FPGA中高效SPI复用配置策略与应用

本文主要探讨了在FPGA（Field-Programmable Gate Array）设计中如何实现SPI（Serial Peripheral Interface，串行外围设备接口）复用配置的方法。SPI Flash存储器因其高效率、低成本和占用引脚少的特点，被广泛应用于FPGA的配置和数据存储。在应用程序规模较小的情况下，利用SPI Flash进行复用配置能够简化外围电路设计，节省空间，但需要注意的是，这种方法的缺点是配置时间较长。 文章首先介绍了SPI配置的基本概念，特别是Spantan-3E SPI配置流程。在这个流程中，FPGA通过符合SPI标准的通信方式接收来自外部SPI Flash的数据，用于加载FPGA的硬件结构或保存应用程序的bit文件。当系统上电或者PROG_B引脚接收到低脉冲时，FPGA会进行初始化，清除内部配置存储器，并等待INIT_B信号确认配置模式和变量选择。 SPI配置过程中，模式和变量选择引脚的状态至关重要。一旦初始化完成后，这些引脚需处于正确的逻辑电平，以便正确解读SPI命令序列。接下来，FPGA会根据变量选择引脚的选择来决定执行哪个SPI命令，然后锁定SPI Flash，通过CCLK引脚进行时钟控制。读取操作从地址0开始，持续到完成所需的配置位数，读取到有效数据后，FPGA发送DONE信号表示配置成功。 图1展示了SPI配置方式的详细时序图，显示了各个信号的交互过程。而图2展示了AT45DB161D SPI Flash的具体配置接口，它仅占用FPGA的四个引脚，配置完成后，这些SPI引脚可以作为通用I/O引脚使用，进一步节省了宝贵的引脚资源。 总结来说，本文的核心知识点包括：SPI Flash的复用配置策略、SPI配置流程中的初始化步骤、变量选择与模式控制、以及如何通过FPGA控制SPI Flash进行数据传输和配置。这种方法适用于小型应用程序，但在对配置时间有较高要求的应用中，可能需要考虑其他配置模式以优化性能。