FPGA与ADC的SPI配置实战篇（2）——AD9639三线SPI配置

本篇咱们继续以ADI公司的多通道高速ADC—AD9639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AD9639的功能框图，不难发现其SPI接口既可以实现三线模式也可以实现四线模式，本篇将以上篇的4线模式为背景，演示3线模式。

既然是实例操作，就必须与硬件相结合。如下图所示为本人以前设计的一款8通道、150MHz采样频率的数据采集卡：8路模拟信号通过SMA连接头接入、系统时钟采用TI的LMK03系列的时钟控制芯片来产生任意频率的时钟供给FPGA和ADC。配置的工程将采用ISE14.7来建立，配置的代码为verilog。

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。

根据AD9639的手册说明，当配置WrtieReg1后，该寄存器地址读到的数据应该为8’h18；当配置WrtieReg2后，该寄存器地址读到的数据也应该为8’h01；同样读芯片的ID号，结果应该与手册给的8’h29一致。这里大家如果不太清楚，可以查阅芯片手册的配置地址和数据部分章节，里面已经详细说明。

接下里咱们就说下如何用代码具体实现读写过程，首先咱们先介绍FPGA如何向ADC写入配置数据，请看如下代码：

该代码目的是实现一个24bit的寄存器地址+数据的写入，但是咱们要写3个寄存器的数据，而有的ADC可能需要写入更多的配置数据，总不能将代码复制很多遍吧，那样效率太低了，这里咱们就用了一个循环，里面的n值就代表写入的个数，另外注意此时三态控制信号为1，表示FPGA的SDIO此时为输出口，具体如何循环请看如下代码：

该段代码就实现了循环写的功能，因此整个ADC的配置过程只需要4个状态，即可完成全部的配置，是不是很方便呢？读者可以看到，三线SPI的写逻辑和四线SPI的写逻辑其实是一样的~

接下来咱们将写入ADC的数据再读出来看看是否配置正确吧，请看如下代码：

上面的代码就实现了1次寄存器的写地址操作，咱们需要读3个寄存器的值甚至更多的时候，不可能一次次的复制写寄存器操作，所以这里也用循环的操作，使代码尽可能简洁，下图代码的功能就是最重要的取数据操作了，上图写完地址后，FPGA的三态控制需要改变为输入，接受来自ADC的寄存器数据：

循环m次后，将得到m个寄存器的值，这个例程里是3个值，将这3个值与预期值比较，如果相同，则配置成功，如果不同，则说明哪地方出问题了，需要仔细检查~如下图所示：

这样3线SPI的配置过程就完成了，总共用了15个有效状态。用上面介绍的代码在ise14.7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’h18、8’h29、8’h01，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’h01：

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也为8’h01，OK！这里没有加入sdin的原因是由于chipscope根本找不到该信号，被优化了，sdin和sdout其实都是SDIO信号，所以ise在综合过程中只保留了sdout，但是咱们还是可以从下图中看到RdData3的变化情况。

AD9639的3线SPI实际操作就这样完成了，本篇文字性的说明比较少，主要是以代码的形式给出，每条代码都给出了我的详细注解，大家很容易理解的~

下一篇本人将以ADI的另一款多通道高速ADC芯片-AD9249介绍其配置方式，该芯片只有3线SPI配置模式，该实现咱们将用kintex7 FPGA以及vivado来实现，代码上和ISE实现稍微有些区别，会更简单一些~
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文章来源：XiaoQingCaiGeGe的博客
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