FPGA SPI 从机通讯程序

下面是一个FPGA SPI从机通讯程序的示例，假设FPGA从机使用的是CPOL=0、 CPHA=0的SPI协议，通讯频率为10 MHz，从机地址为0x01：

module spi_slave(
    input wire clk,
    input wire reset,
    input wire spi_cs_n,
    input wire spi_mosi,
    output reg spi_miso
);

parameter ADDR = 8'h01; // 从机地址为0x01
parameter CLK_FREQ = 10000000; // SPI时钟频率为10 MHz

reg [7:0] rx_data; // 接收到的数据
reg [7:0] tx_data; // 发送的数据
reg [3:0] bit_cnt; // 位计数器
reg [2:0] state; // 状态机
reg spi_sck; // SPI时钟信号

assign spi_miso = rx_data[bit_cnt]; // 输出接收到的数据

always @(posedge clk) begin
    if (reset) begin
        spi_sck <= 0;
        rx_data <= 0;
        tx_data <= 0;
        bit_cnt <= 0;
        state <= 0;
    end
    else begin
        spi_sck <= ~spi_sck; // SPI时钟信号翻转
        case (state)
            0: begin // 等待SPI片选信号
                if (!spi_cs_n)
                    state <= 1;
            end
            1: begin // 接收地址
                if (bit_cnt < 8) begin
                    rx_data[bit_cnt] <= spi_mosi;
                    bit_cnt <= bit_cnt + 1;
                end
                else begin
                    if (rx_data == ADDR) // 如果接收到的地址与从机地址相同
                        state <= 2;
                    else
                        state <= 0; // 重新等待SPI片选信号
                    bit_cnt <= 0;
                end
            end
            2: begin // 发送数据
                if (bit_cnt < 8) begin
                    spi_miso <= tx_data[bit_cnt];
                    bit_cnt <= bit_cnt + 1;
                end
                else begin
                    state <= 0; // 重新等待SPI片选信号
                    bit_cnt <= 0;
                end
            end
        endcase
    end
end

always @(posedge clk) begin
    if (reset) begin
        tx_data <= 0;
    end
    else begin
        case (state)
            0: begin // 等待SPI片选信号
                if (!spi_cs_n)
                    tx_data <= 0;
            end
            1: begin // 接收地址
                tx_data <= 0;
            end
            2: begin // 发送数据
                if (bit_cnt < 8) begin
                    tx_data[bit_cnt] <= 1; // 发送一个字节的数据
                    bit_cnt <= bit_cnt + 1;
                end
                else begin
                    tx_data <= 0;
                    bit_cnt <= 0;
                end
            end
        endcase
    end
end

endmodule

上述代码实现了一个简单的SPI从机，可以通过SPI总线接收来自主机的地址，并返回一个字节的数据。在主机发送完地址之后，从机将发送一个字节的数据给主机。

需要注意的是，在上述代码中，使用了一种简单的状态机来控制SPI通讯过程。具体来说，当SPI片选信号被拉低时，从机会进入状态机的第一个状态等待接收地址。当接收到地址后，从机会进入状态机的第二个状态发送数据，并在发送完一个字节的数据后回到状态机的第一个状态等待下一次通讯。同时，从机会在发送数据之前检查接收到的地址是否与从机地址相同，如果不同则从机会重新等待SPI片选信号。