不管是網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域還是通信領(lǐng)域，只要是跟電子，跟智能有關(guān)系的地方，你都能發(fā)現(xiàn)它們自身都具有一定的協(xié)議。那么我們現(xiàn)在將要為大家介紹的就是SPI總線協(xié)議。SPI總線協(xié)議算是一種通信協(xié)議，那么它的具體概念是什么呢？現(xiàn)在我們就來從文中了解一下吧。

SPI，是英語Serial Peripheral Interface的縮寫，顧名思義就是串行外圍設(shè)備接口。SPI，是一種高速的，全雙工，同步的通信總線，并且在芯片的管腳上只占用四根線，節(jié)約了芯片的管腳，同時(shí)為PCB的布局上節(jié)省空間，提供方便，正是出于這種簡單易用的特性，現(xiàn)在越來越多的芯片集成了這種SPI總線協(xié)議。

SPI是一個(gè)環(huán)形總線結(jié)構(gòu)，由ss(cs)、sck、sdi、sdo構(gòu)成，其時(shí)序其實(shí)很簡單，主要是在sck的控制下，兩個(gè)雙向移位寄存器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

上升沿發(fā)送、下降沿接收、高位先發(fā)送。

上升沿到來的時(shí)候，sdo上的電平將被發(fā)送到從設(shè)備的寄存器中。

下降沿到來的時(shí)候，sdi上的電平將被接收到主設(shè)備的寄存器中。

假設(shè)主機(jī)和從機(jī)初始化就緒：并且主機(jī)的sbuff=0xaa (10101010)，從機(jī)的sbuff=0x55 (01010101)，下面將分步對SPI總線協(xié)議中的8個(gè)時(shí)鐘周期的數(shù)據(jù)情況演示一遍(假設(shè)上升沿發(fā)送數(shù)據(jù))。

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脈沖   主機(jī)sbuff從機(jī)sbuff sdisdo
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000-0 10101010 01010101  0  0
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10--1 0101010x 10101011  0  1
11--0 01010100 10101011  0  1
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20--1 1010100x 01010110  1  0
21--0 10101001 01010110  1  0
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30--1 0101001x 10101101  0  1
31--0 01010010 10101101  0  1
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40--1 1010010x 01011010  1  0
41--0 10100101 01011010  1  0
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50--1 0100101x 10110101  0  1
51--0 01001010 10110101  0  1
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60--1 1001010x 01101010  1  0
61--0 10010101 01101010  1  0
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70--1 0010101x 11010101  0  1
71--0 00101010 11010101  0  1
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80--1 0101010x 10101010  1  0
81--0 01010101 10101010  1  0
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#p#這樣就完成了兩個(gè)寄存器8位的交換，上面的0--1表示上升沿、1--0表示下降沿，sdi、 sdo相對于主機(jī)而言的。根據(jù)以上分析，一個(gè)完整的傳送周期是16位，即兩個(gè)字節(jié)，因?yàn)椋紫戎鳈C(jī)要發(fā)送命令過去，然后從機(jī)根據(jù)主機(jī)的名準(zhǔn)備數(shù)據(jù)，主機(jī)在下一個(gè)8位時(shí)鐘周期才把數(shù)據(jù)讀回來。

SPI總線是Motorola公司推出的三線同步接口，同步串行3線方式進(jìn)行通信:一條時(shí)鐘線SCK，一條數(shù)據(jù)輸入線MOSI，一條數(shù)據(jù)輸出線MISO;用于 CPU與各種外圍器件進(jìn)行全雙工、同步串行通訊。SPI總線協(xié)議主要特點(diǎn)有:可以同時(shí)發(fā)出和接收串行數(shù)據(jù);可以當(dāng)作主機(jī)或從機(jī)工作;提供頻率可編程時(shí)鐘;發(fā)送結(jié)束中斷標(biāo)志;寫沖突保護(hù);總線競爭保護(hù)等。

SPI總線有四種工作方式(SP0, SP1, SP2, SP3)，其中使用的最為廣泛的是SPI0和SPI3方式。

SPI模塊為了和外設(shè)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，根據(jù)外設(shè)工作要求，其輸出串行同步時(shí)鐘極性和相位可以進(jìn)行配置，時(shí)鐘極性(CPOL)對傳輸協(xié)議沒有重大的影響。如果CPOL=0，串行同步時(shí)鐘的空閑狀態(tài)為低電平；如果CPOL=1，串行同步時(shí)鐘的空閑狀態(tài)為高電平。時(shí)鐘相位(CPHA)能夠配置用于選擇兩種不同的傳輸協(xié)議之一進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。如果 CPHA=0，在串行同步時(shí)鐘的***個(gè)跳變沿(上升或下降)數(shù)據(jù)被采樣；如果CPHA=1，在串行同步時(shí)鐘的第二個(gè)跳變沿(上升或下降)數(shù)據(jù)被采樣。 SPI主模塊和與之通信的外設(shè)音時(shí)鐘相位和極性應(yīng)該一致。

SPI功能模塊的設(shè)計(jì)

根據(jù)功能定義及SPI的工作原理，將整個(gè)IP Core分為8個(gè)子模塊：uC接口模塊、時(shí)鐘分頻模塊、發(fā)送數(shù)據(jù)FIFO模塊、接收數(shù)據(jù)FIFO模塊、狀態(tài)機(jī)模塊、發(fā)送數(shù)據(jù)邏輯模塊、接收數(shù)據(jù)邏輯模塊以及中斷形式模塊。

深入分析SPI總線協(xié)議的四種傳輸協(xié)議可以發(fā)現(xiàn)，根據(jù)一種協(xié)議，只要對串行同步時(shí)鐘進(jìn)行轉(zhuǎn)換，就能得到其余的三種協(xié)議。為了簡化設(shè)計(jì)規(guī)定，如果要連續(xù)傳輸多個(gè)數(shù)據(jù)，在兩個(gè)數(shù)據(jù)傳輸之間插入一個(gè)串行時(shí)鐘的空閑等待，這樣狀態(tài)機(jī)只需兩種狀態(tài)(空閑和工作)就能正確工作。