基于FPGA实现SD NAND FLASH的SPI协议读写

news/2024/9/19 4:56:50/ 标签: fpga开发

基于FPGA(现场可编程门阵列)实现SD NAND FLASH的SPI(串行外设接口)协议读写是一个涉及硬件设计与编程的复杂过程。以下将详细介绍该过程的背景、关键步骤、电路设计、SPI协议详解、FPGA实现以及代码示例等方面,内容不少于2000字。

一、背景介绍

SD NAND FLASH是一种非易失性存储技术,具有高密度、高速度、低功耗等优点,广泛应用于嵌入式系统、移动设备、数据存储等领域。SPI协议作为一种全双工、同步的通信协议,因其简单易用、引脚占用少等特点,成为SD NAND FLASH等外设与FPGA通信的常用方式。

二、关键步骤

1. 选择合适的SD NAND FLASH芯片

在选择SD NAND FLASH芯片时,需要考虑存储容量、读写速度、接口类型、工作电压等参数。例如,雷龙发展的CS创世SD NAND FLASH样品是一个不错的选择,它支持SPI模式,便于与FPGA进行通信。

2. 设计电路连接

电路连接是实现FPGA与SD NAND FLASH通信的基础。通常,需要将SD NAND FLASH的引脚与FPGA的I/O口进行连接,包括数据线、电源线、时钟线、命令控制线等。在SPI模式下,一般只需要四根线即可完成通信:CS(片选)、SCLK(时钟)、MOSI(主机输出/从机输入)、MISO(主机输入/从机输出)。

3. 理解SPI协议

SPI协议是一种由摩托罗拉公司定义的串行外设接口协议,支持一主多从、全双工、半双工等多种通信模式。在通信过程中,主设备通过时钟线SCLK控制数据的传输,通过MOSI线发送数据给从设备,通过MISO线接收从设备发送的数据。CS线用于控制从设备是否被选中,只有CS为低电平时,从设备才会响应主设备的操作。

SPI协议有四种不同的通信模式,由CPOL(时钟极性)和CPHA(时钟相位)决定。不同的从设备可能支持不同的通信模式,因此需要在设计前确认从设备的通信模式,并确保主设备与从设备在同一模式下进行通信。

4. 编写FPGA代码

FPGA代码是实现SD NAND FLASH读写操作的关键。在编写代码时,需要定义SPI接口的信号、实现SPI协议的通信时序、处理SD NAND FLASH的命令与响应等。

三、电路设计

1. FPGA开发板选择

选择合适的FPGA开发板是实现SD NAND FLASH读写的基础。开发板应具有足够的I/O口资源、稳定的电源供应、易于连接的硬件接口等。例如,黑金的AX301开发板是一个不错的选择,它装有一个Micro SD卡座,便于与SD NAND FLASH进行连接。

2. SD NAND FLASH测试板

为了便于测试,可以使用SD NAND FLASH的测试板。测试板通常将SD NAND FLASH芯片焊接在板上,并提供与FPGA开发板相匹配的接口。将测试板与FPGA开发板连接后,即可进行读写测试。

3. 硬件连接

将SD NAND FLASH测试板与FPGA开发板进行硬件连接时,需要注意以下几点:

  • 确保所有引脚连接正确无误,特别是数据线、电源线、时钟线、命令控制线等关键引脚。
  • 使用合适的连接线材和连接器,确保信号传输的稳定性和可靠性。
  • 在连接前检查电源电压和电流是否符合要求,以避免损坏设备。

四、SPI协议详解

1. 通信模式

SPI协议有四种通信模式,由CPOL和CPHA决定。不同的通信模式在时钟极性和时钟相位上存在差异,具体如下表所示:

模式CPOLCPHA描述
000空闲时SCLK为低电平,数据在SCLK上升沿锁存
101空闲时SCLK为低电平,数据在SCLK下降沿锁存
210空闲时SCLK为高电平,数据在SCLK上升沿锁存
311空闲时SCLK为高电平,数据在SCLK下降沿锁存
2. 通信过程

SPI通信过程通常包括以下几个步骤:

  • 片选信号CS置低,选中从设备。
  • 主设备通过MOSI线发送命令或数据给从设备。
  • 从设备在SCLK的驱动下接收命令或数据,并通过MISO线返回响应或数据给主设备。
  • 通信完成后,CS信号置高,释放从设备。

五、FPGA实现

1. 定义SPI接口信号

在FPGA代码中,首先需要定义SPI接口的信号,包括CS、SCLK、MOSI、MISO等。这些信号通常被定义为寄存器或线网类型,以便在后续的代码中进行操作。

2. 实现SPI通信时序

实现SPI通信时序是FPGA代码的核心部分。根据SPI协议的通信模式,需要编写相应的代码来生成SCLK信号,并在SCLK的驱动下通过MOSI线发送数据、通过MISO线接收数据。同时,还需要处理CS信号的置低和置高操作,以控制从设备的选中与释放。

3. 处理SD NAND FLASH命令与响应

SD NAND FLASH的读写操作需要通过发送特定的命令来实现。在FPGA代码中,需要编写相应的代码来生成这些命令,并通过SPI接口发送给SD NAND FLASH。同时,还需要处理SD NAND FLASH返回的响应,以判断命令是否执行成功。

六、代码示例

以下是一个简化的FPGA代码示例,用于实现SPI协议的通信时序:

module spi_master(input clk,          // 时钟信号input rst_n,        // 复位信号input [7:0] spi_data, // 要发送的数据output reg spi_cs,   // 片选信号output reg spi_clk,  // 时钟信号output reg spi_mosi, // 主机输出/从机输入input spi_miso       // 主机输入/从机输出
);// 状态机定义
localparam IDLE = 2'b00;
localparam SEND = 2'b01;reg [1:0] state;
reg [7:0] bit_cnt;always @(posedge clk or negedge rst_n) beginif (!rst_n) beginstate <= IDLE;bit_cnt <= 0;spi_cs <= 1;spi_clk <= 0;spi_mosi <= 0;end else begincase (state)IDLE: begin// 初始化状态if (start_signal) begin  // 假设有一个start_signal信号控制开始传输spi_cs <= 0;         // 拉低片选信号spi_clk <= 0;        // 初始化时钟信号spi_mosi <= spi_data[7]; // 发送最高位bit_cnt <= 1;        // 计数器初始化为1state <= SEND;       // 进入发送状态endendSEND: beginif (bit_cnt <= 8) begin  // 发送8位数据spi_clk <= ~spi_clk; // 翻转时钟信号if (spi_clk) begin   // 时钟上升沿spi_mosi <= spi_data[7-bit_cnt]; // 发送下一位数据endbit_cnt <= bit_cnt + 1; // 计数器加1end else beginspi_cs <= 1;         // 发送完成,拉高片选信号state <= IDLE;       // 回到空闲状态endenddefault: state <= IDLE;endcaseend
end// 注意:此代码示例仅用于说明SPI通信时序的实现方法,并未包含完整的SD NAND FLASH读写逻辑。

七、总结

基于FPGA实现SD NAND FLASH的SPI协议读写是一个涉及硬件设计与编程的复杂过程。通过选择合适的SD NAND FLASH芯片、设计合理的电路连接、深入理解SPI协议、编写高效的FPGA代码等步骤,可以实现稳定可靠的读写操作。在实际应用中,还需要根据具体的需求和场景进行相应的调整和优化。


http://www.ppmy.cn/news/1520517.html

相关文章

Spark-ShuffleManager

一、上下文 《Spark-Task启动流程》中我们讲到了ShuffleMapTask中会对这个Stage的结果进行磁盘的写入&#xff0c;并且从SparkEnv中得到了ShuffleManager&#xff0c;且调用了它的getWriter方法并在这个Stage的入口处&#xff08;也就是RDD的迭代器数据源处&#xff09;调用了…

uniapp 自定义微信小程序 tabBar 导航栏

背景 做了一个校园招聘类小程序&#xff0c;使用 uniapp vue3 uview-plus pinia 构建&#xff0c;这个小程序要实现多角色登录&#xff0c;根据权限动态切换 tab 栏文字、图标。 使用pages.json中配置tabBar无法根据角色动态配置 tabBar&#xff0c;因此自定义tabBar&…

MySQL数据库增删查改(基础)CRUD

CRUD 即增加 (Create) 、查询 (Retrieve) 、更新 (Update) 、删除 (Delete) 四个单词的首字母缩写。 1. 新增&#xff08;Create&#xff09; 1.1单行数据&#xff08;全列插入&#xff09; 比如说&#xff1a;创建一张学生表&#xff0c;有姓名&#xff0c;学号。插入两个学…

新手c语言讲解及题目分享(十)——数组专项练习

C语言中的数组是一个用于存储多个同类型数据的集合。数组在内存中是连续分配的&#xff0c;可以通过索引访问其中的元素。以下是对C语言数组的详细讲解&#xff1a; 1. 数组的定义 数组的定义格式如下&#xff1a; type arrayName[arraySize]; - type&#xff1a;数组中元素…

数据结构---链表

指针和数组 数组的用途: 固定大小的存储: 数组用于存储固定大小的一组相同类型的元素。数组的大小在声明时必须指定&#xff0c;并且在程序运行期间不能改变。访问效率高: 数组允许通过下标进行快速访问&#xff0c;时间复杂度为 O(1)。内存连续性: 数组的元素在内存中是连续存…

网络安全面试经验分享:蘑菇街/网络安全

《网安面试指南》http://mp.weixin.qq.com/s?__bizMzkwNjY1Mzc0Nw&mid2247484339&idx1&sn356300f169de74e7a778b04bfbbbd0ab&chksmc0e47aeff793f3f9a5f7abcfa57695e8944e52bca2de2c7a3eb1aecb3c1e6b9cb6abe509d51f&scene21#wechat_redirect 蘑菇街 介绍…

蓝牙协议栈API分析

蓝牙协议栈API分析是一个复杂但重要的任务&#xff0c;它涉及到蓝牙通信的各个方面&#xff0c;包括设备发现、连接建立、数据传输以及安全管理等。以下是对蓝牙协议栈API的详细分析&#xff0c;旨在提供一个全面的视角。 一、蓝牙协议栈概述 蓝牙协议栈是蓝牙技术实现的基础…

解决reCaptcha v2 Invisible:识别和参数

概述 reCaptcha v2 Invisible是一种旨在提供安全性而不打扰用户体验的验证码类型。与传统的验证码不同&#xff0c;reCaptcha v2 Invisible在检测到可疑活动时才会要求用户进行互动。本文将引导您如何使用CapSolver API识别并解决reCaptcha v2 Invisible挑战。 什么是reCaptc…

ChatGPT与R语言融合技术在生态环境数据统计分析、绘图、模型中的实践与进阶应用

自2022年GPT&#xff08;Generative Pre-trained Transformer&#xff09;大语言模型的发布以来&#xff0c;它以其卓越的自然语言处理能力和广泛的应用潜力&#xff0c;在学术界和工业界掀起了一场革命。在短短一年多的时间里&#xff0c;GPT已经在多个领域展现出其独特的价值…

计算机网络-VRRP切换与回切过程

前面我们学习了VRRP选举机制&#xff0c;根据VRRP优先级与IP地址确定主设备与备份设备&#xff0c;这里继续进行主备切换与主备回切以及VRRP抢占模式的学习。 一、VRRP主备切换 主备选举时根据优先级选择主设备&#xff0c;状态切换为Master状态&#xff0c;那当什么时候会切换…

科研学习|论文解读——OceanGPT:用于海洋科学任务的大型语言模型

摘要 海洋覆盖我们星球表面70%以上&#xff0c;对于理解生命的丰富储备和生物多样性至关重要。鉴于海洋在调节全球气候和支持经济中的关键作用&#xff0c;海洋科学研究具有重大意义。最近&#xff0c;大型语言模型&#xff08;LLMs&#xff09;的进步改变了科学的范式。尽管在…

Linux下递归设置目标目录及其子目录和文件的权限

〇、背景 本文旨在简单介绍一个在Linux环境下批量修改目录及其子目录和文件的权限的方法。 一、实现 首先新建一个shell脚本文件&#xff0c;使用指令$ vi chmod.sh&#xff0c;然后在文件中输入下述代码。 #!/bin/bashOFFSET_INDEX" " DIR_MODE755 FILE_MODE664…

Oracle---PAG程序全局区的组成:堆栈区、会话区、游标区、排序区

文章目录 PGA程序全局区PGA主要内容1、排序区&#xff08;SORT AREA&#xff09;**为什么给排序设置合理的排序区大小** 2、会话区&#xff08;USER SESSON DATA&#xff09;3、堆栈区保存变量信息(STACK SPACE)4、游标区 (CURSOR STATE) PGA程序全局区 程序全局区或进程全局区…

AN7536PT时钟电路

目录 1 时钟电路概述2 时钟晶振电路2.1 需求分析2.2 晶振选型&#xff08;Datasheet表5-7解读&#xff09;2.3 设计晶振电路&#xff08;表4-1、图5-4&#xff09; 1 时钟电路概述 时钟电路是一种用于产生稳定、周期性脉冲信号的电子电路。它通常由晶体振荡器和相关逻辑电路组…

Luminar Neo for Mac智能图像处理软件【操作简单,轻松上手】

Mac分享吧 文章目录 效果一、下载软件二、开始安装1、双击运行软件&#xff0c;将其从左侧拖入右侧文件夹中&#xff0c;等待安装完毕2、应用程序显示软件图标&#xff0c;表示安装成功 三、运行测试安装完成&#xff01;&#xff01;&#xff01; 效果 一、下载软件 下载软件…

Hackme靶场渗透攻略

步骤一&#xff0c;注册登录进去 步骤二&#xff0c;点击search 我们发现有很多书 步骤三&#xff0c;搜索一本书抓包发放到重放器 步骤四&#xff0c;数据改为1*&#xff0c;复制数据包到1.txt&#xff0c;然后打开sqlmap 步骤五&#xff0c;sqlmap查看当前数据库 python s…

阿尔茨海默病症识别+图像识别Python+人工智能+深度学习+TensorFlow+机器学习+卷积神经网络算法

一、介绍 阿尔茨海默病症识别。使用Python作为主要编程语言进行开发&#xff0c;基于深度学习等技术使用TensorFlow搭建ResNet50卷积神经网络算法&#xff0c;通过对病症图片4种数据集进行训练[‘轻度痴呆’, ‘中度痴呆’, ‘非痴呆’, ‘非常轻微的痴呆’]&#xff0c;最终得…

TeeChart助力科研软件:高效实现数据可视化

在当今的科学研究中&#xff0c;数据可视化已经成为理解和传播复杂信息的关键工具。尤其是在物理研究领域&#xff0c;科学家们经常需要处理大量的数据&#xff0c;并通过可视化将这些数据转化为更易理解的形式。TeeChart作为一个强大且灵活的图形展示工具&#xff0c;能够帮助…

前端按钮通过浏览器下载附件

html <a click"downloadAttach(record.memoryAddress)">下载附件</a> js downloadAttach(url){var fileUrl window._CONFIG[staticDomainURL] url;window.open(fileUrl); } 配置文件 window._CONFIG[staticDomainURL] http://127.0.0.1:3000/xxx…

Spring Cloud Gateway的使用

Spring Cloud Gateway的使用 1. Spring Cloud Gateway原理2. Spring Boot项目中集成Spring Cloud Gateway2.1 创建项目与添加依赖2.2 配置网关 3. 高级功能与实践**3.1 配置过滤器****3.2 分组路由** 4. 监控与故障处理5. 部署与持续集成 在微服务架构中&#xff0c;服务发现、…