基于sopc技术的spi核的实现

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1、基于SOPC技术的SPI核的实现阐述何为SPI核，以16位A/D转换器ADS8361芯片为例，分析了其工作原理和特点，利用硬件逻辑资源完成A/D数据采集和处理的时序设计，并将其添加为SOPC组件；在NIOSⅡ系统中实现了A/D数据采集外设接口的定制，并对A/D数据采集结果进行了分析。关键词：ADS8361；SOPC；SPI核；NIOSⅡ引言　　SOPC（SystemOnaProgrammableChip)称为可编程片上系统。SOPC集成了硬核或软核CPU、DSP、锁相环PLL、存储器、I/O接口及可编程逻辑，可以灵活高效地解决SOC方案，而且设计周期短，设计成本低。SOPC的设计

2、是以IP为基础，以硬件描述语言为主要设计手段，借助计算机为平台的EDA工具，自动化、智能化地自顶向下进行的过程。其具体开发流程如图1所示。[1]图1SOPC开发流程图　　　　　　SPI是嵌入式系统常用的标准串行接口。带Avalon接口的SPI内核符合SPI协议并通过　　　　Avalon从机接口接到Avalon总线上。SPI是一个工业标准串行接口协议，通常用于嵌入式系统中连接处理器和各种片外的传感器、合成器、存储器和控制设备。基于Avalon接口的SPI实现了SPI协议，并在后端提供了一个Avalon接口。　　SOPCBuilder中提供了现成的SPI核，可以轻松地集成到NIOSI

3、I系统中。SPI可以配置为主和从两种模式。当SPI被配置为主模式时，它可以控制16个相互独立的从SPI。SPI传输数据的宽度是由用户配置的，一般为1~16bit，如果需要传输位数更宽的数据，则需要软件程序支持。每当一次数据传输结束时，SPI核就请求一个中断。[2]1ADS8361芯片的工作原理和特点　　ADS8361的工作原理框图如图2所示。[3]ADS8361是一种具有双通道16位的模数（A/D转换）转换器，分两组——四个全差分输入通道，可同时进行高速信号采集，采样速率高达500KSPS。在高噪声环境频率为50kHz的情况下还能很好地提供了80dB的共模抑制比。ADS8361提

4、供了高速，双SPI串行接口和控制的输入，以尽量减少软件开销。图3为ADS8361串行时序图。图2ADS8361内部工作原理框图图3ADS8361串行时序图2ADS8361核的设计　　上述提到SPI内核传输的最大位宽为16位，而ADS8361传输的位宽为20bit，不能直接使用SPI内核。虽然，软件编程和自定义IP核组件两种方法都能实现，但是软件编程不仅占用CPU资源，而且传输速度也受到相应的限制，再加上RD（CONVST）、BUSY信号来确保时钟同步。因此，通过自定义IP核组件来实现更加快速、稳定、有效。2.1逻辑模块设计　　根据ADS8361的转换原理和SPI核的结构，就可以用

5、VerilogHDL语言编写用户的逻辑模块。部分代码如下所示：......al0=0，M1=0时，通道A输出的功能模块的仿真如图4所示。图4逻辑功能模块仿真2.3ADS8361SPI核在SOPCBuilder中的封装　　将设计文件封装为SOPCBuilder元件，主要有以下几个步骤：（1）添加硬件描述文件，并注意指定TopLevelModule；（2）设置信号；（3）设置接口；（4）添加软件文件，即设置文件路径。[4]　　其中，设置接口和信号是关键步骤之一，定义为主还是从接口，信号的类型及位宽等等这些，必须参考相关资料。本文参考的是Altera官X上的技术资料里的SPI核和ADS

6、8361的Datasheet。设置信号如图5所示。2.4NIOSII对自定义外设接口的定制图5设置信号　　通过定义chipselset和address信号，SOPCBuiler会自动分配给用户逻辑一个地址，那么对于用户逻辑的访问和操作，其实就是对分配给用户逻辑的地址进行访问和操作。从而实现NIOSII对自定义外设的定制。如图6所示。图6SOPC设计及地址分配　　最后，将各部分综合成一个.bdf文件，使得用户接口逻辑(interfacetouserlogic)，与NIOS内部AVALON总线相连，编译生成完整硬件系统。3数据测量及分析　　ADS8361是16位的A/D转换芯片，输入

7、电压范围为-2.5V~+2.5V，-2.5V表示方法为0x8000，+2.5V表示方法为0x7fff，0V表示为0x0000，即以补码形式输出，最高位为符号位，1表示负电压输入。下面只给出0V~+2.5V正电压测量数据，负电压测量数据不再给出。正电压测量数据如表1所示。表15个点各五次采集得到的数值表　　AD转换值计算公式为(1)　　其中，D为测量值的计算值，正数不变，负数取反加1，代入公式（1）可得被测的模拟电压值。　　通过上述波形仿真和硬件测试和数据分析,可得知该数据采样板采