一种基于AT25T1024 FLASH的高速SPI接口设计

摘要：从一种军用板卡的实际需求出发，对SPI接口在设计中有诸如FPGA资源和管脚等限制的情况下，快速加栽配置数据的方法进行了分析。并基于ATMEL公司的AT25F1024 FLASH器件，描述了高速SPI接口的设计原理和方法，具有一定的实用性和可行性。
关键词：SPI；FIASH；军用板卡；FPGA；AT25T1024

0 引言
在一些军用芯片的早期设计中，一般先采用比较成熟的商用协议芯片进行军用化改造(通常做成板卡形式)，而商用芯片的军用化改造主要体现在确定性、实时性、稳定性、安全性等问题上，所以一般需要在商用协议芯片的上层加入较多的控制功能。FPGA以其资源丰富，易于组织流水和并行处理等优点，为这种复杂控制提供了很好的选择。而SPI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，因此在基于FPGA的读写接口设计中，高速SPI是一种很好的选择。

1 SPI结构
SPI (Serial Peripheral Interface-串行外围设备接口)是Motorola公司推出的一种高效率全双工同步串行数据接口，以主从模式工作，广泛应用于FLASH，实时时钟，AD转换器等。SPI串行外围设备总线根据串行同步时钟极性(CPOL)和时钟相位(CPHA)两个参数的设置分为四种工作方式(SPO，SP1，SP2，SP3)。本板卡选用的片外存储器AT25F1024仅支持0和3模式，为简化设计，本设计的SPI时钟采用SP0模式(CP-OL=0，CPHA=0)，时钟极性为低电平，时钟相位串行时钟上升沿采样数据，下降沿数据输出．SPI为主从工作方式，主设备由三部分构成，SPI_CFG_LOAD配置加载模块可自动读取存储器FLASH的值，并加载到片内DPRAM中。主机通过配置SPI_CTRL控制模块相应的寄存器，来完成对片外FLASH的访问。SPI结构框图如图1所示。

2 高速SPI接口设计
2．1 配置加载模块的设计
SPI_CFG_LOAD配置加载模块主要完成从片外FLASH读取数据，并将数据存入片内DPRAM中的功能。图2给出了对应的状态机设计。