Abstract
SPI為IC之間溝通中常見的介面，Qsys已經提供SPI Core，Nios II可以直接使用，本文詳細探討SPI core的使用方式以及實務上該如何開發使用SPI介面的韌體。
Introduction
使用環境：Windows XP SP3 + VirtualBox 4.1.2 + Quartus II 11.0 + + DE2-70
實務上IC最常見的3大通訊介面：I2C、SPI與UART，其中Qsys已經內建SPI core，Nios II可以直接使用。
本文將討論以下主題：
1.SPI Bus簡介
2.Qsys的SPI Core簡介
3.詳細探討alt_avalon_spi_command()的內部運作機制
4.實際使用SPI Core存取SPI Flash
5.實際開發存取SPI Flash的SDK
1.SPI Bus簡介
在DE2-70平台上的IC，唯有TRDB-LTM這個Touch Panel的觸控IC使用SPI將觸控的座標傳回，使用上較為複雜，若初學者只想單純的學習SPI，恐怕會模糊焦點，因此我特地找了一顆使用SPI的Flash，透過GPIO與DE2-70連接，如此就可在Nios II使用SPI core對Flash的register做read/write，也能實際對Flash做讀寫。
SPI為Serial Peripheral Interface縮寫，為Motorola所制定的標準，總共只有4根1 bit的信號，如下圖所示：
SCLK：為Serial Clock縮寫，由master所產生的clock給slave使用。
MOSI：為Master Output Slave Input縮寫，由master output至slave input。
MISO：為Master Input Slave Output縮寫，由slave output至master input。
SS_N：為Slave Select縮寫，由master告知slave是否enable。(active low)。
在多SPI slave的環境下，會以如下圖的方式連接：
其中SPI master會有n個SS_N port對應SPI slave 0, SPI slave 1…的SS_N，當該SPI slave的SS_N為low時，表示master選定了該slave。
其中較特殊的是master與slave的MISO port連接時，須加上一個tristate buffer，使該slave沒有被master選取時，MISO為Hi-Z，如此才能避免兩個slave同時drive一個MISO。
Clock polarity and phase
SPI根據其clock polarity與clock phase的排列組合，總共有以下4種可能：
Clock Polarity = 0, Clock Phase = 0
1.SCLK在idle時為low。
2.MOSI在SCLK的rising edge時被latch，在SCLK的falling edge時做transition。
Clock Polarity = 0, Clock Phase = 1
1.SCLK在idle時為low。
2.MOSI在SCLK的falling edge時被latch，在SCLK的rising edge時做transition。
Clock Polarity = 1, Clock Phase = 0
1.SCLK在idle時為high。
2.MOSI在SCLK的falling edge時被latch，在SCLK的rising edge時做transition。
Clock Polarity = 1, Clock Phase = 1
1.SCLK在idle時為high。
2.MOSI在SCLK的rising edge時被latch，在SCLK的falling edge時做transition。
看到這裡，或許你會問：『在實務上，我們是如何利用SPI介面與其他IC做溝通呢?』
我們以[3] Winbond SPI Flash datasheet的Read Status Register為例：
其中DIO就是MOSI，DO就是MISO(naming convention不同而已)，在前8個clk由master從MOSI送出instruction：05h，在下8個clk由slave從MISO傳回status register的值，由於status register可以連續的讀取，因此MISO可以連續的傳回status register值。
其中Mode 0就相當於clock polarity = 0，clock phase = 0，而Mode 3就相當於clock polarity = 1，clock phase = 1。
Reference
[1] Embedded Peripherals IP User Guide
[2] Serial Peripheral Interface Bus Wiki
[3] Winbond SPI Flash datasheet
未完，待續。