串行外围接口SPI功能模块的设计

SPI的状态寄存器来获取其所处的状态，从而决定下一步动作。

DMA方式由DMA模块控制数据在内存和SPI间的交换，而不需要处理器核的参与，有效提高了总线利用率。

外部MCU可以通过和内部MCU通讯的方式，把从模式的SPI配置成可以解析命令的模式，这样外部主模式的SPI可以在SSN低电平的时候连续传输多位数据，在下降沿的第一个数据被认为是命令。从模式的SPI可以解析这些命令然后做相应的操作。这些操作主要包括，清除接收FIFO或者发送FIFO中的数据，选择MCU或者DMA来作为数据交互的对象等，可以大大节省和MCU交互所需要的带宽。

作为主要组成部分的寄存器控制模块和SPI核心模块采用同步电路设计，它们之间的通讯采用异步电路设计。这些主要是考虑到SPI的带宽通过MCU的控制是可调的。SPI核心部分的时钟频率可调，可实现多种带宽，增加了本设计SPI的灵活性。

3．3 电路实现

为了保证RTL代码的正确性，对IP的功能进行全面的仿真验证。仿真包括RTL级和门级仿真验证。RTL级仿真是将代码文件调入硬件描述语言的仿真软件进行功能仿真，门级仿真包括布局布线前和布局布线后仿真。布局布线后仿真，获得精确的时延参数。将RTL级代码转换成门级网表，0．13um工艺标准单元库。

在传统的设计流程中进行功能验证，首先需要通过写测试矢量的方式给需要进行功能测试的模块加激励，然后通过观察模块的输出结果，判断模块的功能是否正确。但是在写测试矢量时，测试工程师是在自己对模块功能理解的基础上进行的。这样就存在一个问题，测试矢量对模块的激励有可能是不完备的，还有可能是错误的，但测试矢量的激励并没有使错误体现出来；也有可能模块的功能是正确的，误报错误使验证过程变得非常低效。为避免以上问题，对本设计模块的功能验证中，采用系统级验证环境。该环境由IP总线、驱动器、监视器、外部模块和协调它们工作的脚本组成。组成系统的各模块可以按需要加人环境。每次验证过程就是相应的激励作用于环境的过程。验证结果由环境产生、检验和输出。以保证测试矢量的完备性和正确性。

该验证环境在LINUX操作系统下，仿真器采用Cadence公司的Nc-verilog，支持C／C++、Verilog和VHDL协同仿真，可以直接把SPI模块挂在验证环境中，通过Verilog的$readmemh任务读入软件激励进行验证。

在系统时钟为36MHz的情况下，图5(a)给出了CPOL=0，CPHA=1时，发送6位数据的仿真结果。图5(b)给出了在CPOL=0，CPHA=0的情况下，接收6位数据的仿真结果。

图5 仿真结果

这两个仿真结果说明本设计完全支持4种SPI传输协议，而且能够以最大的速率无缝传输数据。

4 结束语

本设计的SPI可作为IP核嵌入监控系统SOC芯片中。芯片通过流片验证，各项指标已达到了原设计的要求，通过板级测试，芯片中SPI能支持4种传输协议，工作的最高频率可达18M bps，在一秒钟内能够抓图或者回显l5帧图像，达到业内较高水平。本设计中的不足之处是没有做数据校验，随着市场需求的提高，可在设计中增加CRC校验以增加数据的正确性，提高系统效率。