嵌入式软件开发_SPI总线及通信协议详解
1.什么是SPI?
SPI是串行外设接口(Serial Peripheral Interface)的缩写，是 Motorola 公司推出的一种同步串行接口技术，是一种高速的，全双工，同步的通信总线。SPI应用广泛，主要应用在EEPROM、 FLASH、 实时时钟 、AD转换器及数字信号处理器和数字信号解码器之间。
图1 SPI 硬件接口示意图
图2 SPI全双工传输示意图
SPI通信有4线：SCK（同步时钟信号）、MISO（主接收从发送）、MOSI(主发送从接收)、CS片选信号。
SCK：作为同步通信的时钟，指示什么时候开始/结束通信，以及中间数据传输（主设备什么时候发送，从设备什么时候接收），时钟由主设备发出，控制（即主从设备之间的SCLK要匹配，否则就没法正常通讯了，即：保证时序上的一致才可正常通讯）。
MISO：SPI通信分为主设备（Master）和从设备（Slave），主设备intput，从设备output
MOSI：主设备发送（output输出），从设备接收（intput输入）
CS：SPI通信分为一主多从，主设备要想从多个从设备中选中和哪个从设备通信，直接将和从设备连接的CS引脚拉低即可。
2.SPI专业术语解释
① 空闲态
指的是SPI总线上没有数据发送时候的状态；
② 时钟极性(CPOL Clock Polarity)
SPI的CPOL，表示当SCLK空闲idle的时候，其电平的值是低电平0还是高电平1：
CPOL=0，时钟空闲idle时候的电平是低电平，所以当SCLK有效的时候，就是高电平，就是所谓的active-high；
CPOL=1，时钟空闲idle时候的电平是高电平，所以当SCLK有效的时候，就是低电平，就是所谓的active-low；
③ 时钟相位(CPHA Clock Phase)
时钟相位，实际指的就是发送和接受双方如何协调收发：
CPHA = 0，无论收发方，在第一个边沿（上升沿还是下降沿看CPOL=0还是1）处采样，在第二个边沿处发送数据；
CPHA=0，表示第一个边沿：
对于CPOL=0，idle时候的是低电平，第一个边沿就是从低变到高，所以是上升沿；
对于CPOL=1，idle时候的是高电平，第一个边沿就是从高变到低，所以是下降沿；
CPHA = 1，在第二个边沿处（上升沿还是下降沿看CPOL=0还是1）处采样，在第一个边沿处发送数据。
CPHA=1，表示第二个边沿：
对于CPOL=0，idle时候的是低电平，第二个边沿就是从高变到低，所以是下降沿；
对于CPOL=1，idle时候的是高电平，第一个边沿就是从低变到高，所以是上升沿；
3.CPOL CPHA的四种组合
CPOL和CPHA，分别都可以是0或1，对应的四种组合如下表所示
MODE0 | CPOL=0,CPHA=0 | MODE3 | CPOL=1,CPHA=0 |
MODE1 | CPOL=0,CPH=1 | MODE4 | CPOL=1,CPH=1 |
结合前面讲的理论知识，下面的图就很好理解啦！
4.SPI通信协议
SPI通信协议总结起来就是一句话，解决SPI通信问题：
（1）数据发送高位在前还是低位在前：比如0x55（0101 0101），先发送第0位的1还是第7位的0？
高位在前，先发送0（MSB），最后发送1（LSB）
（2）怎么区分正在发送数据还是处在空闲，例如0xff（1111 1111）：区分空闲和数据发送？
① 在开始发送之前，SCK处在空闲态（根据CPOL时钟极性设置规定，持续输出高电平（CPOL=1）或者低电平（CPOL=0））；② 开始发送时候，主设备会控制SCK发生变化（低电平转高电平，高电平转换低电平），直到数据发送完；③ SCK会继续回到空闲状态（持续输出高电平或者低电平）。
（3）发送方什么时候发送？
根据CPHA时钟相位设置，向数据线上放数据：CPHA=1，在第一个边沿处，向数据线上放数据（发送）；CPHA=0，在第二个边沿处，向数据线上放数据（发送）
（4）接收方什么时候接收？
根据CPHA设置采样（读取数据）：CPHA=1，在第二个边沿处，从数据线上采样（读取数据），CPHA=0，在第一个边沿处，从数据线上采样（读取数据）。
5.SPI内部工作机制
SSPSR是 SPI 设备内部的移位寄存器(Shift Register)。 它的主要作用是根据SPI 的时钟信号状态, 往SSPBUF 里移入或者移出数据， 每次移动的数据大小由Bus-Width 以及Channel-Width 所决定。
6.SPI通信特点
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可靠性上有一定的缺陷。
SPI的传输都是以8bit一个字节为单位的（一帧）。
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