SPI通信协议总结

Posted 2022-01-26 haoaoooooo

概要

SPI是一种高速的，全双工，同步的通信总线。
SPI分为主、从两种模式，一个SPI通讯系统需要包含一个（且只能是一个）主设备，一个或多个从设备。SPI接口的读写操作，都是由主设备发起。当存在多个从设备时，通过各自的片选信号进行管理。
SPI通常有四个接口：MISO(数据输出)、MOSI(数据输入)、SCLK(时钟)、CS(片选)

• 优点：支持全双工通信、通信简单、数据传输速率快；
• 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，所以跟IIC总线协议比较在数据的可靠性上有一定的缺陷。
  

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通信过程

SPI通信有4种不同的模式，不同的从设备可能在出厂是就是配置为某种模式，这是不能改变的，但我们的通信双方必须是工作在同一模式下，所以我们可以对我们的主设备的SPI模式进行配置，通过CPOL（时钟极性）和CPHA（时钟相位）来控制我们主设备的通信模式。

时钟极性CPOL是用来配置SCLK的电平出于哪种状态时是空闲态或者有效态，时钟相位CPHA是用来配置数据采样是在第几个边沿：

• CPOL=0，表示当SCLK=0时处于空闲态，所以有效状态就是SCLK处于高电平时；

• CPOL=1，表示当SCLK=1时处于空闲态，所以有效状态就是SCLK处于低电平时；

• CPHA=0，表示数据采样是在第1个边沿，数据发送在第2个边沿；

• CPHA=1，表示数据采样是在第2个边沿，数据发送在第1个边沿。

在高电平有效状态时，第一边沿为上升沿，第二边沿为下降沿；在低电平有效状态时，第一边沿为下降沿，第二边沿为上升沿。

通讯过程如下：

主机和从机都有一个串行移位寄存器，主机通过向它的SPI串行寄存器写入一个字节来发起一次传输。串行移位寄存器通过MOSI信号线将字节传送给从机，同时从机也将自己的串行移位寄存器中的内容通过MISO信号线返回给主机。这样，两个移位寄存器中的内容就被交换。外设的写操作和读操作是同步完成的。如果只进行写操作，主机只需忽略接收到的字节；反之，若主机要读取从机的一个字节，就必须发送一个空字节来引发从机的传输。

SPI是一个环形总线结构，由CS、SCLK、MISO、MOSI构成，其时序其实很简单，主要是在SCLK的控制下，数据按照从高位到低位的方式依次移出主机寄存器和从机寄存器，并且依次移入从机寄存器和主机寄存器。当寄存器中的内容全部移出时，相当于完成了两个寄存器内容的交换。

假设主机的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，主机将会通过MOSI信号线传输给从机最高位1，自身寄存器变成0101010x。同时，MISO信号线会从从机处返回一个数据给主机，那么这时寄存器为0101010MISO，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。

主机和从机的发送数据是同时完成的，两者的接收数据也是同时完成的。也就是说，当上升沿主机发送数据的时候，从机也发送了数据。所以为了保证主从机正确通信，应使得它们的SPI具有相同的时钟极性和时钟相位。

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总结

SPI接口时钟配置心得：在主设备这边配置SPI接口时钟的时候一定要弄清楚从设备的时钟要求，因为主设备这边的时钟极性和相位都是以从设备为基准的。因此在时钟极性的配置上一定要搞清楚从设备是在时钟的上升沿还是下降沿接收数据，是在时钟的下降沿还是上升沿输出数据。

具体案例

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