关于SPI的一点总结

本文探讨了在使用模拟SPI总线方式下尝试共用SPI总线遇到的问题。作者计划让两个IC通过共用MOSI、MISO和CLK线来实现SPI通信,但实际操作中仅能成功使其中一个IC工作。供应商建议这种共用方式理论上可行但在实践中较少见,特别是对于时序不同的IC。希望通过讨论得到更多工程师的观点。

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1 由于产品需要现在想共用SPI总线而且是用模拟SPI的方式来实现,共用的方式为SPI有4根线分别为MOSI  MISO  NSS  CLK  两个IC共用MOSI   MISO   CLK 但是NSS分开当用那个的时候,将那个的NSS拉低平时拉高,但是实验的时候发现只有一个可以另外一个不行。实验啦好几次都不可以。后来向供应商请求支援,供应商说一般模拟很少共用,只有硬件SPI才共用,但是理论上是可以的啊,于是和供应商说我的观点,供应商说两个IC的时序都不一样,不可以共用。

 我写这篇希望看到的攻城狮发表自己的观点。到底可不可以。今天搞得我好纠结。

<think>嗯,用户想了解如何在嵌入式系统中实现多个从机共享SPI模块。首先,我需要回忆一下SPI的基本工作原理。SPI是同步串行接口,通常有一个主设备和多个从设备,通过片选信号(CS/SS)来选择通信的从机。用户提到多个从机共享SPI模块,可能涉及到硬件连接和软件配置的问题。 首先,硬件连接方面,SPI总线一般有四个主要信号线:SCK(时钟)、MOSI(主出从入)、MISO(主入从出)、以及片选线。每个从设备需要独立的片选线,由主设备控制。这意味着如果系统中有多个从设备,主控需要对应数量的GPIO引脚来控制每个片选信号。这可能在实际应用中受到主控引脚数量的限制,所以可能需要使用多路复用器或者GPIO扩展芯片来扩展片选线数量,但这样会增加硬件复杂度。 接下来是软件配置部分。主设备在通信前需要拉低对应从设备的片选线,然后通过MOSI发送数据,同时接收MISO的数据。通信结束后,拉高片选线。每个从设备的SPI模式(CPOL和CPHA)、时钟频率、数据位宽等参数可能不同,主设备在切换从设备时需要重新配置SPI控制器,这可能带来一定的延迟。例如,如果两个从设备的时钟频率不同,主设备在切换时需要调整SPI的时钟分频器,这会增加软件的开销。 另外,还要考虑总线冲突的问题。如果多个从设备的MISO线直接连接到主控的同一个引脚,当片选信号未正确控制时,可能会出现多个从设备同时驱动MISO线,导致总线冲突。因此,必须确保在任何时候只有一个从设备的片选信号被激活,其余的都处于高阻态。有些从设备可能支持三态输出,这样在未被选中时不会影响总线,但并非所有设备都具备此特性,因此硬件设计时需特别注意。 还有,SPI总线的拓扑结构也会影响多从机的共享。常见的拓扑有菊花链和独立片选两种方式。菊花链结构下,数据从一个从设备传到下一个,所有从设备共享同一个片选信号,但这种方式需要从设备支持级联,且通信时数据需要依次通过所有设备,可能增加延迟。独立片选方式则是每个从设备有独立的片选线,主控根据需要选择不同的片选线,这种方式更常见,但需要更多引脚。 软件实现方面,驱动程序需要管理各个从设备的片选信号和SPI配置。例如,在Linux系统中,SPI子系统可能通过设备树来配置每个从设备的参数,应用程序通过不同的设备节点来访问不同的从设备。每次切换从设备时,驱动程序需要更新SPI控制器的配置,并控制相应的片选引脚。这涉及到并发访问的问题,如果多个线程或进程同时访问不同的从设备,需要适当的同步机制,比如互斥锁,以防止配置冲突。 此外,时序问题也很重要。SPI的时钟频率需要适配最慢的从设备,或者在切换时动态调整。如果从设备之间的时钟要求差异大,频繁切换可能导致性能下降。因此,在设计系统时,应尽可能选择SPI参数相近的从设备,或者合理安排通信顺序,减少配置切换的次数。 还有电源管理和错误处理需要考虑。例如,某些从设备可能在通信时需要特定的电源状态,或者在通信失败时需要进行重试或错误恢复。这需要在驱动程序中加入相应的处理逻辑,确保系统的稳定性。 总结一下,实现多从机共享SPI模块的关键点包括:硬件上正确连接片选信号,避免总线冲突;软件上有效管理片选和SPI配置,处理并发和时序问题;选择合适的拓扑结构,并根据具体需求进行优化。同时,需要参考相关文档和现有驱动实现,确保配置的正确性。例如,引用中提到SPI总线驱动和核心的管理,可能涉及到Linux内核中的SPI子系统,这些资源可以帮助开发者更好地理解和实现多从机SPI通信。</think>在嵌入式系统中实现多个从机共享SPI模块,需要通过硬件连接和软件配置协同工作。以下是具体实现步骤和关键技术点: --- ### 1. **硬件连接设计** - **共享总线信号**:所有从机共用SCK(时钟)、MOSI(主发从收)、MISO(主收从发)三条信号线[^1]。 - **独立片选(CS)**:每个从机需分配独立的片选引脚,由主控制器按需拉低/拉高以激活目标从机[^2]。 - **避免总线冲突**:未选中的从机必须处于高阻态(Tri-state),防止同时驱动MISO线导致短路。 --- ### 2. **软件配置方法** #### a. **SPI模式与参数配置** - **统一时钟极性/相位**:所有从机需支持相同的SPI模式(CPOL/CPHA),或主控制器动态切换模式。 - **速率适配**:主控制器时钟频率需兼容所有从机的最大速率,或运行时动态调整。 - **数据位宽对齐**:例如设置8位或16位传输模式,需与从机协议一致。 #### b. **片选控制逻辑** ```c // 示例:切换从机1的片选信号 void select_slave1() { digitalWrite(CS_PIN_SLAVE1, LOW); // 激活目标从机 digitalWrite(CS_PIN_SLAVE2, HIGH); // 禁用其他从机 digitalWrite(CS_PIN_SLAVE3, HIGH); } // 传输完成后释放总线 void deselect_all() { digitalWrite(CS_PIN_SLAVE1, HIGH); digitalWrite(CS_PIN_SLAVE2, HIGH); digitalWrite(CS_PIN_SLAVE3, HIGH); } ``` #### c. **互斥访问机制** - 在多任务系统中,需通过信号量(Semaphore)或互斥锁(Mutex)保证同一时刻仅一个任务访问SPI总线。 --- ### 3. **典型问题与解决方案** | 问题 | 解决方案 | |---------------------|--------------------------------------------------------------------------| | 片选引脚不足 | 使用GPIO扩展芯片(如74HC595)或多路复用器 | | 从机协议不兼容 | 软件层封装差异化协议,或硬件增加电平转换电路 | | 长距离通信干扰 | 增加终端电阻(100Ω)或改用差分信号(如RS-485) | --- ### 4. **SPI总线拓扑选择** - **独立片选拓扑**:每个从机独占一个CS引脚,适合设备数量少、参数差异大的场景。 - **菊花链拓扑**:多个从机共用CS,数据依次传递,需从机支持级联(如某些ADC芯片)。 ---
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