07 FPGA FSPI 通信案例

1 案例简介

本案例旨在ARM 端运行 Linux 系统，基通过 FSPI 总线对 FPGA DRAM 进行读写测试。

2 ARM端和FPGA端通信流程

ARM端实现SPI Master功能

打开SPI设备节点：打开/dev/spidev4.0设备节点。

配置FSPI总线：使用ioctl命令配置FSPI总线的极性、相位、通信速率和数据长度等参数。

选择传输模式：可以选择单线模式、双线模式或四线模式。当设置为四线模式时，数据的发送和接收都将采用四线模式。本案例仅支持四线模式。

数据传输：将数据发送至FSPI总线，并从FSPI总线读取数据。

校验数据：校验传输的数据，然后打印出读写速率和误码率。

FPGA端实现SPI Slave功能

数据存储：FPGA将SPI Master发送的数据保存至DRAM。

数据读取：当SPI Master发起读数据请求时，FPGA从DRAM读取数据，并通过FSPI总线传输至SPI Master。

3 操作流程

打开终端，将本案例 bin 目录下（05-开发资料\软件开发资料\linux_demo\smdt_fpga_fspi_demo\bin）的可执行程序 smdt_spi_rw 拷贝至开发板文件系统 （源码可以在 src 路径下查看）。

#修改 Linux 内核日志的显示级别，内核的日志级别被设置为只显示紧急或更高级别的消息
echo 1 4 1 7 > /proc/sys/kernel/printk

在终端执行如下指令，切换到 smdt_fpga_fspi_demo 可执行程序所在目录

#切换到 smdt_fpga_fspi_demo 可执行程序所在目录
cd ‘可执行文件所在目录’

#查看 smdt_spi_rw 是否在该目录下
ls

若可执行文件 smdt_spi_rw 在当前目录下，则修改可执行文件的权限

#修改文件权限
chmod 777 smdt_spi_rw 

#查询是否修改成功
ls -ld smdt_spi_rw

查询确认文件修改权限成功后，执行 ./smdt_spi_rw -h 可以查看该程序的帮助信息

#查看帮助信息
./smdt_spi_rw  -h

执行结果如下图：

FPGA_FSPI_1

功能测试

输入以下指令。在ARM端，通过配置为四线模式的FSPI总线，将2048字节的随机数据写入FPGA的DRAM中，随后读取这些数据进行校验，并打印出FSPI总线的读写速度以及计算出的误码率，执行结果如下图所示。

./smdt_spi_rw -d /dev/spidev4.0 -s 150000000 -OH -m 3 -S 2048 -c 1

# 参数说明如下：

# `-d`：用于指定设备节点。

# `-s`：用于设置通信时钟的频率，单位是赫兹（Hz）。

# `-O`：表示时钟极性反转，即CPOL（Clock Polarity）设置为1。

# `-H`：表示在时钟周期开始时的第二个边沿采集数据，即CPHA（Clock Phase）设置为1。

# `-m`：选择传输模式，其中1代表单线模式，2代表双线模式，3代表四线模式。

# `-S`：设置传输数据的大小，单位是字节（Byte）。

# `-c`：设置循环传输数据包的次数。
FPGA_FSPI_2

从上图可知，本次实测写速率为 5.81 MB/s，读速率为 10.5 MB/s，误码率为 0.00%。

性能测试

进行性能测试时，需要将FSPI总线的通信时钟频率设置至150MHz。在此设置下，ARM将通过FSPI总线向FPGA的DRAM写入1MB的随机数据，随后读取这些数据，并重复此过程100次。测试过程中不进行数据校验，最终将输出FSPI总线的读写速度和错误率。执行结果如下图。本案例设计一次读写 2048Byte 随机数据至 FPGA DRAM，因此误码率较高。

./smdt_spi_rw -d /dev/spidev4.0 -s 150000000 -OH -m 3 -S 1048576 -c 100
FPGA_FSPI_3