【ACX720】使用SPI实现MCU与FPGA之间的数据交互

手撕原子弹

使用SPI实现MCU与FPGA之间的数据交互

简介

本案例基于ACX720开发板和STM32F103最小系统板，两块板子之间使用SPI协议进行通信，其中STM32作为主机，FPGA作为从机，STM32通过SPI接口对FPGA发送指令，并实现数据交换功能，兼具FPGA强大与MCU的灵活。



性能

MCU与FPGA之间使用SPI协议，SCK时钟频率最大可设置为36M，数据传输可达4MB每秒，已经足够在一些对速度要求没那么高的场景使用了。

备注：这里的传输速度主要受限于STM32F103的性能，换用其它性能更好的MCU可以提高数据传输速度。

结构框图



在上图中展示了整个系统的结构，由STM32作为主控制器，FPGA作为它的一个外设，可通过SPI接口控制和交换数据。在本例中，STM32可以通过SPI接口连续读写FPGA内部DPRAM的任意地址，也可以通过SPI接口访问FPGA内部的串口功能相关的寄存器，将DPRAM中的任意数据通过FPGA的串口连续发送出去。

用户可以通过修改上图中的“uart_peripheral”来实现其它功能，例如ADC数据采集、摄像头数据采集、可调DDS波形输出、以太网口数据简单收发等，也可以将多种外设搭配使用，实现更复杂的功能。受限于SPI的传输带宽，一些需要MCU参与但对速度要求较高的功能是无法实现的，而且STM32F103不支持跑Linux系统，如果需要高速传输数据或者要求跑Linux系统，还是建议使用内部带硬核的SOC芯片，例如Xilinx的Zynq系列。https://item.taobao.com/item.htm?id=658673771255

功能框图



由上图可知，在该工程中，FPGA可以直接读写内部RAM和寄存器，而STM32可以通过SPI接口间接读写FPGA内部的RAM和寄存器，从而间接控制FPGA的UART外设。

用户可使用其它模块替换掉UART外设，以实现其它外设功能。

功能演示

首先STM32通过SPI接口读取FPGA内部RAM中的初始数据0~255（地址段为0x0000~0x00FF），为了方便展示将获取到的数据通过STM32自带的串口外设打印出来。这里实现了FPGA对内部RAM的写功能与STM32对FPGA内部RAM的读功能。



然后STM32会将一段连续数据0~254通过SPI接口写入FPGA的RAM（地址段为0x0F00~0x0FFE），再通过SPI接口从RAM里把这段数据读取回来，同样使用STM32自带的串口外设把这段数据打印出来。这里实现了STM32对FPGA内部RAM的读写功能。



最后STM32使用SPI接口控制FPGA内的UART寄存器，开启发送功能，从RAM（地址段为0x0F00~0x0FFE）中连续取出255个数据并使用UART外设发送出来。这里实现了STM32对FPGA内部寄存器的读写功能，以及FPGA对内部寄存器的读写功能。



附件

具体的说明文档和工程源码在这里，供大家下载学习

使用SPI实现MCU与FPGA之间的数据交互.pdf (1.51 MB, 下载次数: 265)

2023-4-18 11:01 上传

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acx720_spi_control.rar (14.9 MB, 下载次数: 295)

2023-4-18 11:06 上传

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