spi 总线协议记录

摘抄至： http://blog.csdn.net/skyflying2012/article/details/11710801

• 概述：

  SPI, Serial Perripheral Interface , 串行外部接口，是摩托罗拉公司提出的一种同步串行接口技术。
  SPI 在物理上连接了外围微控制器设备（PICmicro）上面的微控制单元（MCU）上面一个叫作同步串行端口的模块来实现的，他运行MCU以全双工的同步串行方式，与各种外围设备进行高速数据通信。

• 特点

  • 通过主从模式控制。（master-slave）

    SPI 规定了两个SPI设备必须由主设备（master）来控制从设备（slave），一个主设备可以通过提供clock以及对slave进行片选（slave select）来控制多个SPI设备，SPI协议还规定，slave设备的时钟通过master SPICK引脚提供给 slave设备，slave自身不能产生时钟，没有clock salve不能正常工作。

  • 采用同步方式（synchronous）传输数据。

    master 设备会根据将要交换的数据产生对应的时钟脉冲（clock pulse），时钟脉冲组成时钟信号（clock signal）
    时钟信号通过时钟极性（CPOL）和时钟相应（CPHA）控制两个SPI 设备间何时数据交换及何时对接收到的数据进行采样，来保证数据在两个设备间是同步传输的。

  • 数据交换（data exchanges）

    SPI 设备间的数据传输之所以叫数据交换而不是数据传输，是因为 SPI 协议规定一个 SPI 设备不能再数据通信的时候仅仅充当一个 transmitter 或者是 receiver，在每个时钟周期内，SPI设备都会发送 1bit大小的数据，相当于该设备有1bit的数据被交换了。

  • 一个slave设备要想能够接收到 master 发送给来的控制信号，必须在此之前能够被 master 进行访问， 所以， master 设备必须先通过 CS Pin 对slave 设备进行片选，把要访问的 slave 都片选上。

  • 在数据的传输过程中，每次接收到的数据必须在下一次数据传输之前被采样，如果之前接收的数据没有被采样，那么这些 已经收到到的数据可能被丢弃，导致 SPI 模块最终失效，因此，在程序中，一般都会在 SPI 传输完数据之后，去读取 SPI 设备里面的数据，即使这些数据是在我们程序中是没有用的。

• 工作机制

  • 概述：

    

  • 上图只是对 SPI 设备间通信的一个简单的描述，几个模块名称详解如下：
  • SSPBUF Synchronous Serial Port Buffer, 泛指 SPI 设备店里面的内部缓冲区，一般在物理上以 FIFO 的形式存在，保存传输过程中的临时数据。
  • SSPSR, Synchronous Serial Port Register, 指的是 SPI 设备里面的移位寄存器（shift register）,j 他的作用是根据设置好的数据位宽（bit-width）把数据移入或者移出 SSPBUF.
  • Controller , 指的是 SPI 设备里面的控制寄存器，控制通过配置他们来配置SPI 总线的传输模式。
  • 通常情况，我们只需要对上面的四个引脚进行编程即可控制整个 SPI 设备间的数据通信。
  • SCK : Serial Clock , master 往 slave 传输时钟信号，控制交换的时机和速率。
  • SS/CS, slave select/ chip select 片选信号， 用于master 片选 slave设备，被片选的slave设备能与master进行通信。

  • SDI / SDO ， master数据输入， master数据输出。

  • 时序分析

    
    上图通过 master 设备与 slave 设备之间交换 1 BYTE 数据来说明 SPI 协议的工作机制。

  • CPOL ： 时钟极性，表示 SPI 空闲时，时钟信号是高电平还是低电平，如果是 CPOL 设为 1， 那么空闲时 SCK 的时间时钟信号为高， 当 CPOL 被设为 0 时正好相反。
  • CPHA ： 时钟相应，若是 CPHA 被设置为1， 说明从空闲电平变化开始，从 0 开始计算，第 CPHA 个电平变化的时候开始采样，如果 CPHA = 0 , 说明空闲电平变为非空电平的那个沿就开始采样，如果为1 ， 说明是非空闲电平变为空闲电平的那个沿开始采样。如下图所示
    
    
    参考： http://blog.chinaunix.net/uid-20620288-id-3164384.html
  • 上图的 Mode 1, 1, 说明 CPOL = 1, CPHA = 1, 说明空闲时 SCK 信号为高电平， 低电平非空闲 第 1 次电平发生变化时开始采样。

  • SSPSR

    

  • SSPSR 是 SPI 设备内的移位寄存器（shift register），他主要的作用是根据SPI 的时钟信号状态，往SSPBUF 里移入或者移出数据
  • 每次移动的数据由 BUS-width 以及 channel-width 所决定
  • BUS-width 的作用是指定地址总线到 master设备之间数据传输的单位。

  • channel-width 的作用是指定 master 与 slave 设备之间传输的单位。

  • SSPBUF

    

  • 我们知道，在每个时钟周期内，master 与slave 之间交换的数据其实都是 SPI 内部移位寄存器从SSPBUF 里面拷贝的，我们可以通过往 SSPBUF 对应的寄存器读写数据，间接地去控制SPI 设备内部的SSPBUF。

  • Controller

    

  • master 设备里面的controller 主要通过时钟信号（clock signal）以及片选信号来控制 slave 设备，salve 设备会一直等待，直到接收到 master 设备发过来的片选信号，然后根据时钟信号来工作。