嵌入式通信协议：SPI简明学习笔记

SPI学习笔记

概述

SPI（Serial Peripheral interface）是一种高速、全双工、同步的通信总线，SPI通信速率具体取决于设备规格和性能，一般都可达10Mbps。

SPI分为主、从两种模式，一个SPI系统包含一个主设备，一个或多个从设备。提供时钟的为主设备，接收时钟的从设备。

通信协议

信号线

SPI接口共有四条信号线：
SDI（数据输入），SDO（数据输出），SCK（时钟），CS（片选）
·MISO：主设备输入/从设备输出引脚。
·MOSI：主设备输出/从设备输出引脚。
·SCLK：串行时钟信号，由主设备产生。
·CS/SS：从设备片选信号，由主设备控制。

设备选择

SPI是单主设备通信协议，这意味着总线中的只有一个中心设备能发起通信。当SPI主设备想要读/写从设备时，它会首先拉低从设备对应的CS线（片选信号低电平有效），接着开始发送工作脉冲到时钟线上，在对应的脉冲时间上，主设备把信号发送到MOSI实现写，对MISO采样实现读。

数据发送与接收

SPI主机和从机都有一个串行移位寄存器，主机通过向它的SPI移位寄存器写入一个字节来发起一次传输。

1.首先拉低对应的CS信号线，选择对应的从设备。
2.主机通过发送CLK时钟信号，来告诉从机写数据或者读数据。
3.主机将要发送的数据写到发送数据缓冲区SPIDAT，缓存区经过移位寄存器将字节通过MOSI信号线一位一位的传出去，而从机通过MOSI接收到SPIBUF中。
4.从机也通过MISO将自己的缓冲区数据一位一位的传送给主机的SPIBUF中。

SPI无读写的说法，只有主、从模式之分，外设的读写操作是同时完成的。如果只进行写操作，则可以忽略接收到的字节，如果只需要读操作，则必须发送一个空字节触发从机传输，也就是说，发一个数据必然会得到一个数据，收一个数据也要先发一个数据。

通信模式的选择

SPI有四种通信模式，不同的从设备出厂设定的通信模式是固定的，无法改动，此时就需要通过配置主设备的通信模式来实现与从设备通信。具体如下：

时钟极性（CPOL）定义了时钟空闲状态电平：

·CPOL=0，表示CLK=0时处于空闲态，所以有效状态为CLK为高电平时。
·CPOL=1，表示CLK=1时处于空闲态，所以有效状态为CLK为低电平时。

时钟相位（CPHA）定义了数据的采集时间：

·CPHA=0，在时钟的第一个跳变沿（上升沿/下降沿）进行数据采样，在第二个边沿发送数据。
·CPHA=1，在时钟的第二个跳变沿（上升沿/下降沿）进行数据采样，在第一个边沿发送数据。

如图：

模式1：数据在 SPICLK 上升沿输出。 输入数据在 SPICLK 下降沿锁存。

模式2：数据在 SPICLK 第一个上升沿之前的一个半周期输出，并在随后的下降沿输出。 输入数据在 SPICLK 的上升沿锁存。

模式3：数据在 SPICLK 下降沿输出。 输入数据在上升沿锁存。

模式4：数据在 SPICLK 第一个下降沿之前的一个半周期输出，并在随后的上升沿输出。 输入数据在 SPICLK 下降沿锁存。

SPI的三种模式

运行模式：基本模式。
等待模式：一种可配置的低功耗模式，如果为主机，则所有传输停止，但在进入运行模式后可重新开始；如果为从机，会继续接收和传输一个字节，保持从机和主机同步。
停止模式：如果为主机，传输停止；如果为从机，会继续接收和发送一个字节，保持同步。

SPI的数据格式

·SPI的数据长度从 2 位到 16 位不等
·SPI的移位方向（MSB优先或LSB优先）可以配置
·SPI 支持接收数据自动向右对齐，与移位方向和数据字长度无关