SPI协议

1. 概述

SPI(Serial Peripheral Interface)，串行外设接口。
（1）工作特点：

　　1）同步串行；
　　2）支持全双工；
　　3）主/从模式（支持一主多从）；
　　4）没有应答机制，可靠性存在一定的缺陷；
　　5）传输速率没有定义限制。

（2）应用场景：

SPI适用于近距离、低速器件间的通信；主要应用于数据流设备，譬如EEPROM、Flash、数字信号处理器(DSP) 等。

（3）标准硬件接口：

　　1）SCLK：时钟信号线，时钟信号由主设备产生；

　　2）SDO/MOSI ：数据信号线， 主设备数据输出口 / 从设备数据输入口;

　　3）SDI/MOSO ：数据信号线， 主设备数据输入口 / 从设备数据输出口;

　　4）CS：片选信号。

（4）Normal SPI、Dual SPI 、 Qual SPI

　　1）Normal SPI，即标准的SPI协议，其硬件接口如（3）。

　　2）Dual SPI ，将SDI变成SDO，即可实现在一个时钟周期内传输2个Bit的数据。其硬件接口为：SCLK、SDO0、SDO1、CS；

　　3）Qual SPI ，在Dual SPI的基础上增加两根SDO信号线，即可实现在一个时钟周期内传输4个Bit的数据。其硬件接口为：SCLK、SDO0、SDO1、SDO2、SDO3、CS。

PS：Dual SPI、Qual SPI 主要应用于Flash的读写。在这两种模式下，SPI工作在半双工模式下，以提高数据传输效率。

2. 工作机制

 

  SPI由以下模块组成：

（1）SSPSR
移位寄存器(Shift Register)，根据通信时序从SSPBUF中移出或移入数据
（2）SSPBUF
数据缓冲区。通过读写SPI的发送和接收寄存器，可以间接控制SSPBUF，从而实现发送/接收数据。
（3）Controller
主设备的Controller通过时钟信号（CLK）和片选信号（CS）控制从设备。

3. 通信时序

SPI的通信时序有4种模式，主设备和从设备必须工作在同一模式下。
通信时序的4种模式通过CPOL（时钟极性）、CPHA相位极性进行配置。

CPOL=0	SCLK的空闲态为低电平，有效态为高电平
CPOL=1	SCLK的空闲态为高电平，有效态为低电平
CPHA=0	数据采样是在第1个边沿，数据发送在第2个边沿
CPHA=1	数据采样是在第2个边沿，数据发送在第1个边沿

 

 

 

 

 通信时序的4种模式如下：

（1）CPOL=0，CPHA=0：上升沿采样数据，下降沿发送数据
（2）CPOL=0，CPHA=1：上升沿发送数据，下降沿采样数据
（3）CPOL=1，CPHA=0：下升沿采样数据，上降沿发送数据
（4）CPOL=1，CPHA=1：下升沿发送数据，上降沿采样数据

4. 调试技巧

（1）SPI协议的数据传输在低速率下较稳定，在低速率模式下调试成功后，再提高其通信速率；

（2）不同的设备的SPI协议的时序特性存在差别，如通信速率、高电平保持时间等；调试时需根据从设备的特性调整SPI时序。