SPI是串行外设接口(Serial Peripheral Interface)的缩写,它是由Motorola公司推出的一种同步串行接口技术,是一种高速的、全双工、同步的通信总线。它具有管脚数量少、通信简单、数据传输速率快的优点,被广泛应用于大量器件之中。SPI接口也经常应用于So C系统之中,它是一个使用频率超高的外围功能类型模块。但是,在SPI协议要求中,没有指定的流控制信号,这样就容易在数据传输的过程中造成数据的丢失。因此,对SPI接口进行改进设计就显得尤为重要。本文在遵循SPI基本协议和时序的前提下,对其进行改进设计,可以让SPI接口与外围器件通信的可靠性增加,同时也为软件方面减少负担。本课题源于企业项目,主要开展SPI协议接口的设计与验证工作。本文在深入了解SPI协议的基本时序及工作模式的基础上,采用Verilog HDL语言,完成了8位/16位帧传输格式选择、可编程的数据顺序(MSB在前或LSB在前)和可编程的CRC校验的功能设计。所设计的SPI接口具有如下特点:支持单字节和双字节的数据帧传输,使得该接口具有了较大的灵活性;还具有大、小端模式的两种编程顺序可以选择,使得其对不同架构的芯片具有很好的适应性;并且加入了可变换的CRC生成多项式,从而进一步保证了数据传输的正确性。此次设计的兼具以上多种功能的SPI接口,经验证时序与设计要求一致,数据传输完整,达到了设计要求。为了加速SPI的设计,本文选择UVM验证方法学作为设计平台的基础,使用System Verilog语言搭验证平台,分别对以上功能点作了详细的验证。首先根据SPI的设计特点分析出了验证平台的主要架构,然后对平台的组件,如驱动器、监测器、寄存器模型等进行设计,接着构造测试用例并生成激励,最后对验证平台的结构进行优化。在该验证平台中,在环境的顶层将待测设计例化两份,分别作为主机和从机,实现数据的对收对发的操作;采用虚接口完成了多种激励的同步,使验证平台可以同时进行寄存器的配置和数据包的发送;采用受约束的随机化测试,并增加注入异常激励的功能,从而实现验证过程的完备性。在编译脚本中加入代码覆盖率选项,完成了对验证平台的覆盖率测试。覆盖率统计结果为:各模块的代码覆盖率均达到98%以上,满足验证要求。所设计的验证平台,采用UVM验证方法学在一定程度上弥补了传统的验证平台维护困难、复用性差的不足,为今后对SPI接口验证作更深入的研究具有一定的参考意义。本文在深入分析了SPI接口工作原理的基础上,根据设计要求完成了指定功能点的设计;在Synopsys公司的VCS软件环境的支持下,采用System Verilog语言和UVM方法学,搭建了一个具有层次化的可用于SPI接口IP核验证的结构化平台,实现了对提取功能点的验证,并完成了代码覆盖率的统计。通过本课题对SPI协议接口的设计与验证的研究,使得SPI接口与外围器件通信时可靠性增加,也为今后搭建高效的SPI接口的验证平台提供了技术参考。