SPI详解（一）

SPI Bus(Serial Peripheral Interface Bus) 最早是由Motorola（摩托罗拉）公司开发的全双工同步串行总线，常用于微控制器与外设之间的连接比如SD卡，液晶屏等外设。SPI没有统一的协议规范，但由于其广泛的使用，根据实际使用中大家通用的习惯形成了一个类似行规的标准,具体的应用需要实际参考特定器件手册。

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硬件连接

SPI用于在单个主控制器和一个或多个从设备之间交换数据。提供时钟的为主设备（Master），接收时钟的设备为从设备（Slave），对于单从设备连接使用四条信号线：

• SCLK:Serial Clock 串行时钟信号
• MOSI:Master Output Slave Input 主发送从接收信号
• MISO:Master Input Slave Output 主接收从发送信号 —方向由从设备到主设备
• SS:Slave Select 片选信号 一般低电平有效

注：以上信号定义是最常用的命名方式，还有一些其他命名方式如下：

对于单从设备来说，只需要把名字相同的信号连接到一起即可，如下图所示：

对于多个从设备连接时，有两种配置模式：

• 独立从设备（Independent slave）

主机需要为每个从机提供单独的片选信号。一旦主机使能（拉低）片选信号， MOSI/MISO线上的时钟和数据便可用于所选的从机。

• 菊花链从设备（Daisy chain slave）

在菊花链模式下，所有从机的片选信号连接在一起，数据从一个从机传播到下一个从机。在此配置中，所有从机同时接收同一SPI时钟。来自主机的数据直接送到第一个从机，该从机将数据提供给下一个从机，依此类推。 使用该方法时，由于数据是从一个从机传播到下一个从机，所以传输数据所需的时钟周期数与菊花链中的从机位置成比例。 并非所有SPI器件都支持菊花链模式,请参阅产品数据手册以确认菊花链是否可用 。

注：

1. 某些芯片产品上，对SPI两条数据线的命名为SDO/SDI。此时需要将master的SDO连接到slave的SDI，将master的SDI连接到slave的SDO。
2. 有的芯片SPI接口的SS信号，对电平敏感，通讯前确保SS是低电平就好，而有的SPI芯片的SS信号是下降沿敏感的。比如Maxim MAX1242 ADC，开始通讯前，需要SS信号有一个高→低的翻转。

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数据交换及内部框图

SPI数据传输一般由数据交换构成，在主控制器向从设备发送数据时，从设备也向主控制器发送数据。因此主控制器的内部移位寄存器和从设备都采用环形设置。在数据交换之前，主控制器和从设备会将存储器数据加载至它们的内部移位寄存器，收到时钟信号后，主控制器先通过 MOSI 线路时钟输出其移位寄存器的 MSB。同时从设备会读取位于 SIMO 的主控器第一位元，将其存储在存储器中，然后通过 SOMI 时钟输出其 MSB。主控制器可读取位于 MISO 的从设备第一位元，并将其存储在存储器中，以便后续处理。整个过程将一直持续到所有位元完成交换，而主控器则可让时钟空闲并通过 /SS 禁用从设备。SPI 数据速率一般在 1 到 70MHz 的范围内，字长为从 8 位及 12 位到这两个值的倍数。

下图是Motorola定义SPI模块的内部框图，其主要构成包括状态/控制/数据寄存器（Status,Control and Data Registers）、移位寄存器（Shifter Logic）、波特率发生器（Baud Rate Generator）、主从控制逻辑（Master/Slave Control Logic）和端口控制逻辑（Port Control Logic）。

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