啥？ 一行代码不敲就构建三线制SPI驱动？ |
您所在的位置：网站首页 › spi三线制和四线制 › 啥？ 一行代码不敲就构建三线制SPI驱动？ |
啥？ 一行代码不敲就构建三线制SPI驱动？
|
关注、星标嵌入式客栈，精彩及时送达 [导读] 最近使用ZYNQ做一个高速数据采集，需要访问一个ADI的高速模数采样芯片，该芯片是利用三线制实现读以及写的功能。三线制实现写通信或许大家都经常会这样用，三线制实现读/写或许有的朋友就未曾这样用过。今天就分享一下利用现成IP不写任何代码怎么实现三线制SPI。 背景ADI很多芯片都采用三线制SPI进行控制，以AD9467为例，AD9467是一款 pipeline架构16位高速ADC芯片，采样率高达250MSPS。在一些复杂系统中其应用领域比较广泛： 多载波，多模式蜂窝接收机 天线阵列定位 功率放大器线性化 无线宽带通信系统 雷达系统 红外成像系统 通讯仪表系统等 从芯片框图，大致可以看出，该芯片主要由以下部分组成： 三线制SPI通信接口，实现芯片的寄存器读写控制。主要用于芯片模式配置。 LVDS接口：则负责数据的对外传输，遵循ANSI-644 标准。 CLK+/CLK-：为输入时钟，时钟之于数字芯片相当于心脏之于人，一切的动作都是由时钟驱动的。 VIN+/VIN- ：差分输入，模拟信号输入通道。 对于芯片的其他部分，不是本文介绍的重点，这里来看看其SPI的通信时序图： 结合SPI模式时序图： 在上升沿采样 下一位数据在CLK低期间变换 故，CPOL=0,CPHA=0. 另外，第一个bit用于标识本次报文你发起的是读还是写操作，这种设计是不是有点类似I2C标准中的读写位？ 柳暗花明那么问题来了，我们需要做的SPI通信需要实现三线制SPI进行读以及写： 如果用单片机编程IO口去翻比较容易，但是要实现高速AD数据传输，常规的单片机就捉襟见肘了。LVDS接口的数据吞吐率很难做到。 如果使用ZYNQ内置的SPI外设也很容易，该外设很容易配成三线制模式。很不幸，外设引脚基本用掉了。不过可以考虑用EMIO把相应的脚从PL端拉出去。 如果利用ZYNQ PS端的GPIO也可以做到，也很不幸，做的板子PS端GPIO所剩无几。 利用赛灵思的AXI Quad SPI IP在PL端去实现。折腾一段时间，发现这个IP貌似不支持三线制SPI。 自己用verilog HDL写个IP挂在AXI总线上，实现Linux设备驱动，这个方案可以。可惜，比较懒，不想重新造轮子！ ....... 经过一番折腾，在ADI官方发现了一个宝藏： https://wiki.analog.com/resources/fpga/peripherals/spi_engine 官方实现了SPI engine IP 框架: 执行模块 Execution Module：主模块，用于处理SPI引擎命令流并实现SPI总线接口逻辑 AXI接口模块：内存映射软件可访问SPI引擎命令流和/或卸载核心的接口 Offload模块：存储SPI引擎命令流，由外部事件触发执行 互连Interconnect 模块：将多个SPI Engine命令流连接到SPI Engine执行模块 其verilog HDL代码库位于： https://github.com/analogdevicesinc/hdl.git PS/PL设计下好hdl库，按照向导将库make,执行对应的tcl脚本，生成了hdl库相应所需文件。然后按照需要设计以下block设计： 将PS端的DDR以及PL所需的时钟FCLK_CLK0配置好，这里输出100MHz 从ip库里拉出来axi_spi_engine_v1_0以及spi_engine_execution_v1_0,按照上面图连好线 连好AXI接口，以及相应的复位、时钟信号等 设置需要几个片选信号，可根据需要几个从芯片可以设置多个片选信号，比如我设置2个，这样在linux设备树上就对应挂载两个设备。 然后在顶层设计文件进行例化，这里问题来了，spi_1还是4个脚，如果就这样拉出到PL端的引脚上，还是四线制，那么该怎么改呢？ 看看wiki中图以及描述，发现需要还需要在转一下： 如果是三线模式时，three_wire会变成1，这个通过AXI总线命令传过来。 sdo_t则可以控制sdo内部信号是否输出，如果门控关断则mosi脚变成高阻，可以采样外部信号，从而传入可以通过2路选择器传入sdi转而为读信号。 从而添加如下代码在顶层文件： assign phy_sclk = spi_sclk; assign phy_cs = spi_cs; assign phy_mosi = spi_sdo_t ? 1'bz : spi_sdo; assign spi_sdi = spi_three_wire ? phy_mosi : phy_miso;比如，我是这样写的： `timescale 1ns / 100ps //顶层设计文件 module system_top ( //DDR信号 inout [14:0] ddr_addr, inout [ 2:0] ddr_ba, inout ddr_cas_n, inout ddr_ck_n, inout ddr_ck_p, inout ddr_cke, inout ddr_cs_n, inout [ 3:0] ddr_dm, inout [31:0] ddr_dq, inout [ 3:0] ddr_dqs_n, inout [ 3:0] ddr_dqs_p, inout ddr_odt, inout ddr_ras_n, inout ddr_reset_n, inout ddr_we_n, //必须的一些PS信号 inout fixed_io_ddr_vrn, inout fixed_io_ddr_vrp, //54个PS MIO引脚 inout [53:0] fixed_io_mio, //PS时钟引脚 inout fixed_io_ps_clk, //PS上电复位信号 inout fixed_io_ps_porb, //PS SRSTB信号 inout fixed_io_ps_srstb, output [1:0] spi_0_cs, output spi_0_sclk, input spi_0_sdi, output spi_0_sdo, ); wire ip_spi_0_cs; wire ip_spi_0_sclk; wire ip_spi_0_sdi; wire ip_spi_0_sdo; wire ip_spi_0_three_wire; wire ip_spi_0_sdo_t; assign spi_0_cs = ip_spi_0_cs; assign spi_0_sclk = ip_spi_0_sclk; //如此处理，这样引出的SPI可以兼容3线制以及4线制SPI assign spi_0_sdo = ip_spi_0_sdo_t ? 1'bz : ip_spi_0_sdo; assign ip_spi_0_sdi = ip_spi_0_three_wire ? spi_0_sdo : spi_0_sdi; //例化block设计 ip_block_wrapper i_system_wrapper ( //DDR以及常规MIO、时钟、复位等信号 .DDR_addr(ddr_addr), .DDR_ba(ddr_ba), .DDR_cas_n(ddr_cas_n), .DDR_ck_n(ddr_ck_n), .DDR_ck_p(ddr_ck_p), .DDR_cke(ddr_cke), .DDR_cs_n(ddr_cs_n), .DDR_dm(ddr_dm), .DDR_dq(ddr_dq), .DDR_dqs_n(ddr_dqs_n), .DDR_dqs_p(ddr_dqs_p), .DDR_odt(ddr_odt), .DDR_ras_n(ddr_ras_n), .DDR_reset_n(ddr_reset_n), .DDR_we_n(ddr_we_n), .FIXED_IO_ddr_vrn(fixed_io_ddr_vrn), .FIXED_IO_ddr_vrp(fixed_io_ddr_vrp), .FIXED_IO_mio(fixed_io_mio), .FIXED_IO_ps_clk(fixed_io_ps_clk), .FIXED_IO_ps_porb(fixed_io_ps_porb), .FIXED_IO_ps_srstb(fixed_io_ps_srstb), //连至顶层 .spi_0_cs(ip_spi_0_cs), .spi_0_sclk(ip_spi_0_sclk), .spi_0_sdi(ip_spi_0_sdi), .spi_0_sdo(ip_spi_0_sdo), .spi_0_sdo_t(ip_spi_0_sdo_t), .spi_0_three_wire(ip_spi_0_three_wire) ); endmodule Linux端配置首先需要配置设备树： &axi_spi_engine_0 { status = "okay"; //配置SPI控制器匹配字段，这样会自动编译ADI 提供的SPI 控制器驱动 compatible = "adi,axi-spi-engine-1.00.a"; spi-rx-bus-width = ; spi-tx-bus-width = ; bits-per-word = ; interrupt-parent = ; interrupts = ; num-cs = ; #address-cells = ; #size-cells = ; ad9467_0: ad9467@0 { compatible = "adi,ad9467"; reg = ; spi-max-frequency = ; #address-cells = ; #size-cells = ; spi-rx-bus-width = ; spi-tx-bus-width = ; bits-per-word = ; spi-3wire; }; ad9467_1: ad9467@1 { compatible = "spidev"; reg = ; spi-max-frequency = ; #address-cells = ; #size-cells = ; spi-rx-bus-width = ; spi-tx-bus-width = ; bits-per-word = ; //这个字段需要使能，表示该设备是三线制 spi-3wire; }; };基于ADI提高的Linux代码库： https://github.com/analogdevicesinc/Linux 配置相应的SPI控制器驱动，然后编译部署。由于该demo涉及些项目其他的技术细节，这里就不描述了，来看看疗效： 看这个波形或许会有朋友问：为啥数据发送结束，SDO/SDI复用脚波形有一个上升的渐变暂态过程，这是由于此时从端芯片从输出态转为高阻态，而主端芯片此时也是高阻态，由于线路电容效应故而会有这样一个变化过程。 总结一下利用ADI提高的IP库，不用敲一行代码可以很容易就实现了三线制SPI，香吧？该方案可以同时兼容三线制/四线制SPI，是一个成熟稳定的方案。为什么ZYNQ芯片这样一款SOC芯片以及Linux会被人喜欢，由此可见一斑。因为有大量成熟的轮子可供使用，而不必自己去造轮子。从而加速产品的研发进度，使用户可以专注于自己需要解决的应用问题。这里有一个tips拿走不谢： 在做应用开发时，首先梳理出需求，要干什么？去往哪里？但别急着撸代码，先搜搜看看有没有现成的轮子，拒绝重新造轮子！一定会加速开发进程。但也需要注意一下开源资源是否可以免费商用，注意知识产权IP问题！～ —END— 往期精彩推荐，点击即可阅读 ▲Linux驱动相关专辑 ▲手把手教信号处理专辑 ▲单片机相关专辑 分享 ???? 点赞 ???? 在看 ❤️ 以“三连”行动支持优质内容！ |
【本文地址】
今日新闻 |
点击排行 |
|
推荐新闻 |
图片新闻 |
|
专题文章 |