个数和等待时间
always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)
if(sys_rst_n == 1'b0)
cnt_byte <= 8'd0;
else if((cnt_clk == 5'd31) && (cnt_byte == NUM_DATA + 8'd9))
cnt_byte <= 8'd0;
else if(cnt_clk == 5'd31)
cnt_byte <= cnt_byte + 1'b1;
//cnt_sck：串行时钟计数器，用以生成串行时钟
always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)
if(sys_rst_n == 1'b0)
cnt_sck <= 2'd0;
else if((state == WR_EN) && (cnt_byte == 8'd1))
cnt_sck <= cnt_sck + 1'b1;
else if((state == PP) && (cnt_byte >= 8'd5)
&& (cnt_byte <= NUM_DATA + 8'd9 - 1'b1))
cnt_sck <= cnt_sck + 1'b1;
//cs_n：片选信号
always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)
if(sys_rst_n == 1'b0)
cs_n <= 1'b1;
else if(key == 1'b1)
cs_n <= 1'b0;
else if((cnt_byte == 8'd2) && (cnt_clk == 5'd31) && (state == WR_EN))
cs_n <= 1'b1;
else if((cnt_byte == 8'd3) && (cnt_clk == 5'd31) && (state == DELAY))
cs_n <= 1'b0;
else if((cnt_byte == NUM_DATA + 8'd9) && (cnt_clk == 5'd31) && (state == PP))
cs_n <= 1'b1;
//sck：输出串行时钟
always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)
if(sys_rst_n == 1'b0)
sck <= 1'b0;
else if(cnt_sck == 2'd0)
sck <= 1'b0;
else if(cnt_sck == 2'd2)
sck <= 1'b1;
//cnt_bit：高低位对调，控制mosi输出
always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)
if(sys_rst_n == 1'b0)
cnt_bit <= 3'd0;
else if(cnt_sck == 2'd2)
cnt_bit <= cnt_bit + 1'b1;
//data：页写入数据
always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)
if(sys_rst_n == 1'b0)
data <= 8'd0;
else if((cnt_clk == 5'd31) && ((cnt_byte >= 8'd9)
&& (cnt_byte < NUM_DATA + 8'd9 - 1'b1)))
data <= data + 1'b1;
//state：两段式状态机第一段，状态跳转
always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)
if(sys_rst_n == 1'b0)
state <= IDLE;
else
case(state)
IDLE: if(key == 1'b1)
state <= WR_EN;
WR_EN: if((cnt_byte == 8'd2) && (cnt_clk == 5'd31))
state <= DELAY;
DELAY: if((cnt_byte == 8'd3) && (cnt_clk == 5'd31))
state <= PP;
PP: if((cnt_byte == NUM_DATA + 8'd9) && (cnt_clk == 5'd31))
state <= IDLE;
default: state <= IDLE;
endcase
//mosi：两段式状态机第二段，逻辑输出
always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)
if(sys_rst_n == 1'b0)
mosi <= 1'b0;
else if((state == WR_EN) && (cnt_byte== 8'd2))
mosi <= 1'b0;
else if((state == PP) && (cnt_byte == NUM_DATA + 8'd9))
mosi <= 1'b0;
else if((state == WR_EN) && (cnt_byte == 8'd1) && (cnt_sck == 5'd0))
mosi <= WR_EN_INST[7 - cnt_bit]; //写使能指令
else if((state == PP) && (cnt_byte == 8'd5) && (cnt_sck == 5'd0))
mosi <= PP_INST[7 - cnt_bit]; //页写指令
else if((state == PP) && (cnt_byte == 8'd6) && (cnt_sck == 5'd0))
mosi <= SECTOR_ADDR[7 - cnt_bit]; //扇区地址
else if((state == PP) && (cnt_byte == 8'd7) && (cnt_sck == 5'd0))
mosi <= PAGE_ADDR[7 - cnt_bit]; //页地址
else if((state == PP) && (cnt_byte == 8'd8) && (cnt_sck == 5'd0))
mosi <= BYTE_ADDR[7 - cnt_bit]; //字节地址
else if((state == PP) && ((cnt_byte >= 8'd9)
&& (cnt_byte <= NUM_DATA + 8'd9 - 1'b1)) && (cnt_sck == 5'd0))
mosi <= data[7 - cnt_bit]; //页写入数据
endmodule
以上是关于FPGA的学习：基于SPI协议的Flash驱动写操作控制的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章