基于SPI协议的Flash驱动控制-数据普通读操作
目录
Flash数据普通读操作
实现原理
verilog设计代码
verilog测试代码
Flash数据普通读操作
实现原理
- 将片选信号拉低,写入读操作指令,最少读取一个字节的数据,写入读指令后要写入三个字节的读取地址,读操作指令和读取地址在SCK的上升沿被锁存,读数据在miso端口输出,数据在SCK的下降沿更新,读操作指令在数据手册中查看
- 输入的读取地址会自动进行加一操作,即可以读取整个Flash的数据,若读取到最大地址,则地址会归零,若想停止读取,则拉高片选信号;
- 在进行擦除和写操作时,读操作是无法进行的;
- 需要查看数据手册中Flash读操作对时钟频率的要求。
verilog设计代码
module flash_read_ctrl(input wire sys_clk , //系统时钟,频率50MHzinput wire sys_rst_n , //复位信号,低电平有效input wire key , //按键输入信号input wire miso , //读出flash数据output reg sck , //串行时钟output reg cs_n , //片选信号output reg mosi , //主输出从输入数据output reg tx_flag , //输出数据标志信号output wire [7:0] tx_data //输出数据);//********************************************************************//
//****************** Parameter and Internal Signal *******************//
//********************************************************************////parameter define
parameter IDLE = 3'b001 , //初始状态READ = 3'b010 , //数据读状态SEND = 3'b100 ; //数据发送状态parameter READ_INST = 8'b0000_0011; //读指令
parameter NUM_DATA = 16'd100 ; //读出数据个数
parameter SECTOR_ADDR = 8'b0000_0000, //扇区地址PAGE_ADDR = 8'b0000_0100, //页地址BYTE_ADDR = 8'b0010_0101; //字节地址
parameter CNT_WAIT_MAX= 16'd6_00_00 ;//wire define
wire [7:0] fifo_data_num ; //fifo内数据个数
//reg define
reg [4:0] cnt_clk ; //系统时钟计数器
reg [2:0] state ; //状态机状态
reg [15:0] cnt_byte ; //字节计数器
reg [1:0] cnt_sck ; //串行时钟计数器
reg [2:0] cnt_bit ; //比特计数器
reg miso_flag ; //miso提取标志信号
reg [7:0] data ; //拼接数据
reg po_flag_reg ; //输出数据标志信号
reg po_flag ; //输出数据
reg [7:0] po_data ; //输出数据
reg fifo_read_valid ; //fifo读有效信号
reg [15:0] cnt_wait ; //等待计数器
reg fifo_read_en ; //fifo读使能
reg [7:0] read_data_num ; //读出fifo数据个数//********************************************************************//
//***************************** Main Code ****************************//
//********************************************************************//
//cnt_clk:系统时钟计数器,用以记录单个字节
always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)if(sys_rst_n == 1'b0)cnt_clk <= 5'd0;else if(state == READ)cnt_clk <= cnt_clk + 1'b1;//cnt_byte:记录输出字节个数和等待时间
always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)if(sys_rst_n == 1'b0)cnt_byte <= 16'd0;else if((cnt_clk == 5'd31) && (cnt_byte == NUM_DATA + 16'd3))cnt_byte <= 16'd0;else if(cnt_clk == 5'd31)cnt_byte <= cnt_byte + 1'b1;//cnt_sck:串行时钟计数器,用以生成串行时钟
always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)if(sys_rst_n == 1'b0)cnt_sck <= 2'd0;else if(state == READ)cnt_sck <= cnt_sck + 1'b1;//cs_n:片选信号
always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)if(sys_rst_n == 1'b0)cs_n <= 1'b1;else if(key == 1'b1)cs_n <= 1'b0;else if((cnt_byte == NUM_DATA + 16'd3) && (cnt_clk == 5'd31) && (state == READ))cs_n <= 1'b1;//sck:输出串行时钟
always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)if(sys_rst_n == 1'b0)sck <= 1'b0;else if(cnt_sck == 2'd0)sck <= 1'b0;else if(cnt_sck == 2'd2)sck <= 1'b1;//cnt_bit:高低位对调,控制mosi输出
always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)if(sys_rst_n == 1'b0)cnt_bit <= 3'd0;else if(cnt_sck == 2'd2)cnt_bit <= cnt_bit + 1'b1;//state:两段式状态机第一段,状态跳转
always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)if(sys_rst_n == 1'b0)state <= IDLE;elsecase(state)IDLE: if(key == 1'b1)state <= READ;READ: if((cnt_byte == NUM_DATA + 16'd3) && (cnt_clk == 5'd31))state <= SEND;SEND: if((read_data_num == NUM_DATA)&& ((cnt_wait == (CNT_WAIT_MAX - 1'b1))))state <= IDLE;default: state <= IDLE;endcase//mosi:两段式状态机第二段,逻辑输出
always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)if(sys_rst_n == 1'b0)mosi <= 1'b0;else if((state == READ) && (cnt_byte>= 16'd4))mosi <= 1'b0;else if((state == READ) && (cnt_byte == 16'd0) && (cnt_sck == 2'd0))mosi <= READ_INST[7 - cnt_bit]; //读指令else if((state == READ) && (cnt_byte == 16'd1) && (cnt_sck == 2'd0))mosi <= SECTOR_ADDR[7 - cnt_bit]; //扇区地址else if((state == READ) && (cnt_byte == 16'd2) && (cnt_sck == 2'd0))mosi <= PAGE_ADDR[7 - cnt_bit]; //页地址else if((state == READ) && (cnt_byte == 16'd3) && (cnt_sck == 2'd0))mosi <= BYTE_ADDR[7 - cnt_bit]; //字节地址//miso_flag:miso提取标志信号
always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)if(sys_rst_n == 1'b0)miso_flag <= 1'b0;else if((cnt_byte >= 16'd4) && (cnt_sck == 2'd1))miso_flag <= 1'b1;elsemiso_flag <= 1'b0;//data:拼接数据
always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)if(sys_rst_n == 1'b0)data <= 8'd0;else if(miso_flag == 1'b1)data <= {data[6:0],miso};//po_flag_reg:输出数据标志信号
always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)if(sys_rst_n == 1'b0)po_flag_reg <= 1'b0;else if((cnt_bit == 3'd7) && (miso_flag == 1'b1))po_flag_reg <= 1'b1;elsepo_flag_reg <= 1'b0;//po_flag:输出数据标志信号
always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)if(sys_rst_n == 1'b0)po_flag <= 1'b0;elsepo_flag <= po_flag_reg;//po_data:输出数据
always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)if(sys_rst_n == 1'b0)po_data <= 8'd0;else if(po_flag_reg == 1'b1)po_data <= data;elsepo_data <= po_data;//fifo_read_valid:fifo读有效信号
always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)if(sys_rst_n == 1'b0)fifo_read_valid <= 1'b0;else if((read_data_num == NUM_DATA)&& ((cnt_wait == (CNT_WAIT_MAX - 1'b1))))fifo_read_valid <= 1'b0;else if(fifo_data_num == NUM_DATA)fifo_read_valid <= 1'b1;//cnt_wait:两数据读取时间间隔
always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)if(sys_rst_n == 1'b0)cnt_wait <= 16'd0;else if(fifo_read_valid == 1'b0)cnt_wait <= 16'd0;else if(cnt_wait == (CNT_WAIT_MAX - 1'b1))cnt_wait <= 16'd0;else if(fifo_read_valid == 1'b1)cnt_wait <= cnt_wait + 1'b1;//fifo_read_en:fifo读使能信号
always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)if(sys_rst_n == 1'b0)fifo_read_en <= 1'b0;else if((cnt_wait == (CNT_WAIT_MAX - 1'b1))&& (read_data_num < NUM_DATA))fifo_read_en <= 1'b1;elsefifo_read_en <= 1'b0;//read_data_num:自fifo中读出数据个数计数
always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)if(sys_rst_n == 1'b0)read_data_num <= 8'd0;else if(fifo_read_valid == 1'b0)read_data_num <= 8'd0;else if(fifo_read_en == 1'b1)read_data_num <= read_data_num + 1'b1;//tx_flag
always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)if(sys_rst_n == 1'b0)tx_flag <= 1'b0;elsetx_flag <= fifo_read_en;//********************************************************************//
//*************************** Instantiation **************************//
//********************************************************************//
//-------------fifo_data_inst--------------
fifo_data fifo_data_inst(.clock (sys_clk ), //时钟信号.data (po_data ), //写数据,8bit.wrreq (po_flag ), //写请求.rdreq (fifo_read_en ), //读请求.q (tx_data ), //数据读出,8bit.usedw (fifo_data_num) //fifo内数据个数
);endmodule
verilog测试代码
module tb_spi_flash_read();//wire define
wire cs_n;
wire sck ;
wire mosi;
wire miso;
wire tx ;//reg define
reg clk ;
reg rst_n ;
reg key ;//时钟、复位信号、模拟按键信号
initialbeginclk = 0;rst_n <= 0;key <= 0;#100rst_n <= 1;#1000key <= 1;#20key <= 0;endalways #10 clk <= ~clk;defparam memory.mem_access.initfile = "initM25P16_test.txt";
defparam spi_flash_read_inst.flash_read_ctrl_inst.CNT_WAIT_MAX = 1000;
defparam spi_flash_read_inst.uart_tx_inst.CLK_FREQ = 100000;//------------- spi_flash_read -------------
spi_flash_read spi_flash_read_inst(.sys_clk (clk ), //input sys_clk.sys_rst_n (rst_n ), //input sys_rst.pi_key (key ), //input key.miso (miso ),.sck (sck ), //output sck.cs_n (cs_n ), //output cs_n.mosi (mosi ), //output mosi.tx (tx ));//------------- memory -------------
m25p16 memory (.c (sck ), .data_in (mosi ), .s (cs_n ), .w (1'b1 ), .hold (1'b1 ), .data_out (miso )
);endmodule
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