FPGA与ADC的SPI配置实战篇3_AD9249三线SPI配置

本篇咱们继续以ADI公司的多通道高速ADC—AD9249为实例，向大家演示FPGA是如何通过SPI协议向该ADC读写寄存器配置数据的。如下图所示为AD9249的功能框图，其为16通道、65MSPS、14bit精度的多通道高速ADC，且其SPI接口只为三线模式：

该ADC的SPI配置完全可以用上篇介绍的AD9639的配置方式完成。但本篇实现的方式由于采用的是kintex7系列的FPGA，且操作软件为vivado，因此在代码实现上简化了很多，更容易理解。如下图所示为本人以前设计过的80通道的数据采集系统，采用5片AD9249+kintex7 FPGA+网络+光纤传输的方式，本篇的SPI读写将以其中的一片ADC芯片为例，代码为verilog，vivado版本为2017.4。

该款ADC和ADI公司其他ADC的SPI配置方式相同，其数据传输的结构如下图所示：

每次事件传输24bit数据，MSB为读/写控制位，接下来2bit为一次传输数据的大小，一般写0即可，A12-A0为地址位，D7-D0为数据位。

当FPGA向ADC读写配置数据时，就需要完成上图的时序功能，每配置一个寄存器，就执行上图的逻辑功能一次，如果是配置多个寄存器，则反复执行上述逻辑即可。

本次的3线配置逻辑的顶层逻辑接口如下图所示：

这里需要注意的是，配置接口中多了一个Tri_en信号，该信号即为三态口控制信号，三态口的定义如下图所示：

本例程同样实现了3个寄存器的写和读，如下图所示：

当然，配置个数可以任意改动，只要改变Wr_n这个写参数和Rd_n读参数个数即可。RdData1~3为存储读到的3个寄存器的值，方便chipscope观察。

具体的三线SPI读写过程，咱们在上一篇的AD9639已经说过了，本篇再次介绍ADI的AD9249配置，代码实现上的主要区别在于哪呢？就是在循环读写上！

如下如所示，左边为ise14.7实现的方式，右边为vivado实现的方式，可以看到，同样写入3个寄存器数据，显然vivado实现起来更加方便，便于扩展，改变n值即可。本人一直不明白为何右边的这种数组循环写法为何不能在ise14.7上运行，按理说verilog2001标准，ise和vivado都支持才对，如果有读者知道原因，请告诉我一声~

 

同样的，在读寄存器数据阶段，循环代码也可以简化：

最后，在移位取数阶段，同样可以简化：

 

 

这样3线SPI的配置过程完成后。用上面介绍的代码在vivado2017.4上运行，并下载到电路板上，咱们观察chipscope吧！

如下图所示为分别读写3个寄存器的时序图，可以看到最终咱们读到的寄存器值分别为8’h92、8’h04、8’h42，与预期值完全一致，配置成功！

咱们再看看逻辑实现的写过程的具体时序图吧，下图所示为写WrtieReg2的实际时序，写入的数据为8’h04：

          咱们再看读该寄存器（RdData3）的时序图，如下图所示：可以看到读到的数据为8’h42，和WrtieReg3写入的数据一致，OK！在vivado中，这里可以加入sdin，正如上篇所说，sdin和sdout其实都是SDIO信号，从时序图可以看出来。

AD9249的3线SPI实际操作就这样完成了，本篇的说明比较少，主要是想告诉大家，前两篇ise实现的AD9639配置的代码，在vivado下其实可以更加简化，使用起来更加方便。

 

至于为什么同一段代码在vivado下可行，ise却不行，本人估计vivado支持的verilog标准更高一些吧，能够支持二维数组例化，毕竟对于二维数组操作来说，多年前的verilog是不支持例化的。

从下一篇开始，本人将以德州仪器（TI）的ADC芯片为例，介绍其FPGA的SPI配置方式~