随着社会经济的发展和物质生活水平的提高，人们对于精神世界的追求也越来越高。在传统意义上，人们往往用冲印出来的相片记录生活中的美好瞬间；然而伴随电子行业的发展，数码相机、高像素智能手机等大量电子产品大行其道，足以用数码形式将其取代。据统计，世界上 70% 以上的照片都是数码照片，年轻一族更喜欢以数码形式记录生活并分享在网络上。数码相框还可以将静态图片提升为动态相册，携带方便、储存时间长，既能满足人们的需求，也是一种节约、环保低碳的方案。

一、FPGA 工作原理

一个典型的 FPGA 由几个部分构成。首先是逻辑块（Logic Block）：Altera 公司将其称为逻辑阵列块（LAB），Xilinx 公司将其称为可配置逻辑块（CLB）；LAB 由称为 LE（Logic Element）的基本单元构成，CLB 由称为 LC（Logic Cell）的基本单元构成。这些就是 FPGA 的逻辑资源。

图 1　典型的 FPGA 内部结构

另外还有散落在各个逻辑块之间的内部连线，它们好比 PCB 板上的导线，将 FPGA 内部的各个逻辑相连接，起点和终点都是 IOB（I/O Block）。IOB 是 FPGA 的外部物理接口，类似 IC 的各引脚，但这里是根据用户需要可以任意定义的。如今的 FPGA 的 IOB 已经很强大，从基本的 LVTTL/LVCMOS 接口到 PCI/LVDS/RSDS 甚至各种各样的差分接口；FPGA 内部的 I/O 实际上是分组的，但每一组都可以灵活配置，包括改变上拉下拉电阻、调节驱动电流大小、兼容 5 V、3.3 V、2.5 V、1.8 V 甚至 1.5 V，可以满足不同的电气特性、不同的 I/O 接口物理特性以及外部硬件电路对输入输出信号的各种匹配要求。目前 I/O 可以达到的频率也越来越高，通过特定技术，数据读取速率甚至可以达到 2 Gbps——越来越多工程师喜欢 FPGA，强大的 I/O 特性也是原因之一。

I/O 兼容恐怕是大势所趋。还有一部分是 FPGA 内部的功能模块，是制造商根据实际需要放置在 FPGA 内部的：比如数字时钟管理模块即 DCM（Xilinx 公司的 FPGA 全都具有这种功能）；比如锁相环（PLL），它需要一个外部时钟输入（晶振），经过内部处理（包括分频和倍频）可以提供在频率和相位上都比较稳定的一定范围内的时钟；还有不得不提的内部不占用逻辑资源的块 RAM。RAM 块可用作单口 RAM、双口 RAM、内容地址存储器以及 FIFO（first in first out）等常用存储器甚至 ROM、移位寄存器，这对于小量数据缓存很有用，强化了 FPGA 的应用性。在选择 FPGA 时，芯片内部块 RAM 的资源多少也是衡量的一个重要因素：单独块 RAM 的容量为 18 kbit、宽度为 18 bit、深度为 1024，可以根据实际需要改变其位宽和深度，但有两点限制——修改后块 RAM 的容量（位宽×深度）不能大于单片块 RAM 容量，而且位宽最大不能超过 36 bit；可以将多片块 RAM 连接起来形成容量更大的 RAM，此时只受限于芯片内块 RAM 的数量，而不再受上述两条原则约束，用 Quartus 操作起来很方便。还有底层内嵌功能单元，包括内嵌专用硬核如乘法器等，对数字信号的运算处理提供极大的便利。

二、SPI 接口控制电路

图 2　SPI 模式连接

该工程模块的 SPI 接口四条信号线分别定义为 spi_cs_n、spi_clk、spi_miso 和 spi_mosi。其中 spi_cs_n 是数据控制使能信号，当要对芯片进行操作时此信号低电平有效，也就是说在同一条主线上可以连接多个 SPI 器件；spi_clk 是 SPI 同步时钟信号，数据信号在该时钟的控制下进行逐位传输；spi_miso 和 spi_mosi 是主从机进行通信的数据信号，spi_miso 即主机的输入（或从机的输出），spi_mosi 即主机的输出（或从机的输入）。