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基于单片机与FPGA的SPI_fpga与单片机通过什么通信

作者：Monodyee | 2024-04-15 18:16:41

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fpga与单片机通过什么通信

1.SPI含义

SPI是串行外设接口(Serial Peripheral Interface)的缩写。SPI，是一种高速的，全双工，同步的通信总线，并且在芯片的管脚上只占用四根线，节约了芯片的管脚，同时为PCB的布局上节省空间，提供方便，正是出于这种简单易用的特性，如今越来越多的芯片集成了这种通信协议。

 2.步骤

step1 stm32_3pin_to_fpga_input

 prj_fpga_spi_input

  由单片机传送数据到FPGA。

prj_stm32_gpio_wave_3pin

  1. #include "stm32f10x.h" 
  2. #include "usart.h"
  3. void Delay(u32 count) 
  4. { 
  5.   u32 i=0; 
  6.   for(;i<count;i++); 
  7. } 
  8.  
  9. void init_gpio_clk(){
  10.   GPIO_InitTypeDef    GPIO_InitStructure;
  11.   //使能PE 端口时钟 
  12.   RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOE, ENABLE);        
  13.   //PE.10 端口配置 
  14.   GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;           
  15.   // 推挽输出
  16.   GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;     
  17.   //IO 口 速度50MHz 
  18.   GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;  
  19.   // 初始化GPIOE.10
  20.   GPIO_Init(GPIOE, &GPIO_InitStructure);             
  21.   // PE.10 为高
  22.   GPIO_SetBits(GPIOE,GPIO_Pin_10);          
  23.   
  24.   GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_12;           
  25.   GPIO_Init(GPIOE, &GPIO_InitStructure);             
  26.   GPIO_SetBits(GPIOE,GPIO_Pin_12);          
  27.   
  28.   GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_14;           
  29.   GPIO_Init(GPIOE, &GPIO_InitStructure);             
  30.   GPIO_SetBits(GPIOE,GPIO_Pin_14);          
  31.  
  32. }
  33. void gpio_clk_loop(){
  34.   while(1) {
  35.     GPIO_SetBits  (GPIOE,GPIO_Pin_10);          
  36.     GPIO_ResetBits(GPIOE,GPIO_Pin_10);          
  37.     GPIO_SetBits  (GPIOE,GPIO_Pin_12);          
  38.     GPIO_ResetBits(GPIOE,GPIO_Pin_12);          
  39.     GPIO_SetBits  (GPIOE,GPIO_Pin_14);          
  40.     GPIO_ResetBits(GPIOE,GPIO_Pin_14);          
  41.   }
  42. }
  43.  
  44. void init_gpio_led(){
  45.   GPIO_InitTypeDef    GPIO_InitStructure;
  46.   //使能PB,PE 端口时钟 
  47.   RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB| RCC_APB2Periph_GPIOE, ENABLE);        
  48.   //LED0-->PB.5 端口配置 
  49.   GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5;           
  50.   // 推挽输出
  51.   GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;     
  52.   //IO 口 速度50MHz 
  53.   GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;  
  54.   // 初始化GPIOB.5
  55.   GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);             
  56.   // PB.5 为低
  57.   GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);          
  58.   //LED1-->PE.5  
  59.   GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5;                      
  60.   // 初始化 GPIO
  61.   GPIO_Init(GPIOE, &GPIO_InitStructure);                      
  62.   //PE.5  输出为低      
  63.   GPIO_ResetBits(GPIOE,GPIO_Pin_5);          
  64. }
  65.  
  66. void gpio_led_tick_loop(int n){
  67.   int count = n;
  68.   while(count) 
  69.   {
  70.     if(n > 0){
  71.       count = count - 1;
  72.     }
  73.     GPIO_SetBits(GPIOE,GPIO_Pin_5); 
  74.     GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5); 
  75.     Delay(2000000); 
  76.     GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5); 
  77.     GPIO_ResetBits(GPIOE,GPIO_Pin_5); 
  78.     Delay(2000000); 
  79.     
  80.     GPIO_SetBits(GPIOE,GPIO_Pin_5); 
  81.     GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5); 
  82.     Delay(2000000); 
  83.     GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5); 
  84.     GPIO_ResetBits(GPIOE,GPIO_Pin_5); 
  85.     Delay(2000000); 
  86.    
  87.     GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5); 
  88.     GPIO_ResetBits(GPIOE,GPIO_Pin_5); 
  89.     Delay(1000000); 
  90.     GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5); 
  91.     GPIO_ResetBits(GPIOE,GPIO_Pin_5); 
  92.     Delay(1000000); 
  93.    
  94.     GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5); 
  95.     GPIO_ResetBits(GPIOE,GPIO_Pin_5); 
  96.     Delay(1000000); 
  97.     GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5); 
  98.     GPIO_ResetBits(GPIOE,GPIO_Pin_5); 
  99.     Delay(1000000); 
  100.    
  101.     GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5); 
  102.     GPIO_ResetBits(GPIOE,GPIO_Pin_5); 
  103.     Delay(1000000); 
  104.     GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5); 
  105.     GPIO_ResetBits(GPIOE,GPIO_Pin_5); 
  106.     Delay(4000000); 
  107.   }
  108. }
  109. int main(void) 
  110. {   
  111.   init_gpio_clk();
  112.   init_gpio_led();
  113.   gpio_led_tick_loop(1);
  114.   gpio_clk_loop();
  115. }

step2 stm32_SPI_to_fpga_input

prj_fpga_spi_input

  1. module spi_bus(
  2.   I_CLK     ,
  3.   I_CS      ,
  4.   I_SCLK    ,
  5.   I_SDIN    ,
  6.   O_DOUT    ,
  7.   O_DOV     ,
  8.   O_TESTOUT1);
  9.  
  10.  
  11. input I_CLK    ;
  12. input I_CS     ;
  13. input I_SCLK   ;
  14. input I_SDIN    ;
  15.  
  16. output O_TESTOUT1;
  17.  
  18. reg  R1_I_CS  ,R2_I_CS ,R3_I_CS  ;
  19. reg  R1_I_SCLK ,R2_I_SCLK,R3_I_SCLK ;
  20. reg  R1_I_SDIN ,R2_I_SDIN,R3_I_SDIN ;
  21. reg  W_I_CS_up , W_I_CS_down, W_I_SCLK_up;
  22.  
  23. reg [32-1:0] R_sdin_shift, R_out_buf;
  24. output [32-1:0] O_DOUT;
  25. output          O_DOV ;   
  26. reg             O_DOV ;   
  27.  
  28. always @ (*) begin
  29.   W_I_CS_up   = ((R3_I_CS == 1'b0)&&( R2_I_CS == 1'b1)) ? 1'b1 : 1'b0;
  30.   W_I_CS_down = ((R3_I_CS == 1'b1)&&( R2_I_CS == 1'b0)) ? 1'b1 : 1'b0;
  31.   W_I_SCLK_up  = ((R3_I_SCLK == 1'b0)&&( R2_I_SCLK == 1'b1)) ? 1'b1 : 1'b0;
  32. end
  33. always @ (posedge I_CLK) begin
  34.   R1_I_CS   <= I_CS       ;
  35.   R1_I_SCLK <= I_SCLK     ;
  36.   R1_I_SDIN <= I_SDIN     ;
  37.   R2_I_CS   <= R1_I_CS    ;
  38.   R2_I_SCLK <= R1_I_SCLK  ;
  39.   R2_I_SDIN <= R1_I_SDIN  ;
  40.   R3_I_CS   <= R2_I_CS    ;
  41.   R3_I_SCLK <= R2_I_SCLK  ;
  42.   R3_I_SDIN <= R2_I_SDIN  ;
  43. end
  44. always @ (posedge I_CLK) begin
  45.   if(W_I_CS_down)
  46.     R_sdin_shift <= 0;
  47.   else
  48.     if(W_I_SCLK_up)
  49.       R_sdin_shift <= {R_sdin_shift[30:0],R2_I_SDIN};
  50.   if(W_I_CS_up)
  51.     R_out_buf <= R_sdin_shift;
  52.   O_DOV <= W_I_CS_up;
  53. end
  54. assign O_DOUT = R_out_buf;
  55.  
  56.  
  57. assign O_TESTOUT1 =  W_I_SCLK_up ;
  58.  
  59. endmodule

 这个程序是32位输出，SPI的数据传给FPGA。

prj_stm32_SPI_to_fpga_input

  1. #include "stm32f10x.h" 
  2. #include "usart.h"
  3. void Delay(u32 count) 
  4. { 
  5.   u32 i=0; 
  6.   for(;i<count;i++){
  7.    __nop(); 
  8.   }
  9. } 
  10.  
  11. #define PIN_MY_SPI_O_SCLK GPIO_Pin_10
  12. #define PIN_MY_SPI_O_CS   GPIO_Pin_12
  13. #define PIN_MY_SPI_O_SDA  GPIO_Pin_14
  14.  
  15. #define PORT_MY_SPI_O_SCLK GPIOE
  16. #define PORT_MY_SPI_O_CS   GPIOE
  17. #define PORT_MY_SPI_O_SDA  GPIOE
  18.  
  19. void init_spi_pin(){
  20.   GPIO_InitTypeDef    GPIO_InitStructure;
  21.   RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOE, ENABLE);     //使能PE 端口时钟 
  22.   GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = PIN_MY_SPI_O_SCLK;              //PE.PIN 端口配置 
  23.   GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;          // 推挽输出
  24.   GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;         //IO 口 速度50MHz 
  25.   GPIO_Init(PORT_MY_SPI_O_SCLK, &GPIO_InitStructure);                    // 初始化GPIOE.PIN
  26.   GPIO_SetBits(PORT_MY_SPI_O_SCLK,PIN_MY_SPI_O_SCLK);                        // PE.PIN 为高
  27.   
  28.   GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = PIN_MY_SPI_O_CS;           
  29.   GPIO_Init(PORT_MY_SPI_O_CS, &GPIO_InitStructure);             
  30.   GPIO_SetBits(PORT_MY_SPI_O_CS,PIN_MY_SPI_O_CS);          
  31.   
  32.   GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = PIN_MY_SPI_O_SDA;           
  33.   GPIO_Init(GPIOE, &GPIO_InitStructure);             
  34.   GPIO_SetBits(PORT_MY_SPI_O_SDA,PIN_MY_SPI_O_SDA);          
  35.  
  36. }
  37.  
  38. void spi_wr_cs(int val){
  39.   GPIO_WriteBit(PORT_MY_SPI_O_CS,PIN_MY_SPI_O_CS      ,(val&0x1)?Bit_SET:Bit_RESET    );
  40. }
  41. void spi_wr_sck(int val){
  42.   GPIO_WriteBit(PORT_MY_SPI_O_SCLK,PIN_MY_SPI_O_SCLK      ,(val&0x1)?Bit_SET:Bit_RESET    );
  43. }
  44. void spi_wr_sda_out(int val){
  45.   GPIO_WriteBit(PORT_MY_SPI_O_SDA,PIN_MY_SPI_O_SDA      ,(val&0x1)?Bit_SET:Bit_RESET    );
  46. }
  47.  
  48.  
  49. void spi_wr_32bit_MSB_first(unsigned char B3,unsigned char B2,unsigned char B1,unsigned char B0){
  50.   int delay_unit = 5;
  51.   int i = 0, j = 0;
  52.   unsigned char byte4[4] = {0};
  53.   unsigned char buf = 0;
  54.   byte4[3] = B3; byte4[2] = B2; byte4[1] = B1; byte4[0] = B0;
  55.  
  56.   
  57.   spi_wr_cs(1);
  58.   spi_wr_sck(1);
  59.   spi_wr_sda_out(1);
  60.   // drop down cs
  61.   spi_wr_cs(0);
  62.   Delay(1);
  63.   // drop down sck
  64.   spi_wr_sck(0);
  65.   Delay(1);
  66.   // put data
  67.   for(j = 0; j < 4; j ++){
  68.     buf = byte4[3-j];
  69.     for(i = 0; i < 8; i ++){
  70.       spi_wr_sda_out((buf&0x80) >> 7);
  71.       buf = buf << 1;
  72.       Delay(1);
  73.       spi_wr_sck(1);
  74.       Delay(1);
  75.       spi_wr_sck(0);
  76.     }
  77.   }
  78.   spi_wr_cs(1);
  79.   spi_wr_sck(1);
  80. }
  81.  
  82.  
  83. void spi_wr_test_loop(){
  84.   while(1) {
  85.     spi_wr_cs(1);
  86.     spi_wr_cs(0);
  87.     spi_wr_sck(1);
  88.     spi_wr_sck(1);
  89.     spi_wr_sck(0);
  90.     spi_wr_sck(0);
  91.     spi_wr_sda_out(1);
  92.     spi_wr_sda_out(1);
  93.     spi_wr_sda_out(1);
  94.     spi_wr_sda_out(0);
  95.     spi_wr_sda_out(0);
  96.     spi_wr_sda_out(0);
  97.   }
  98. }
  99.  
  100. void spi_wr_data_loop(){
  101.   while(1) {
  102.     spi_wr_32bit_MSB_first(0xA5, 0xA7, 0xA9, 0xAB);
  103.     spi_wr_32bit_MSB_first(0x5A, 0x5B, 0x5C, 0x5D);
  104.   }
  105. }
  106.  
  107. void init_gpio_led(){
  108.   GPIO_InitTypeDef    GPIO_InitStructure;
  109.   //使能PB,PE 端口时钟 
  110.   RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB| RCC_APB2Periph_GPIOE, ENABLE);        
  111.   //LED0-->PB.5 端口配置 
  112.   GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5;           
  113.   // 推挽输出
  114.   GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;     
  115.   //IO 口 速度50MHz 
  116.   GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;  
  117.   // 初始化GPIOB.5
  118.   GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);             
  119.   // PB.5 为低
  120.   GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);          
  121.   //LED1-->PE.5  
  122.   GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5;                      
  123.   // 初始化 GPIO
  124.   GPIO_Init(GPIOE, &GPIO_InitStructure);                      
  125.   //PE.5  输出为低      
  126.   GPIO_ResetBits(GPIOE,GPIO_Pin_5);          
  127. }
  128.  
  129. void gpio_led_tick_loop(int n){
  130.   int count = n;
  131.   while(count) 
  132.   {
  133.     if(n > 0){
  134.       count = count - 1;
  135.     }
  136.     GPIO_SetBits(GPIOE,GPIO_Pin_5); 
  137.     GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5); 
  138.     Delay(2000000); 
  139.     GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5); 
  140.     GPIO_ResetBits(GPIOE,GPIO_Pin_5); 
  141.     Delay(2000000); 
  142.     
  143.     GPIO_SetBits(GPIOE,GPIO_Pin_5); 
  144.     GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5); 
  145.     Delay(2000000); 
  146.     GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5); 
  147.     GPIO_ResetBits(GPIOE,GPIO_Pin_5); 
  148.     Delay(2000000); 
  149.    
  150.     GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5); 
  151.     GPIO_ResetBits(GPIOE,GPIO_Pin_5); 
  152.     Delay(1000000); 
  153.     GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5); 
  154.     GPIO_ResetBits(GPIOE,GPIO_Pin_5); 
  155.     Delay(1000000); 
  156.    
  157.     GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5); 
  158.     GPIO_ResetBits(GPIOE,GPIO_Pin_5); 
  159.     Delay(1000000); 
  160.     GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5); 
  161.     GPIO_ResetBits(GPIOE,GPIO_Pin_5); 
  162.     Delay(1000000); 
  163.    
  164.     GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5); 
  165.     GPIO_ResetBits(GPIOE,GPIO_Pin_5); 
  166.     Delay(1000000); 
  167.     GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5); 
  168.     GPIO_ResetBits(GPIOE,GPIO_Pin_5); 
  169.     Delay(4000000); 
  170.   }
  171. }
  172. int main(void) 
  173. {   
  174.   init_spi_pin();
  175.   init_gpio_led();
  176.   gpio_led_tick_loop(1);
  177.   // spi_wr_test_loop();
  178.   spi_wr_data_loop();
  179. }

输出32位数据，要分成4次，每次8位。

step3 stm32_SPI_write_fpga_addr_decode

prj_fpga_spi_input_bus_addr_decode

 

prj_stm32_SPI_to_fpga_bus_addr_decode

stm32通过spi读取fpga的地址。

step4 stm32_SPI_read_select_write_fpga_addr_decode

prj_fpga_spi_input_bus_read_write

 实现fpga与单片机的互传，并在单片机的显示屏上显示

prj_stm32_SPI_to_fpga_bus_read_write 

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