SPI IP核及其在微投影系統中的應用

摘要：介紹了SPI總線控制器IP核的硬件結構與應用方法，并著重介紹了該IP核在微投影系統中的使用，以完成微顯示芯片的初始化。實驗表明，該SPI總線接口使用靈活，便于移植，并且穩定可靠。
關鍵詞：SPI總線控制器；Nios II處理器；IP核；可編程片上系統；微投影

引言
SPI總線作為一種簡單高效的4線串行傳輸總線，在電子器件和系統中應用非常普遍，由于其輸入和輸出的信號線彼此獨立，因而傳輸可靠性更好。Altera公司的EDA設計工具中有自帶的SPI總線控制IP核，但目前介紹該IP核具體應用的文獻不多，本文結合我們在微投影系統研究中的需求，給出了該SPI IP核的應用實例。

1 SPI核的工作原理
1．1 硬件結構
SPI核的硬件結構如圖1所示，主要由波特率分頻器、發送數據寄存器、接收數據寄存器、狀態寄存器和控制寄存器組成。波特率分頻器主要將Avalon的系統時鐘進行分頻，SCK可以配置的頻率=Avalon系統時鐘頻率／(2的倍數)。

該IP核可以配置為主和從兩種模式。本設計為嵌入在FPGA中SPI核為主工作模式，可以控制最多16個從設備，如圖1所示的SEN0～SENl5。只有一個器件時，默認為SEN0信號。SPI核傳輸的數據寬度是由用戶配置的，可在1～32位之間，當一次數據傳輸結束之后SPI核發出一個中斷請求。
主要實現兩種傳輸邏輯(以主模式為例)：
①發送邏輯。待發送的數據由Avalon從端口送入發送數據寄存器，再移入移位寄存器中，SCK跳變沿到來時開始數據傳輸(經SDAT信號線發出，先移入的數據是高位還是低位，取決于SOPC Builder的配置)。
②接收邏輯。移位寄存器捕獲到完整的數據后，再將其移入接收數據寄存器中(由SDO信號線捕獲數據)。
1．2 軟件結構
目前，在采用32位的軟核Nios II處理器中，提供了4層軟件開發模式：Nios II系統硬件，驅動程序層，硬件抽象層應用程序接口(HAL API)，應用程序層。SPI核的應用和軟件結構如圖2所示。