前言
最近在收拾抽屉时找到一个某宝的spi flash模块，如下图所示，我就想用能不能串口来读写flash，大致过程就是，串口向fpga发送一条指令，fpga解析出指令控制flah，这个指令协议目前就是：
55 + AA + CMD + LEN_h + LEN_m + LEN_l + DATA
CMD：01 写；02 读；03 擦除（片擦除）；
LEN_h/m/l：三个字节表示读写长度，高字节在前低字节灾后；
DATA：如果是写flah，DATA则为需要写入的数据，其它两种状态可以不填；
1. 串口指令解析
软件使用序列式状态机完成串口指令解析，最后解析出三个使能信号，以及相应的数据、长度、地址。
always@(posedge clk,negedge rst_n)
if(!rst_n)
state<=S0;
else begin
case(state)
S0:
if(uart_vld)begin
if(uart_dat == 8'h55)
state<=S1;
else
state<=S0;
end else
state<=S0;
S1:
if(uart_vld)begin
if(uart_dat == 8'hAA)
state<=S2;
else
state<=S0;
end else
state<=S1;
S2:
if(uart_vld)
state<=S3;
else
state<=S2;
S3://命令字
if(uart_vld)
state<=S4;
else
state<=S3;
S4://长度h
if(uart_vld)
state<=S5;
else
state<=S4;
S5://长度m
if(uart_vld)
state<=S6;
else
state<=S5;
S6://长度l
if(uart_vld)
state<=S7;
else
state<=S6;
S7:
state<=S7;
default:state<=S0;
endcase
end
2. flash 控制
对于flash三个功能（读、写、擦书）分别设计了三个模块，每个模块完成对应功能以及输出flash的cs、sclk、sdi等信号，但是flash接口只有一组控制信号，因此需要对三个模块输出的flash控制信号进行选择输出，如下所示。
always@(posedge clk,negedge rst_n)
if(!rst_n)begin
o_spi_cen <=1'b1;
o_spi_sclk <=1'b0;
o_spi_sdi <=1'b0;
end else begin
case(work_state)
3'b001:begin//xie
o_spi_cen <= wr_flash_csn ;
o_spi_sclk <= wr_flash_sclk ;
o_spi_sdi <= wr_flash_sdi ;
end
3'b010:begin//du
o_spi_cen <= rd_flash_csn ;
o_spi_sclk <= rd_flash_sclk ;
o_spi_sdi <= rd_flash_sdi ;
end
3'b100:begin//cachu
o_spi_cen <= er_flash_csn ;
o_spi_sclk <= er_flash_sclk ;
o_spi_sdi <= er_flash_sdi ;
end
default:begin
o_spi_cen <=1'b1;
o_spi_sclk <=1'b0;
o_spi_sdi <=1'b0;
end
endcase
end
assign work_state ={spi_flash_erctl,spi_flash_rdctl,spi_flash_wrctl};
2.1 flash写控制
软件对flash写控制的基本方法是收到一个串口数据就写进flash，并不是先缓存256个字节然后直接进行页编程，这样搞控制逻辑比较复杂。方法确定后就是软件实现，上级输出了vld和data（vld和data上上沿对齐，vld只有一个时钟宽度），使用vld作为触发条件，完成数据写入。
同样软件使用序列式状态机器进行流程控制。然后先写使能，然后正常写指令（02）、地址数据。
always@(posedge clk,negedge rst_n)
if(!rst_n)
state<=S0;
else if(clken)begin
case(state)
S0:
if(spi_flash_ctlr[2] && vld_zk)
state<=S1;
else
state<=S0;
S1://xieshineng function code 06
if(&cnt && cnt_bit=='d7)
state<=S2;
else
state<=S1;
S2://delay
if(&cnt && cnt_bit==WIDTH-1)
state<=S3;
else
state<=S2;
S3://xie gongneng ma 02
if(&cnt && cnt_bit=='d7)
state<=S4;
else
state<=S3;
S4://xie dizhi
if(&cnt && cnt_bit=='d23)
state<=S5;
else
state<=S4;
S5://xie shuju
if(&cnt && cnt_bit=='d7)
state<=S6;
else
state<=S5;
S6:
if(&cnt)
state<=S7;
else
state<=S6;
S7:
if(cnt_byte == wr_len)
state<=S8;
else
state<=S0;
S8:
state<=S8;
default:state<=S0;
endcase
end
2.2 flash擦除
直接在写控制上面改，前面有个写使能，下图是擦除指令（C7/60）
always@(posedge clk,negedge rst_n)
if(!rst_n)
state<=S0;
else if(clken)begin
case(state)
S0:
if(spi_flash_ctlr[2:1]==2'b01)
state<=S1;
else
state<=S0;
S1://xieshineng function code 06
if(&cnt && cnt_bit=='d7)
state<=S2;
else
state<=S1;
S2://delay
if(&cnt && cnt_bit==WIDTH-1)
state<=S3;
else
state<=S2;
S3://
if(&cnt && cnt_bit=='d7)
state<=S6;
else
state<=S3;
S6:
if(&cnt)
state<=S7;
else
state<=S6;
S7:
state<=S8;
S8:
state<=S8;
default:state<=S0;
endcase
end
2.3 flash读控制
从falsh读数据比较简单，接口时序如下图，软件实现同样还是序列式状态机，根据传入的长度决定读取的字节数。
因为数据从flash读出后需要通过串口发送，因此为了减少工作量，从flash读出一个数据，串口就发送一个数据，因此为了避免flash两个数据都读出来了串口一个都没发完，需要控制flash读数间隔，使得这个间隔大于串口发完一个字节的时间，举个栗子，假设现在串口波特率为115200，那么发完一个字节的时间约为86.8us（10位），那么flash读数间隔要大于86.9us。
always@(posedge clk,negedge rst_n)
if(!rst_n)
state<=S0;
else if(clken)begin
case(state)
S0:
if(spi_flash_ctlr[2:1]==2'b01)
state<=S1;
else
state<=S0;
S1:
state<=S2;
S2://cs xian ladi
if(&cnt)
state<=S3;
else
state<=S2;
S3://xie gongneng ma 02
if(&cnt && cnt_bit=='d7)
state<=S4;
else
state<=S3;
S4://xie dizhi
if(&cnt && cnt_bit=='d23)
state<=S5;
else
state<=S4;
S5://xie shuju
if(&cnt && cnt_bit=='d7)
state<=S6;
else
state<=S5;
S6:
if(&cnt)
state<=S7;
else
state<=S6;
S7:
if(cnt_byte == rd_len)
state<=S8;
else
state<=S9;
S9:
if(dly_end)
state<=S1;
else
state<=S9;
S8:
state<=S8;
default:state<=S0;
endcase
end
3. 实物测试
开始我设置的波特率为921600，擦除和写没问题，至少在时序上是很完美的，但是回读出来的数据如下图前十个字节一样，本来写入是01~0a，现在读出的数据中第2、3、5、7、9都是FF，后来我把波特率降到9600，然后就好了，下图最后10个字节。中间10个ff是擦除完后读出来数据。
软件工程链接：
软件工程、源码、仿真、数据手册、fllash仿真模型
最后来张全家福
