SPI总线详细说明

1. SPI简介

SPI，是英语Serial Peripheral interface的缩写，顾名思义就是串行外围设备接口。
SPI接口主要应用在 EEPROM，FLASH，实时时钟，AD转换器，还有数字信 处理器和数字信 解码器之间。
SPI，是一种高速的，全双工，同步的通信总线，并且在芯片的管脚上只占用四根线，节约了芯片的管脚，同时为PCB的布局上节省空间，提供方便，正是出于这种简单易用的特性，现在越来越多的芯片集成了这种通信协议。

2. SPI特点

2.1 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 (Slave Select) 来控制多个 Slave 设备, SPI 协议还规定 Slave 设备的 Clock 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。

SSPSR, Synchronous Serial Port Register, 泛指 SPI 设备里面的移位寄存器(Shift Regitser), 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；

SCK, Serial Clock, 主要的作用是 Master 设备往 Slave 设备传输时钟信 , 控制数据交换的时机以及速率;

SS/CS, Slave Select/Chip Select, 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, Serial Data Output/Master Out Slave In, 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, Serial Data Input/Master In Slave Out, 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 设备之间会产生一个数据链路回环(Data Loop), 就像上图所画的那样, 通过 SDO 和 SDI 管脚, SSPSR 控制数据移入移出 SSPBUF, Controller 确定 SPI 总线的通信模式, SCK 传输时钟信 。

3.2 Timing

3.2.3 CPOL极性

先说什么是SCLK时钟的空闲时刻，其就是当SCLK在数发送8个bit比特数据之前和之后的状态，于此对应的，SCLK在发送数据的时候，就是正常的工作的时候，有效active的时刻了。
先说英文，其精简解释为：Clock Polarity = IDLE state of SCK。再用中文详解：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；

3.2.4 CPHA相位

首先说明一点，capture strobe = latch = read = sample，都是表示数据采样，数据有效的时刻。
相位，对应着数据采样是在第几个边沿（edge），是第一个边沿还是第二个边沿，0对应着第一个边沿，1对应着第二个边沿。
对于：
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，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；还是上图大家更容易看懂

3.4 SSPBUF

4. SPI举例

上面说了那么多，在这里我来举一个例子帮助大家理解。
SPI是一个环形总线结构，由ss（cs）、sck、sdi、sdo构成，其时序其实很简单，主要是在sck的控制下，两个双向移位寄存器进行数据交换。
假设下面的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 数据将会是sdo=1；寄存器=0101010x。下降沿到来的时候，sdi上的电平将所接收数据存到寄存器中去，那么这时寄存器=0101010sdi，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。
举例：假设主机和从机初始化就绪：并且主机的sbuff=0xaa，从机的sbuff=0x55，下面将分步对spi的8个时钟周期的数据情况演示一遍:假设上升沿发送数据.

5. STM32驱动

STM32的spi较为简单，因为STM32的内部集成有SPI。

5.1 SPI的初始化

[cpp] view plaincopy

1. void SPIInit(void)
2. {
3. SPI_InitTypeDef SPI_InitStructure;
4. //初始化SPI与GPIO口的连接
5. FLASH_GPIO_Init();
7. /*!
8. CE_High();
10. /*!
11. SPI_InitStructure.SPI_Direction = SPI_Direction_2Lines_FullDuplex;
12. SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Master;
13. SPI_InitStructure.SPI_DataSize = SPI_DataSize_8b;
14. SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_High;
15. SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_2Edge;
16. SPI_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft;
17. SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_8;
20. SPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB;
21. SPI_InitStructure.SPI_CRCPolynomial = 7;
22. SPI_Init(SPI1, &SPI_InitStructure);
23. /*!
24. SPI_Cmd(SPI1, ENABLE);
25. }

5.2 SPI写1个字节

[cpp] view plaincopy

1. uint8 Send_Byte(uint8 data)
2. {
9. }

5.3 SPI读一个字节

[cpp] view plaincopy

1. uint8 Get_Byte(void)
2. {
3. //发送不为空
9. }