浅谈Zynq实现SPI接口设计
当我们在设计中使用zynq soc或zynq ultrascale + mpsoc时，可以有两种方法来实现spi接口：
使用ps端的spi控制器（ps端有两个spi控制器）
在pl端使用配置成标准spi通信的axi quad spi (qspi) ip模块
我们可以根据应用的要求来选择使用哪种方法实现spi控制器。两种spi的实现方式都支持四种spi模式，并且都可以作为spi主设备或spi从设备。下表列出了它们之间的一些差异：
首先，我们演示一下如何使用ps端的spi控制器进行spi传输。在zynq mio configuration选项卡中选中spi控制器，这就将spi包含在了设计中。在这个例子中，我将把spi信号连接到digilent arty z7开发板的spi接口，这需要通过pl i/o使用emio。
图：启用spi并将端口映射到emio
在选择好相应的选项后，唯一要做的就是连接spi端口的i/o。具体要如何进行连接取决于我们是需要配置一个spi主设备还是从设备。在spi控制器上，每个spi端口都有对应的可用输入（xxx_i）输出端口（xxx_o）。端口的正确连接十分关键，如果连接错误，当运行应用程序时，将得到完全错误的运行结果，这可能需要花费我们几个小时的时间来寻找问题的源头。另外，当配置成spi从设备时，有一个名称为slave select的输入；而当用作spi主设备时，将有三个选择引脚。
当正确配置好i/o并创建了工程，我们就可以使用应用软件中的spi配置选项将spi控制器配置成为主设备或从设备。使用ps spi控制器配置和传输数据，需要使用由xspips.h定义的bsp（板卡支持包）所提供的api接口。在第一个例子中，我们将spi控制器配置为spi主设备。
默认情况下，spi使用8位传输。但是，我们也可以将传输配置成更大的16或32位。对于8位传输，我们在c程序中可以使用u8数据类型。对于16位或32位传输，分别使用16位或32位对数据进行读写缓存。
一开始，这可能会导致一些问题或生成编译器警告，因为执行如下所示的两个数据传输api函数都需要发送和接收缓冲区的数据类型为u8：
s32 xspips_transfer(xspips *instanceptr, u8 *sendbufptr, u8 *recvbufptr, u32 bytecount);
s32 xspips_polledtransfer(xspips *instanceptr, u8 *sendbufptr, u8 *recvbufptr, u32 bytecount);
为了解决使用u16和u32数据类型的问题，我们需要将缓冲区转换为u8指针，如下所示：
xspips_polledtransfer(&spiinstance, (u8*)&txbuffer, (u8*)&rxbuffer, 8);
这样设置将就使得我们能够传输大小为8，16或32位的数据了。为了演示这一设置，我将spi主设备io连接到digilent digital discovery口袋仪器来测试传输的数据。在应用软件中使用上述方法将数据宽度从8位变为16位。
图：arty z7开发板与digital discovery口袋仪器
图：zynq soc ps spi主设备发送四个8位字
图：ps spi主设备发送四个16位字
另一个实现spi接口的方法是使用axi qspi ip核，使用这种方法需要在vivado中进行的设置比较多，需要花费比较长的时间。在axi qspi配置对话框中，我们可以配置传输的宽度、频率和从设备的数量。最重要的一个选项就是选择axi qspi ip核是作为spi主设备还是从设备。如果要配置成spi主设备，就必须选中enable master mode选项。如果要配置成为从设备，则必须取消该选项以确保spisel输入引脚的存在。当spi ip核作为从设备时，该引脚需要连接到主设备的slave select.端口。
图：配置axi quad spi
与ps spi控制器一样，bsp也为spi ip提供一个api接口。我们可以用它来开发应用软件，这个api是在文件xspi.h中定义的。作为例子的第二部分，我将使用这个api来配置axi qspi作为spi从设备。
为了演示创建软件后axi qspi核可以正确的以spi从设备方式进行工作。我再次使用digilent digital discovery口袋仪器作为spi主设备，使数据在两者之间传输。
图：spi从设备收发数据（蓝色的数据由zynq spi slave输出）
图：最终的block diagram
当然，如果使用xilinx fpga代替zynq soc或zynq ultrascale mpsoc，则可以使用具有相同axi qspi配置的microblaze软核来实现spi接口。只要正确地将其定义为主设备或从设备即可。
希望这篇文章能够帮助你了解如何使用这两种不同的方法创建主/从spi接口。
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首先，我们演示一下如何使用ps端的spi控制器进行spi传输。在zynq mio configuration选项卡中选中spi控制器，这就将spi包含在了设计中。在这个例子中，我将把spi信号连接到digilent arty z7开发板的spi接口，这需要通过pl i/o使用emio。
图：启用spi并将端口映射到emio
在选择好相应的选项后，唯一要做的就是连接spi端口的i/o。具体要如何进行连接取决于我们是需要配置一个spi主设备还是从设备。在spi控制器上，每个spi端口都有对应的可用输入（xxx_i）输出端口（xxx_o）。端口的正确连接十分关键，如果连接错误，当运行应用程序时，将得到完全错误的运行结果，这可能需要花费我们几个小时的时间来寻找问题的源头。另外，当配置成spi从设备时，有一个名称为slave select的输入；而当用作spi主设备时，将有三个选择引脚。
当正确配置好i/o并创建了工程，我们就可以使用应用软件中的spi配置选项将spi控制器配置成为主设备或从设备。使用ps spi控制器配置和传输数据，需要使用由xspips.h定义的bsp（板卡支持包）所提供的api接口。在第一个例子中，我们将spi控制器配置为spi主设备。
默认情况下，spi使用8位传输。但是，我们也可以将传输配置成更大的16或32位。对于8位传输，我们在c程序中可以使用u8数据类型。对于16位或32位传输，分别使用16位或32位对数据进行读写缓存。
一开始，这可能会导致一些问题或生成编译器警告，因为执行如下所示的两个数据传输api函数都需要发送和接收缓冲区的数据类型为u8：
s32 xspips_transfer(xspips *instanceptr, u8 *sendbufptr, u8 *recvbufptr, u32 bytecount);
s32 xspips_polledtransfer(xspips *instanceptr, u8 *sendbufptr, u8 *recvbufptr, u32 bytecount);
为了解决使用u16和u32数据类型的问题，我们需要将缓冲区转换为u8指针，如下所示：
xspips_polledtransfer(&spiinstance, (u8*)&txbuffer, (u8*)&rxbuffer, 8);
这样设置将就使得我们能够传输大小为8，16或32位的数据了。为了演示这一设置，我将spi主设备io连接到digilent digital discovery口袋仪器来测试传输的数据。在应用软件中使用上述方法将数据宽度从8位变为16位。
图：arty z7开发板与digital discovery口袋仪器
图：zynq soc ps spi主设备发送四个8位字
图：ps spi主设备发送四个16位字
另一个实现spi接口的方法是使用axi qspi ip核，使用这种方法需要在vivado中进行的设置比较多，需要花费比较长的时间。在axi qspi配置对话框中，我们可以配置传输的宽度、频率和从设备的数量。最重要的一个选项就是选择axi qspi ip核是作为spi主设备还是从设备。如果要配置成spi主设备，就必须选中enable master mode选项。如果要配置成为从设备，则必须取消该选项以确保spisel输入引脚的存在。当spi ip核作为从设备时，该引脚需要连接到主设备的slave select.端口。
图：配置axi quad spi
与ps spi控制器一样，bsp也为spi ip提供一个api接口。我们可以用它来开发应用软件，这个api是在文件xspi.h中定义的。作为例子的第二部分，我将使用这个api来配置axi qspi作为spi从设备。
为了演示创建软件后axi qspi核可以正确的以spi从设备方式进行工作。我再次使用digilent digital discovery口袋仪器作为spi主设备，使数据在两者之间传输。
图：spi从设备收发数据（蓝色的数据由zynq spi slave输出）
图：最终的block diagram
当然，如果使用xilinx fpga代替zynq soc或zynq ultrascale mpsoc，则可以使用具有相同axi qspi配置的microblaze软核来实现spi接口。只要正确地将其定义为主设备或从设备即可。
希望这篇文章能够帮助你了解如何使用这两种不同的方法创建主/从spi接口。
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