一、前言
本节将介绍如何在NIOS II软核中通过SPI接口驱动W25Q128 Flash芯片。W25Q128是华邦公司推出的128Mb（也就是16MB）串行Flash存储器，支持SPI总线通信，常用于存储固件、配置参数等非易失数据。通过本节内容，读者将学会在QSYS中添加SPI控制器、编写底层驱动代码，并实现Flash的读写操作。
距离上一篇NIOS的教程教程11_nios ii软核uart的用法之三fp文件操作fopen与fwrite，时间有点久，赶紧更新下。
二、硬件与开发环境
硬件平台：小梅哥AC601 FPGA开发板（集成EP4CE10F17I7芯片）
外设模块：W25Q128（SPI接口，板载已连接至FPGA）
软件环境：Quartus II 13.0
Nios II Software Build Tools for Eclipse
SPI Flash数据手册（W25Q128 Datasheet）
三、QSYS中添加SPI控制器
3.1 打开QSYS系统：
在Quartus II中打开之前创建的软核工程（如core_led.qsys），点击QSys进入系统配置界面。
3.2 添加SPI核：
在组件库中找到SPI (3-wire, 4-wire)并双击。
配置参数如下，我这里基本没改，保持默认即可：
- Number of slaves: 1
- Data Width: 8 bits
- Clock Phase: 0 (CPHA=0)
- Clock Polarity: 0 (CPOL=0)
- Frequency: 128KHz（根据实际需求调整）
点击Finish完成添加，并将模块重命名为spi_flash。
3.3 连接时钟、复位、数据信号：
将clk_0的时钟信号连接到SPI核的clk接口。
复位信号reset_n连接到全局复位总线。
spi_control_port那里，连接数据线。
3.4 引出SPI接口引脚：
在Export列中，将spi_flash的信号引出，并命名为spi_flash。
3.5 基地址、中断号重新分配
因为在软核中增加了新的外设，因此需要给外设分配基地址和中断向量序列号。方法参照之前的，左上方system菜单下的那两个选项，依次点击即可。
分配之前：
分配之后（红框位置，鼠标左键先点一下再分配中断向量号）：
3.6 保存，更新软核
配置完成，CTRL+S保存当前配置，然后切换到Generation页面，点击下面的Generate按钮，开始更新软核：
更新完成，点击Close，关闭提示框：
四、 更新SPI接口
SPI软核模块添加完成，现在要把模块中的接口更新到组件中，实现信号的连接。
4.1组件接口更新
如图，点击HDL_Example，切换选项卡，然后复制对应的红框的内容，粘贴到niso_led.vhd文件中，进行组件接口的更新。
更新到nios_led.vhd文件中component core_led里，如下：
4.2 模块接口更新
同理，实例化区域中的模块接口也要更新：
4.3 实体接口更新
最后，更新实体entity nios_led中的接口，把SPI接口更新到里面，毕竟它是要和外部芯片通信的。
保存。
五、编译、更新芯片配置
第四步操作完成后，保存、编译，正常情况下是没有报错的。
点击菜单栏中的Pin Planner，按钮：
弹出管脚分配页面，在这里把实际原理图中连接W25Q128的那几个引脚配置好。我这里用的是：
所以配置好以后如图（记得修改管脚电平）：
然后关闭Pin Planner页面，保存工程，再次编译。
编译成功！
六、修改软核程序
打开NIOS II，用新生成的软核创建新的工程，之前说过，不解释。如果当前打开工程较多，创建完成后，可以互相关联一下相关的BSP和工程。然后编译一下，确认创建的工程正常。
6.1 添加spi flash的驱动包
这个驱动程序是我之前在github上下载的，很好用。直接粘贴到软件工程所在的路径下：
NIOS II软件中，右键工程，点击刷新，可以看到该文件夹：
但是这样还不行，系统不知道这个文件夹所在路径，需要手动添加一下。右键工程，选中Properties，如图添加驱动程序所在路径：
弹出的对话框选YES：
然后点OK，关闭Properties页面。
6.2 修改驱动程序
主要是修改w25qxx.c这个文件，修改里面的SPI收发函数，适配整体。增加了片选的宏定义：
#define W25Q_CS_L IOWR_ALTERA_AVALON_SPI_CONTROL(SPI_FLASH_BASE, ALTERA_AVALON_SPI_CONTROL_SSO_MSK)
#define W25Q_CS_H IOWR_ALTERA_AVALON_SPI_CONTROL(SPI_FLASH_BASE, 0)调整里NIOS II里面自带的SPI驱动函数，适配flash的操作：
int user_avalon_spi_command(alt_u32 base, alt_u32 slave,
alt_u32 write_length, const alt_u8 * write_data,
alt_u32 read_length, alt_u8 * read_data,
alt_u32 flags)
{
const alt_u8 * write_end = write_data + write_length;
alt_u8 * read_end = read_data + read_length;
alt_u32 write_zeros = read_length;
alt_u32 read_ignore = write_length;
alt_u32 status;
/* We must not send more than two bytes to the target before it has
* returned any as otherwise it will overflow. */
/* Unfortunately the hardware does not seem to work with credits > 1,
* leave it at 1 for now. */
alt_32 credits = 1;
/* Warning: this function is not currently safe if called in a multi-threaded
* environment, something above must perform locking to make it safe if more
* than one thread intends to use it.
*/
IOWR_ALTERA_AVALON_SPI_SLAVE_SEL(base, 1 << slave);
/* Set the SSO bit (force chipselect) only if the toggle flag is not set */
/*
* Discard any stale data present in the RXDATA register, in case
* previous communication was interrupted and stale data was left
* behind.
*/
IORD_ALTERA_AVALON_SPI_RXDATA(base);
/* Keep clocking until all the data has been processed. */
for ( ; ; )
{
do
{
status = IORD_ALTERA_AVALON_SPI_STATUS(base);
}
while (((status & ALTERA_AVALON_SPI_STATUS_TRDY_MSK) == 0 || credits == 0) &&
(status & ALTERA_AVALON_SPI_STATUS_RRDY_MSK) == 0);
if ((status & ALTERA_AVALON_SPI_STATUS_TRDY_MSK) != 0 && credits > 0)
{
credits--;
if (write_data < write_end)
IOWR_ALTERA_AVALON_SPI_TXDATA(base, *write_data++);
else if (write_zeros > 0)
{
write_zeros--;
IOWR_ALTERA_AVALON_SPI_TXDATA(base, 0);
}
else
credits = -1024;
};
if ((status & ALTERA_AVALON_SPI_STATUS_RRDY_MSK) != 0)
{
alt_u32 rxdata = IORD_ALTERA_AVALON_SPI_RXDATA(base);
if (read_ignore > 0)
read_ignore--;
else
*read_data++ = (alt_u8)rxdata;
credits++;
if (read_ignore == 0 && read_data == read_end)
break;
}
}
/* Wait until the interface has finished transmitting */
do
{
status = IORD_ALTERA_AVALON_SPI_STATUS(base);
}
while ((status & ALTERA_AVALON_SPI_STATUS_TMT_MSK) == 0);
/* Clear SSO (release chipselect) unless the caller is going to
* keep using this chip
*/
return read_length;
}对应的数据发送和接收：
uint8_t W25qxx_Spi(uint8_t Data)
{
uint8_t ret;
user_avalon_spi_command(SPI_FLASH_BASE, 0,
1, &Data,
0, &ret,
0);
return ret;
}
uint8_t W25qxx_Spi_r(uint8_t Data)
{
uint8_t ret;
user_avalon_spi_command(SPI_FLASH_BASE, 0,
0, &Data,
1, &ret,
0);
return ret;
}主要就这些，还有些细节注意下就行了。
七、编写测试程序
测试程序就比较简单了，在主程序中定义两个数组，一个用来存放写入的数据，一个用来存放读出的数据，然后打印出来，看对不对。
注意，写之前要先擦除。
#include <stdio.h>
#include "system.h"
#include "unistd.h"
#include "w25q/w25qxx.h"
alt_u8 w25_buffer[256];
alt_u8 buf_cnt = 0;
alt_u8 re_buffer[256];
int main()
{
W25qxx_Init();
W25qxx_EraseSector(0);
for(buf_cnt = 0 ; buf_cnt < 255 ; buf_cnt++)
{
w25_buffer[buf_cnt] = buf_cnt;
re_buffer[buf_cnt] = 0;
}
W25qxx_WritePage(w25_buffer,0 ,0 , 256);
usleep(500);
W25qxx_ReadPage(re_buffer,0,0,256);
printf("Hello from Nios II!\n");
//
printf("re_buffer value is:\n");
for(buf_cnt = 0 ; buf_cnt < 255 ; buf_cnt++)
{
//
printf("%d ",re_buffer[buf_cnt]);
}
return 0;
}依次下载sof文件和编译后的C文件，接上串口，效果如下：
效果OK，打完收工！我是单片机爱好者-MCU起航！