用verilog编写一个SPI主设备代码

以下是一个简单的SPI主设备的Verilog代码：

module spi_master(
  input clk,
  input reset,
  output reg cs_n,
  output reg sclk,
  output reg mosi,
  input reg miso
);

// 时序参数
parameter IDLE = 2'b00;
parameter ADDR = 2'b01;
parameter DATA = 2'b10;
parameter FINISH = 2'b11;

// 状态寄存器
reg [1:0] state;
reg [7:0] tx_data;
reg [7:0] rx_data;
reg [2:0] bit_cnt;

// 初始化状态
initial begin
  state = IDLE;
  cs_n = 1'b1;
  sclk = 1'b0;
  mosi = 1'b0;
  bit_cnt = 3'b000;
end

// 状态机
always @(posedge clk) begin
  if (reset) begin
    state <= IDLE;
    cs_n <= 1'b1;
    sclk <= 1'b0;
    mosi <= 1'b0;
    bit_cnt <= 3'b000;
  end else begin
    case(state)
      IDLE: begin
        if (!cs_n) begin // 选中从设备
          state <= ADDR;
          mosi <= 1'b0; // 发送地址
          bit_cnt <= 3'b000;
        end
      end
      ADDR: begin
        if (bit_cnt == 3'b000) begin
          mosi <= 1'b1;
          bit_cnt <= 3'b001;
        end else if (bit_cnt == 3'b001) begin
          mosi <= 1'b0;
          tx_data <= 8'b00000001; // 地址为1
          bit_cnt <= 3'b010;
        end else if (bit_cnt == 3'b010) begin
          mosi <= tx_data[7];
          tx_data <= {tx_data[6:0], 1'b0};
          bit_cnt <= 3'b011;
        end else if (bit_cnt == 3'b011) begin
          mosi <= tx_data[7];
          if (bit_cnt == 3'b011) begin
            state <= DATA;
            bit_cnt <= 3'b000;
          end else begin
            bit_cnt <= bit_cnt + 1;
          end
        end
      end
      DATA: begin
        if (bit_cnt == 3'b000) begin
          mosi <= 1'b0; // 发送数据
          tx_data <= 8'b00000010; // 数据为2
          bit_cnt <= 3'b001;
        end else if (bit_cnt == 3'b001) begin
          mosi <= tx_data[7];
          tx_data <= {tx_data[6:0], 1'b0};
          bit_cnt <= 3'b010;
        end else if (bit_cnt == 3'b010) begin
          mosi <= tx_data[7];
          rx_data <= {rx_data[6:0], miso};
          if (bit_cnt == 3'b010) begin
            state <= FINISH;
            bit_cnt <= 3'b000;
          end else begin
            bit_cnt <= bit_cnt + 1;
          end
        end
      end
      FINISH: begin
        cs_n <= 1'b1; // 取消选中从设备
        sclk <= 1'b0;
        state <= IDLE;
      end
    endcase
    sclk <= ~sclk; // 时钟信号取反
  end
end

endmodule

该代码使用状态机控制SPI主设备与从设备的通信。在初始化时，状态设置为IDLE，片选信号设置为高电平，时钟信号设置为低电平，数据信号设置为低电平，数据位计数器设置为0。在每个时钟上升沿时，状态机根据当前状态执行相应的操作。具体来说：

- 当状态为IDLE时，如果片选信号为低电平，状态变为ADDR，数据信号变为低电平，数据位计数器清零。
- 当状态为ADDR时，根据数据位计数器的值，依次发送地址字节的8个位，最后状态变为DATA，数据位计数器清零。
- 当状态为DATA时，根据数据位计数器的值，依次发送数据字节的8个位，并同时接收从设备返回的数据位，最后状态变为FINISH，数据位计数器清零。
- 当状态为FINISH时，片选信号变为高电平，时钟信号变为低电平，状态变为IDLE。

在代码中，我们使用了一个参数化的状态机，以便更容易地添加新状态和操作。我们还使用了一些状态保持器，如寄存器和计数器，以跟踪状态并在各个状态之间传递数据。