基于FPGA的RFID無線通信系統(tǒng)的實現(xiàn)
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SPI總線模式的數(shù)據(jù)是以字節(jié)為單位進(jìn)行傳輸?shù)?一次傳輸可以傳多個字節(jié))，每字節(jié)為8位，每個命令或者數(shù)據(jù)塊都是字節(jié)對齊的(8個時鐘的整數(shù)倍)。數(shù)據(jù)按位傳輸，高位在前，地位在后，為全雙工通信，數(shù)據(jù)傳輸速度總體來說比I2C總線要快，速度可達(dá)到每秒幾兆比特。SPI接口是以主從方式工作的，這種模式通常有一個主器件和一個或多個從器件。在本文設(shè)計的無線通信系統(tǒng)中，由FPGA實現(xiàn)的SPI總線接口模塊為主機，NRF905的SPI模塊為從機。
SPI時序模式的選擇：
SPI接口有4種不同的數(shù)據(jù)傳輸時序，取CPOL和CPHL這兩位的組合。CPOL是用來決定SCK時鐘信號空閑時的電平；CPOL=O，空閑電平為低電平，CPOL=1時，空閑電平為高電平。CPHA是用來決定采樣時刻的，CPHA=0，在每個周期的第一個時鐘沿采樣；CPHA=1，在每個周期的第二個時鐘沿采樣。
圖2為NRF905的SPI接口的時序圖，由此本文設(shè)計的SPI工作模式是在CPOL=O，CPHA=O這種時序下。本文引用地址：http://www.104case.com/article/156991.htm
1．3．2 SPI硬件設(shè)計
圖3是本文無線通信系統(tǒng)中SPI模塊的結(jié)構(gòu)圖，該系統(tǒng)中的SPI主要由時鐘生成模塊，SPI寄存器組，SPI功能配置的模塊組成，并且通過Wishbone總線與控制器相連，具體設(shè)計如下：
時鐘生成模塊：由于SPI模塊是基于FPGA來實現(xiàn)的，而FPGA外部提供的時鐘較快(50 MHz或100 MHz)，不適合與NRF905的SPI接口進(jìn)行通信
(1 Hz～10 MHz)，所以需要分頻來使時鐘慢下來。但是至于幾分頻是由SPI功能配置模塊來完成的。其次由于SPI協(xié)議指出數(shù)據(jù)可在上升沿或下降沿觸發(fā)，所以還需要對時鐘的上升沿或下降沿進(jìn)行鑒別(也稱抓沿程序)，這個功能也由這個模塊完成。
SPI寄存器模塊：這個模塊實現(xiàn)的是一個由16個8位寄存器組成的128位的寄存器組，也就是說通過SPI接口一次性可收發(fā)8～128位的串行數(shù)據(jù)。具體操作由SPI功能配置模塊來完成。
SPI功能配置模塊：這個模塊相當(dāng)于一個SPI控制器，通過對其寄存器的配置來決定時鐘的分頻數(shù)，收發(fā)數(shù)據(jù)位數(shù)，時鐘上升沿或下降沿傳輸數(shù)據(jù)等，而對這些寄存器的配置是由控制模塊完成的。下面就配置寄存器做一些簡要說明。
首先介紹控制寄存器：
控制寄存器第O位go：是否開始發(fā)送。
控制寄存器第1位rx_negedge：接收數(shù)據(jù)是下降沿還是上升沿。
控制寄存器第2位tx_negedge：發(fā)送數(shù)據(jù)是下降沿還是上升沿。
控制寄存器第3～9位char_len：發(fā)送數(shù)據(jù)的位數(shù)(因為SPI是全雙工的，所以這實際上也是接收數(shù)據(jù)的位數(shù))。
控制寄存器第10位lsb：是從高位發(fā)送還是地位發(fā)送。
控制寄存器第11位ie：讀寫完成之后是否發(fā)送中斷信號。
控制寄存器第12位ass：是否自動產(chǎn)生片選信號。
分頻寄存器：spi_divider_sel。
狀態(tài)寄存器：spi_ctrl_sel。
數(shù)據(jù)寄存器O：spi_tx_sel[0]。
數(shù)據(jù)寄存器1：spi_tx_sel[1]。
數(shù)據(jù)寄存器2：spi_tx_sel[2]。
數(shù)據(jù)寄存器3：spi_tx_sel[3]。
片選信號寄存器：spi_ss_sel。
1．4 控制模塊
對于控制模塊來說，其實現(xiàn)方法是利用基于Verilog語言的有限狀態(tài)機來實現(xiàn)，相當(dāng)于一條一條的指令來控制SPI模塊接收發(fā)送數(shù)據(jù)。控制模塊分成三個獨立的部分即接收控制模塊、發(fā)送控制模塊及NRF905配置模塊。其中接收與發(fā)送控制模塊分別包含對SPI進(jìn)行配置的狀態(tài)。下面對接收控制模塊的設(shè)計進(jìn)行說明。圖4即為Debussy綜合出的狀態(tài)機轉(zhuǎn)換圖。
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