微處理器串行Flash接口設(shè)計(jì)

范建榮 劉衛(wèi)東

摘要：SPI總線是一個(gè)同步串行接口的數(shù)據(jù)總線,具有全雙工、信號(hào)線少、協(xié)議簡(jiǎn)單、傳輸速度快等特點(diǎn)，是實(shí)現(xiàn)微處理器與Flash通信的理想選擇。該文根據(jù)微處理器指令時(shí)序和串行Flash存儲(chǔ)器SST25VF064C的操作和讀寫時(shí)序,設(shè)計(jì)了SPI接口，并利用軟件控制實(shí)現(xiàn)了微處理器與SST25VF064C之間的通信。經(jīng)ModelSim仿真得出了相應(yīng)的仿真波形，根據(jù)仿真波形分析,所設(shè)計(jì)的SPI接口的功能是正確的。

關(guān)鍵詞：SPI；總線接口；Flash；8位微處理器

中圖分類號(hào)：TP391文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-3044(2012)23-5725-05

The Connection Method of Microprocessor With Serial Flash

FAN Jiang-rong1, LIU Wei-dong1，2

(1.College of Information Science and Engineering, Ocean University of China, Qingdao 266100, China; 2.Hisense Electric Application Limited Company, Qingdao 266071, China)

Abstract: SPI bus is a data bus of synchronal and serial interface, which is characterized by full duplex communication, few signal lines, sim? ple protocol, high speed, etc. In this paper, according to the instruction timing of microprocessor and the reading and writing operation of the serial Flash memory SST25VF064C, SPI bus interface is designed, software is used to control the communication between the micro? processor and SST25VF064C. Analysis of corresponding simulating waveforms obtained by the ModelSim illustrate the design of the SPI interface is correct.

Key words: SPI ; bus interface; Flash; microprocessor

在目前所有的非易失性存儲(chǔ)器（PROM、EPROM、EEPROM和Flash）中，F(xiàn)lash存儲(chǔ)器幾乎擁有現(xiàn)今講究個(gè)性化的用戶所需的所有特點(diǎn)，它具有掉電數(shù)據(jù)不丟失、快速數(shù)據(jù)存取、電可擦除、容量大、在線可編程、價(jià)格低廉以及足夠多的擦除次數(shù)和較高的可靠性等諸多優(yōu)點(diǎn)，因而已成為電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的首選存儲(chǔ)器。

在微處理器系統(tǒng)中使用Flash存儲(chǔ)器,可以有效地將微處理器系統(tǒng)的靈活性和大容量存儲(chǔ)的特性結(jié)合起來(lái)[1],用簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)完成復(fù)雜的任務(wù)。8位微處理器需要一種高效的數(shù)據(jù)總線來(lái)完成它與Flash之間的大量數(shù)據(jù)傳送，SPI總線由于占用的接口總線少,通信效率高并且大部分處理器芯片都支持，因而通過(guò)它實(shí)現(xiàn)通信是一種理想的設(shè)計(jì)方案。目前的工作，多是針對(duì)于自帶SPI接口的單片機(jī)與Flash的通信，還有一部分是針對(duì)不帶SPI接口的微控制器，利用微控制器的I/O口結(jié)合軟件模擬SPI時(shí)序?qū)崿F(xiàn)了微控制器[2]與Flash之間的通信?；谶@種情況，該文提出了微處理器串行Flash接口設(shè)計(jì)，利用微處理器的外部RAM結(jié)合軟件控制來(lái)模擬SPI時(shí)序，實(shí)現(xiàn)Flash存儲(chǔ)器和微處理器之間的通信。結(jié)果證明，這種方案使兩者之間通信更簡(jiǎn)便迅捷。

1系統(tǒng)介紹

整個(gè)系統(tǒng)由8位微處理器[3-4]、SPI串行總線接口、外圍設(shè)備Flash組成，8位微處理器發(fā)起Flash的讀寫指令及地址、SPI工作使能信號(hào)和時(shí)鐘，因此在系統(tǒng)中起著核心控制作用。

SPI總線是一個(gè)同步串行接口的數(shù)據(jù)總線，它具有全雙工、信號(hào)線少、協(xié)議簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，由于串行總線的信號(hào)線比并行總線更少更簡(jiǎn)單，越來(lái)越多的系統(tǒng)放棄使用并行總線而采用串行總線。SPI總線最典型的應(yīng)用就是主機(jī)與外圍設(shè)備(如Flash、RAM、A/D轉(zhuǎn)換器、LED顯示器、實(shí)時(shí)時(shí)鐘等)之間的通信。串行外圍接口一共有4種操作模式，這些模式?jīng)Q定了利用時(shí)鐘信號(hào)的哪個(gè)沿來(lái)控制數(shù)據(jù)傳送，這些模式由CPU來(lái)設(shè)置[5]。SST25系列的Flash支持SPI模式0和3，該文中SPI采用模式0，在時(shí)鐘信號(hào)的上升沿捕獲數(shù)據(jù)，下降沿移出數(shù)據(jù)。SPI接口一般使用4條線:串行時(shí)鐘線SCK、主機(jī)輸入/從機(jī)輸出數(shù)據(jù)線SI、主機(jī)輸出/從機(jī)輸入數(shù)據(jù)線SO和低電平有效的從機(jī)選擇線SCS，其時(shí)序圖如圖1所示。

本系統(tǒng)中Flash采用的是SST25系列SST25VF064C串行Flash，該片具有與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SPI接口兼容的外部引腳，工作電壓為2.7-3.6v，它通過(guò)SCK、SO、SI、CE等四個(gè)管腳作為數(shù)據(jù)的讀寫，可以減少控制IO的數(shù)量。

2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)

2.1結(jié)構(gòu)框圖

系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

圖6仿真波形圖

從圖中可以看到寫指令執(zhí)行完，把數(shù)據(jù)66H、55H寫到Flash中，讀指令執(zhí)行完把數(shù)據(jù)66H、55H讀到了CPU的寄存器中。綜合以上分析，SPI的設(shè)計(jì)是正確的。

該文中的接口設(shè)計(jì)能夠完成微處理器對(duì)Flash讀寫操作，說(shuō)明該接口電路與軟件設(shè)計(jì)是成功的。數(shù)據(jù)量和運(yùn)算量的增大已成為各種微機(jī)控制系統(tǒng)面臨的共同挑戰(zhàn)，在不改變?cè)畜w系結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，采用大容量存儲(chǔ)器,在當(dāng)前是一種簡(jiǎn)便可行的辦法。該文中的微處理器串行Flash接口設(shè)計(jì)，可用于擴(kuò)展系統(tǒng)存儲(chǔ)容量滿足信息時(shí)代頻繁的信息集成與交互，還可通過(guò)復(fù)制微處理器發(fā)送的數(shù)據(jù)到flash驗(yàn)證發(fā)送到外圍器件的數(shù)據(jù)正確性，同時(shí)還對(duì)不帶SPI接口的單片機(jī)讀寫flash Rom芯片提供一定的參考。

[1]劉文洲,王賢勇,任紀(jì)川,等.Flash存儲(chǔ)器及其MCS-51系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].長(zhǎng)春工程學(xué)院學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2005(1):57-60.

[2]夏宇聞.Verilog數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)教程[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2008.

[3]何立民.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,1990.

[4]竇振中.單片機(jī)外圍器件實(shí)用手冊(cè):存儲(chǔ)器分冊(cè)[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2000.

[5]何最紅,張輝.TMS320C5402與單片機(jī)SPI串口通信的實(shí)現(xiàn)方法[J].國(guó)外電子測(cè)量技術(shù),2005,24(2):4-6.

[6]趙杰,曹凡,冮殿亮,等.基于AMBA總線的SPI協(xié)議IP核的實(shí)現(xiàn)與驗(yàn)證[J].電子測(cè)量技術(shù),2010,33(1):32-43.