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1、SPI协议及工作原理分析一、概述. SPI,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(DS
2、P)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.二、特点 1.采用主-从模式(Master-Slave)的控制方式 SPI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
3、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. 2.采用同步方式(Synchronous)传输数据 Master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. 3.数据交换(DataExchang
4、es) 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. 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
5、设备选上. 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.三、工作机制 1.概述 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): SSPBUF,SynchronousSerialPortBuff
6、er,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; SSPSR,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. 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:
7、 SCK,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; SDO/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
8、/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; SPI设备在进行通信的过程中,Master设备和Slave设备之间
