SPI协议

uyiqaagu

　 SPI
　 2009-10-09 20:35:54|
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　一 SPI 协议概括 SPI，是英语 Serial Peripheral interface 的缩写，顾名思义就是串行外围设备接口。是 Motorola 首先在其 MC68HCXX 系列处理器上定义的。SPI 接口主要应用在 EEPROM，FLASH，实时时钟，AD 转换器，还有数字信号处理器和数字信号解码器之间。SPI，是一种高速的，全双工，同步的通信总线，并且在芯片的管脚上只占用四根线，节约了芯片的管脚，同时为 PCB 的布局上节省空间，提供方便，正是出于这种简单易用的特性，现在越来越多的芯片集成了这种通信协议，比如 AT91RM9200. SPI 的通信原理很简单，它以主从方式工作，这种模式通常有一个主设备和一个或多个从设备，需要至少 4 根线，事实上 3 根也可以（单向传输时）。也是所有基于 SPI 的设备共有的，它们是 SDI（数据输入），SDO（数据输出），SCK（时钟），CS（片选）。
　（1）SDO
　– 主设备数据输出，从设备数据输入 （2）SDI
　 – 主设备数据输入，从设备数据输出 （3）SCLK
　– 时钟信号，由主设备产生 （4）CS
　 – 从设备使能信号，由主设备控制 其中 CS 是控制芯片是否被选中的，也就是说只有片选信号为预先规定的使能信号时（高电位或低电位），对此芯片的操作才有效。这就允许在同一总线上连接多个 SPI 设备成为可能。
　接下来就负责通讯的 3 根线了。通讯是通过数据交换完成的，这里先要知道 SPI 是串行通讯协议，也就是说数据是一位一位的传输的。这就是 SCK 时钟线存在的原因，由 SCK 提供时钟脉冲，SDI，SDO则基于此脉冲完成数据传输。数据输出通过 SDO 线，数据在时钟上升沿或下降沿时改变，在紧接着的下降沿或上升沿被读取。完成一位数据传输，输入也使用同样原理。这样，在至少 8 次时钟信号的改变（上沿和下沿为一次），就可以完成 8 位数据的传输。
　要注意的是，SCK 信号线只由主设备控制，从设备不能控制信号线。同样，在一个基于 SPI 的设备中，至少有一个主控设备。这样传输的特点：这样的传输方式有一个优点，与普通的串行通讯不同，普通的串行通讯一次连续传送至少 8 位数据，而 SPI 允许数据一位一位的传送，甚至允许暂停，因为 SCK 时钟线由主控设备控制，当没有时钟跳变时，从设备不采集或传送数据。也就是说，主设备通过对 SCK 时钟线的控制可以完成对通讯的控制。SPI 还是一个数据交换协议：因为 SPI 的数据输入和输出线独立，所以允许同时完成数据的输入和输出。不同的 SPI 设备的实现方式不尽相同，主要是数据改变和采集的时间不同，在时钟信号上沿或下沿采集有不同定义，具体请参考相关器件的文档。
　在点对点的通信中，SPI 接口不需要进行寻址操作，且为全双工通信，显得简单高效。在多个从设备的系统中，每个从设备需要独立的使能信号，硬件上比 I2C 系统要稍微复杂一些。
　最后，SPI 接口的一个缺点：没有指定的流控制，没有应答机制确认是否接收到数据。
　AT91RM9200 的 SPI 接口主要由 4 个引脚构成：SPICLK、MOSI、MISO 及 /SS，其中 SPICLK 是整个 SPI 总线的公用时钟，MOSI、MISO 作为主机，从机的输入输出的标志，MOSI 是主机的输出，从机的输入，MISO 是主机的输入，从机的输出。/SS 是从机的标志管脚，在互相通信的两个 SPI 总线的器件，/SS 管脚的电平低的是从机，相反/SS 管脚的电平高的是主机。在一个 SPI 通信系统中，必须有主机。SPI总线可以配置成单主单从，单主多从，互为主从。
　 SPI 的片选可以扩充选择 16 个外设,这时 PCS 输出=NPCS,说 NPCS0~3 接 4-16 译码器,这个译码器是需要外接 4-16 译码器，译码器的输入为 NPCS0~3，输出用于 16 个外设的选择。
　二 SPI 协议举例 SPI 是一个环形总线结构，由 ss（cs）、sck、sdi、sdo 构成，其时序其实很简单，主要是在 sck 的控制下，两个双向移位寄存器进行数据交换。
　 假设下面的 8 位寄存器装的是待发送的数据 10101010，上升沿发送、下降沿接收、高位先发送。
　 那么第一个上升沿来的时候 数据将会是 sdo=1；寄存器=0101010x。下降沿到来的时候，sdi上的电平将所存到寄存器中去，那么这时寄存器=0101010sdi，这样在 8 个时钟脉冲以后，两个寄存器的内容互相交换一次。这样就完成里一个 spi 时序。
　举例：
　假设主机和从机初始化就绪：并且主机的 sbuff=0xaa，从机的 sbuff=0x55，下面将分步对 spi的 8 个时钟周期的数据情况演示一遍:假设上升沿发送数据:
　脉冲 主机 sbuff 从机 sbuff sdi sdo
　0 10101010 01010101 0 0
　1 上 0101010x 1010101x 0 1
　1 下 01010100 10101011 0 1
　2 上 1010100x 0101011x 1 0
　2 下 10101001 01010110 1 0
　3 上 0101001x 1010110x 0 1
　3 下 01010010 10101101 0 1
　4 上 1010010x 0101101x 1 0
　4 下 10100101 01011010 1 0
　5 上 0100101x 1011010x 0 1
　5 下 01001010 10110101 0 1
　6 上 1001010x 0110101x 1 0
　6 下 10010101 01101010 1 0
　7 上 0010101x 1101010x 0 1
　7 下 00101010 11010101 0 1
　8 上 0101010x 1010101x 1 0
　8 下 01010101 10101010 1 0
　 这样就完成了两个寄存器 8 位的交换,上面的上表示上升沿、下表示下降沿,sdi、sdo 相对于主机而言的。其中ss引脚作为主机的时候,从机可以把它拉底被动选为从机,作为从机的是时候,可以作为片选脚用。根据以上分析,一个完整的传送周期是 16 位,即两个字节,因为,首先主机要发送命令过去,然后从机根据主机的名准备数据,主机在下一个 8 位时钟周期才把数据读回来！！