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SPI协议及工作原理分析
一、概述。
ﻫSＰＩ，SeriａlＰerriｐｈeｒalInteｒfacｅ，串行外围设备接口，是Ｍoｔｏrola公司推出的一种同步串行接口技术。ＳPI总线在物理上是通过接在外围设备微控制器（ＰICmicro）上面的微处理控制单元（MCＵ)上叫作同步串行端口(ＳyncｈｒonｏusSerialＰort)的模块(Modｕle）来实现的,它允许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。SPI主要应用在EＥPRＯM,Flash,实时时钟（RTＣ)，数模转换器(ADＣ)，数字信号处理器(DSP）以及数字信号解码器之间.它在芯片中只占用四根管脚(Pin)用来控制以及数据传输,节约了芯片的pｉn数目，同时为ＰCB在布局上节省了空间。正是出于这种简单易用的特性，现在越来越多的芯片上都集成了SＰI技术.ﻫﻫ二、特点ﻫ1。采用主—从模式(Masteｒ-Sｌave)的控制方式ﻫSPI规定了两个SPI设备之间通信必须由主设备(Mａster）来控制次设备(Slavｅ）.一个Ｍaster设备可以通过提供Clｏck以及对Slaｖe设备进行片选（SｌavｅSelect)来控制多个Slavｅ设备,SPI协议还规定Slaｖe设备的Cｌoｃk由Mastｅr设备通过SCK管脚提供给Ｓlaｖe设备，Slavｅ设备本身不能产生或控制Ｃlock，没有Cｌｏck则Slavｅ设备不能正常工作。ﻫﻫ2。采用同步方式(Sｙncｈrｏnｏuｓ)传输数据ﻫMaster设备会根据将要交换的数据来产生相应的时钟脉冲(ClockPulse),时钟脉冲组成了时钟信号（ClockSiｇnal),时钟信号通过时钟极性(CPOＬ)和时钟相位(ＣPHA）控制着两个ＳPI设备间何时数据交换以及何时对接收到的数据进行采样，来保证数据在两个设备之间是同步传输的.ﻫ3.数据交换（DａtaExchａnges)SＰI设备间的数据传输之所以又被称为数据交换，是因为ＳＰＩ协议规定一个SPＩ设备不能在数据通信过程中仅仅只充当一个”发送者(Ｔrａnsmitter）"或者＂接收者(Ｒｅｃｅｉvｅr）＂。在每个Ｃloｃk周期内，SPI设备都会发送并接收一个bit大小的数据,相当于该设备有一个bit大小的数据被交换了.ﻫ一个Slave设备要想能够接收到Ｍasｔeｒ发过来的控制信号,必须在此之前能够被Masｔｅr设备进行访问（Access)。所以,Masｔｅr设备必须首先通过ＳS/CSpin对Slave设备进行片选,把想要访问的Slavｅ设备选上。ﻫ在数据传输的过程中,每次接收到的数据必须在下一次数据传输之前被采样。如果之前接收到的数据没有被读取,那么这些已经接收完成的数据将有可能会被丢弃,导致ＳPI物理模块最终失效.因此,在程序中一般都会在SPI传输完数据后，去读取SPＩ设备里的数据，即使这些数据(DumｍyＤatａ）在我们的程序里是无用的。ﻫ三、工作机制ﻫ1.概述ﻫ上图只是对SＰI设备间通信的一个简单的描述,下面就来解释一下图中所示的几个组件(Mｏdule):ﻫﻫSSPBUＦ,ＳｙnｃhronousＳeｒialPoｒtＢｕffer,泛指SＰI设备里面的内部缓冲区,一般在物理上是以ＦIFO的形式,保存传输过程中的临时数据;ﻫＳＳPSR，ＳyｎchrｏnouｓSeｒialPｏrtRegisｔer，泛指ＳPI设备里面的移位寄存器（ＳhiｆtRegitseｒ）,它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,泛指SＰI设备里面的控制寄存器，可以通过配置它们来设置SPＩ总线的传输模式.ﻫ通常情况下，我们只需要对上图所描述的四个管脚(ｐin)进行编程即可控制整个SPI设备之间的数据通信：ﻫSCＫ,SｅｒｉalClｏck，主要的作用是Master设备往Ｓｌave设备传输时钟信号,控制数据交换的时机以及速率;SS/ＣS，SlavｅSeleｃt/ChipSｅｌｅct,用于Ｍａsｔer设备片选Slaｖｅ设备，使被选中的Slave设备能够被Mａstｅr设备所访问；ﻫSDO/MOSI,SerｉalＤaｔａOｕｔput／ＭａsterOutSlａveIｎ,在Masｔer上面也被称为Tx－Cｈａnnｅl,作为数据的出口，主要用于SPI设备发送数据;ＳDI/MIＳO，SeｒialＤataInpｕt/MasterInSlaveOut,在Ｍaster上面也被称为Ｒx-Chａnnel,作为数据的入口,主要用于ＳPＩ设备接收数据；ﻫSPI设备在进行通信的过程中,Mａster设备和Ｓｌａvｅ设备之间会产生一个数据链路回环(DataLｏop),就像上图所画的那样,通过SＤO和SＤI管脚，SSPSＲ控制数据移入移出ＳSPBＵF,Contrｏllｅr确定ＳＰI总线的通