3.4.2 FPGA 和 ARM 通信设计

FPGA 和 ARM 芯片之间的通信连接如图 3.20 所示， FPGA 和 ARM 之间采

用 SPI 接口传输采集数据， SPI 中文名为串行外设接口，是一种同步串行通信接

口规范。

SPI 接口一共由四条数据线组成，分别为 NSS 、

SCK 、 MISO 和 MOSI [66] 。

SPI 为全双工通信，即发送和接收数据可以同时进行。使用 SPI 传输数据的设备

分为主设备和从设备，主设备制从设备的选通和数据的传输。其中 NSS 为从机

选择信号线，由主机向从机发送信号，通常低电平有效。 SPI 协议允许一主多从

连接，当从机 NSS 端接收到低电平信号，说明从设备被选中。 SCK 为时钟信号

线，由主设备向从设备发送，为数据传输提供时钟基准。 MISO 为数据发送接收

信号线，对于主设备为信号接收端，对于从设备为信号发送端。 MOSI 同样也为

数据发送接收信号线，不过对于主设备为信号发送端，对于从设备为信号接收端。

3.4.3 ARM 硬件系统设计

主控选用的 STM32F103ZET6 芯片是意法半导体（

ST ）公司推出的一款低

功耗控制芯片，采用 ARM 公司的 Cortex-M3 处理器核。 ARM 既不生产也不销

售 基 于 自 己 设 计 的 CPU 设 备 ， 而 是 将 处 理 器 内 核 授 权 给 相 关 方 。

STM32F103ZET6 是意法半导体公司获得 ARM 授权的 Cortex-M3 内核设计的一

款芯片。 Cortex-M3 内核具有嵌套向量中断控制器 NVIC ，能够处理多达 60 个可

屏蔽中断通道和 16 个优先级。 Cortex-M3 采用 Thumb-1 和 Thumb-2 指令集，许

多数据操作能用更简短的代码实现，像乘法等相关指令许多指令可以单周期实

现。 STM32F103ZET6 最高运行频率可达 72MHz [67] ，拥有 512k 字节闪存存储器

和 64k 字节的 SRAM 。拥有丰富的外设，提供 3 个 12 位 ADC 、 4 个通用 16 位

位定时器和两个 PWM 定时器，以及标准和高级通信接口： 2 个 I 2 C 接口、 3 个

SPI 接口、 2 个 I 2 S 接口、 1 个 SDIO 接口、 5 个 USART 接口、 1 个 USB 接口和

1 个 CAN 接口 [68] 。芯片供电电源采用 3.3V 低电压，可以减少电量消耗，适合设

计低功耗应用。

4 软件系统设计

在搭建好的硬件系统之上，还需要对控制芯片的软件进行设计，其中包括

FPGA 数字系统的设计和 ARM 芯片的软件系统设计。

4.1 FPGA 系统设计