支持 Nor Flash 读写的 SPI 主控制器设计、仿真和 FPGA 验证（含 XIP 模式）

5.1.1 寄存器访问具体流程（以向地址 24'h123456 写入 8'hA0 为例）

1. 向寄存器地址 8'h20 写入 32'h02（即把命令 8'h02 写入 tx_buf）；
2. 向寄存器地址 8'h0 写入 32'h1（即 abort=0, last_byte=0, op_mode=0, rx_trig=0, tx_trig=1）；
3. 循环读寄存器地址 8'h10，直到读数据的 bit0 为 1（即 tx_buf_empty=1）；
4. 向寄存器地址 8'h20 写入 32'h12（即把地址的高 8bit 写入 tx_buf）；
5. 向寄存器地址 8'h0 写入 32'h1；
6. 循环读寄存器地址 8'h10，直到读数据的 bit0 为 1；
7. 向寄存器地址 8'h20 写入 32'h34（即把地址的中间 8bit 写入 tx_buf）；
8. 向寄存器地址 8'h0 写入 32'h1；
9. 循环读寄存器地址 8'h10，直到读数据的 bit0 为 1；
10. 向寄存器地址 8'h20 写入 32'h56（即把地址的低 8bit 写入 tx_buf）；
11. 向寄存器地址 8'h0 写入 32'h1；
12. 循环读寄存器地址 8'h10，直到读数据的 bit0 为 1；
13. 向寄存器地址 8'h20 写入 32'hA0（即把要写入 Flash 的数据写入 tx_buf）；
14. 向寄存器地址 8'h0 写入 32'h11（即 abort=0, last_byte=1, op_mode=0, rx_trig=0, tx_trig=1）；
15. 循环读寄存器地址 8'h10，直到读数据的 bit0 为 1。

5.1.2 仿真波形

5.2 APB 读 Flash 状态寄存器

在 5.1 节中介绍了 Page Program 指令写 Flash 的流程，但是 Page Program 指令本身只是负责把要写入 Flash 的数据发送给 Flash 端，而数据真正写入 Flash 存储单元还需要一段时间，这个时间一般是需要若干毫秒。主控端可以通过定时的方式，固定延时多少毫秒后再发起下一次对 Flash 的读写访问；也可以通过循环读 Flash 中的状态寄存器，根据状态寄存器的值判断上一次的写操作或者擦除操作是否完成。本文设计的 SPI 控制器没有定时的功能，因此只能通过软件定时或者读 Flash 状态寄存器的方式判断当前 Flash 是否处于 busy 状态。

W25Q128 的 BUSY 位在状态寄存器 1 的 bit0，读状态寄存器 1 的 sequence 如下图所示：

5.2.1 寄存器访问具体流程（以循环读 W25Q128 状态寄存器 1，且直到 BUSY 等于 0 为例）

1. 向寄存器地址 8'h20 写入 32'h05（即把命令 8'h05 写入 tx_buf）；
2. 向寄存器地址 8'h0 写入 32'h2（即 abort=0, last_byte=0, op_mode=0, rx_trig=1, tx_trig=0）；
3. 循环读寄存器地址 8'h10，直到读数据的 bit 1 为 1（即 rx_buf_full=1）；
4. APB 读寄存器地址 8'h24，APB read data 即为状态寄存器 1 的值；
5. 判断状态寄存器 1 的 bit 0（BUSY）是否为 0，若为 0 则表示 flash 处于 idle 状态，向寄存器地址 8'h0 写入 32'h21/32'h22（即 abort 置 1，rx_trig 或 tx_trig 置 1，op_mode 和 last_byte 可以为任意值），将 cs_n 直接拉高，结束当前的 SPI 传输；否则返回步骤 (2)。

5.2.2 仿真波形

六、AHB 接口读 W25Q128 Flash（即 XIP 模式）

AHB 读数据位宽为 32bit，一次 AHB 读命令固定从 Flash 中读 4byte 数据，因此建议通过 AHB path 读 Flash 时，一次读 32bit 数据，从而提高读取速率。（AHB 的 narrow transfer 也是支持的，支持 AHB 一次读 1byte、2byte、4byte 数据，只是 AHB 读操作转换成 SPI 读 Flash 操作时，都是 4 字节对齐的读 Flahs 操作） 另外，该 SPI 主控支持 AHB 读取一个地址后，在没有收到下一个 AHB 读命令的情况下，自动从 Flash 中读取下一个地址的 32bit 数据，节省 SPI 读 Flash 时的命令、地址和 dummy 的开销，从而提高 AHB 连续读 Flash 的带宽。

1. AHB 地址非连续读 Flash 波形如下，第一个读地址为 24'h123450，第二个读地址为 24'h123458。

2. AHB 地址连续读 Flash 波形如下，第一个读地址为 24'h123450，第二个读地址为 24'h123454。

七、CRC32 功能使用方法

1. 向寄存器地址 8'h28 写入 32'h3，使能 CRC32 计算的功能，并初始化 CRC32。
2. 通过 AHB 接口从 Flash 中读数据，所有 AHB 接口读取的数据都会参与 CRC32 的计算；
3. 读取寄存器地址 8'h2C，获取 CRC32 的计算结果。

八、SOC 系统集成验证

将该 SPI 主控和 ARM Cortex-M3 核集成在一起，并编写 C 代码对 Flash 进行读写测试。从 Flash 中读数据的测试结果如下。（已提前将 Flash 中的数据初始化为 0～256，即 Flash 地址 0～255 的值依次为 0～255，地址 256～511 的值同样依次为 0~255，其他地址的值以此类推） 测试的 C 代码：

串口打印结果：