微控制单元(MCU)将中央控制器、存储模块以及许多其他的接口模块集成到一个芯片上。其小巧灵活、价格低廉已经被广泛应用于工业和消费电子领域。串行外设接口(Serial Peripheral Interface,SPI)是低成本MCU与各种外围芯片通信的重要接口方式。SPI总线结构简单,使用方式便捷。但是现有的SPI接口功能相对简单,难以满足应用需求且通信速度也有待提高。本文主要针对STM32L0型MCU芯片中的高速SPI接口模块进行研究设计。本文采用了业界应用广泛的AMBA总线使设计的SPI接口电路能够应用在不同的系统中。首先,论文在分析研究标准SPI协议的基础上,根据项目需求添加了多主器件通信、德州仪器串口(TI)通信模式。进而根据SPI的功能特性设计出SPI接口功能架构,然后主要针对高速SPI接口电路的APB接口模块、信号同步模块、状态机控制模块、数据传输模块、寄存器配置模块、时钟分频模块进行了设计。本文所设计的高速SPI接口采用直接存储器存储(DMA)通信方式,在不通过中央处理器(CPU)干预的方式下,将数据从直接存储器写到SPI数据寄存器以减小CPU开销,提高CPU处理SPI数据的能力,进而使得SPI的传输速率提升。为了全面验证所设计的SPI总线接口电路,搭建了基于通用验证方法学(UVM)的验证平台,提出了详细的验证方案。该验证方案主要包括验证功能点的提取和测试用例的列举。验证结果表明SPI的寄存器能够进行正常数据读写,数据可以正确进行传输,SPI接口可实现多主器件通信和TI通信模式,同时可达97.49%的代码覆盖率。最后本设计利用DC(Design Compiler)综合软件对基于HLMC65nm工艺库设计的SPI接口模块进行逻辑综合并得到时序。从时序报告可以得到SPI时钟设置为10ns情况下,设计的时钟裕度为0.5,传输速度可以达到100Mbps。