AXI Quad SPI IP核配置详解

AXI Quad SPI IP核（Quad Serial Peripheral Interface）是一个提供串行接口连接SPI从设备的解决方案，它支持Standard（单线路）、Dual（双线路）、Quad（四线路）模式，其中线路数越多，传输速度越快。

要自定义AXI Quad SPI IP核以供您的设计使用，您可以按照以下步骤为与该IP核相关的各种参数指定值：

1 从Vivado IP目录中选择IP

打开Vivado软件，并加载您的项目。在左侧的IP浏览器中，找到并定位到AXI Quad SPI IP核。从IP目录中选择AXI Quad SPI IP核。

2 自定义IP

选中AXI Quad SPI IP核后，可以通过以下方式之一来打开其自定义界面：

直接双击选中的IP核。
在工具栏中找到并点击“Customize IP”命令。
右键点击选中的IP核，从弹出的菜单中选择“Customize IP”命令。

3 配置参数

在打开的自定义界面中，将看到与AXI Quad SPI IP核相关的多个参数和选项。

（1）AXI Interface Options

Enable XIP Mode：在AXI Quad SPI IP核的配置中，启用XIP 模式将同时启用AXI4和AXI4-Lite接口。选择24位或32位寻址模式应该基于下游SPI设备的要求。

XIP (eXecute In Place) 模式：
XIP模式允许在AXI Quad SPI存储器中的程序直接运行，而无需将其复制到其他存储器中。这通常用于存储FPGA的启动代码或配置数据，以便在FPGA上电时直接执行。在XIP模式下，AXI Quad SPI IP核的AXI4接口仅用于读取操作，不支持写入操作，因为该存储器被视为只读存储器。

寻址模式选择：
AXI Quad SPI IP核支持24位和32位寻址模式。选择哪种寻址模式取决于连接到SPI从设备的存储器大小以及您如何配置该存储器。

24位寻址模式：适用于最大4GB（2^24字节）的存储器空间。如果您的SPI从设备使用小于或等于4GB的存储器，并且您不需要32位寻址的全部功能，则可以选择24位寻址模式。
32位寻址模式：适用于最大4TB（2^32字节）的存储器空间。如果您的SPI从设备使用大于4GB的存储器，或者您需要更大的寻址空间，则应该选择32位寻址模式。

请注意，在选择寻址模式时，还需要确保AXI Quad SPI IP核的AXI4和AXI4-Lite接口配置正确，以匹配您选择的寻址模式。例如，在32位寻址模式下，AXI4接口可能需要配置为支持32位数据宽度和地址宽度。

Enable Performance Mode：当“Enable Performance Mode”被选中时，AXI4接口被启用，从而允许使用突发传输（Burst Capability）和其他高级功能。如果不选择此选项，系统将使用AXI4-Lite接口，这可能会限制数据传输的性能。

（2）SPI Options

Mode：选择标准、双线路模式或四线路模式。正确的模式应根据目标SPI从设备和应用程序来选择。
- 标准模式（Standard SPI）：最基本的SPI通信模式，使用单条数据线进行数据传输。
- 双线路模式（Dual SPI）：使用两条数据线同时进行数据传输，提高了数据传输速率。
- 四线路模式（Quad SPI）：使用四条数据线同时进行数据传输，进一步提高了数据传输速率。
Transaction Width：选择8位、16位或32位事务。每个SPI事务都会包含所选位数的数据。在双线路模式和四线路模式下，事务宽度限制为8位。在XIP模式下，无论哪种模式，事务宽度都限制为8位。
Frequency Ratio：选择一个2的幂次方作为除数，范围从2到2048。由此产生的SPI时钟频率是与ext_spi_clk信号相关联的频率除以所选值的商。在双线路模式或四线路模式的传统和增强模式下，除数限制为2。在XIP模式下，无论哪种模式，频率比都限制为2。

No. of Slaves：在非XIP模式下，选择从设备数量，范围从1到32。在XIP模式下，SPI从设备数量限制为1。
Slave Device：在双线路模式或四线路模式下，选择从设备的类别，包括：
- Mixed：选择Winbond、Micron和Spansion存储器规范中共同的命令子集。
- Winbond：选择Winbond特定的存储器命令集。
- Micron：选择Micron特定的存储器命令集。
- Spansion：选择Spansion特定的存储器命令集。
  在非标准的XIP SPI模式下，从设备参数将被忽略。如果在Vivado IDE中选择了双模式或四模式作为SPI模式，则从设备选项将可见。

（3）Remaining Options

• Enable Master Mode：当选中此选项时，启用主SPI模式；未选中时，则启用从SPI模式。这个参数仅适用于标准SPI模式。在双线路模式或四线路模式下，仅支持主SPI模式。

主SPI模式：允许SPI设备主动发起数据传输。

从SPI模式：SPI设备等待外部主设备发起数据传输。

• Enable FIFO：当选中此选项时，设计中将包含发送或接收FIFO；未选中时，则省略FIFO。这个“启用FIFO”参数仅适用于标准SPI模式。在双线路模式或四线路模式下，FIFO总是包含在设计中。

• FIFO Depth：选择包含的FIFO的深度，可选值为0、16或256个节拍。在标准SPI模式下，此参数仅在包含FIFO时可用。在双模式或四模式下，FIFO深度限制为16或256。FIFO宽度固定为8位。

FIFO深度：指的是FIFO可以存储的数据量。更深的FIFO可以存储更多的数据，有助于在高数据速率下减少数据溢出或下溢的可能性。

FIFO宽度：指的是每个存储单元可以存储的数据位数。在这里，每个存储单元可以存储8位数据。

Enable STARTUPEn Primitive：选中此选项时，设计中将包含STARTUP原语；未选中时，则省略该原语。7系列FPGA中提供STARTUPE2原语，而UltraScale™器件中提供STARTUPE3原语。此原语对于与外部SPI从设备共享SPI时钟非常有用。在设备的从模式下，此原语始终被禁用。
Enable Async Clock Mode：仅当AXI Quad SPI IP核处于独立模式，且AXI接口和外部SPI时钟在相位/极性和频率方面不同时，才启用此选项。此选项在IP集成器中被禁用。此参数根据连接到内核的时钟自动传播。如果AXI时钟和ext_spi_clk彼此同步，则此参数设置为0；如果它们是异步的，则设置为1。

IP核处于“独立模式”（standalone mode）时，这通常意味着该IP核不依赖于其他IP核或处理器来运行，而是可以独立地处理数据和执行其功能。在独立模式下，IP核通常具有其自己的时钟、复位逻辑和中断处理机制。

异步时钟模式：允许AXI接口和外部SPI时钟以不同的频率和相位运行，这对于跨不同时钟域的通信至关重要。