【通信传输协议】总线协议之SPI

一、SPI简介

串行外设接口 serial peripheral interfacce，是摩托罗拉公司最先推出的一种同步串行传输规范。

高速、全双工、同步的串行通信总线。

SPI有主从两种模式，通常由一主多从模块组成。

SPI通信需要至少4根线，单向传输时3根，MISO（主设备入）、MOSI（主设备出）、SCLK和CS/SS（片选）。

二、SPI通信原理及通信过程

SPI通信方式主要由一主一从和一主多从。其中一主多从通信方式又分为常规模式和菊花链模式。

• 常规模式

常规模式比一主一从多了片选线，其他情况跟一主一从模式一致。

• 菊花链模式

菊花链模式是由主机的MOSI连到第一台从机的MOSI，再由MISO-MOSI在设备间互联，由最后一台从机MISO到主机的MISO。

• 通信原理

SPI主设备和从设备都有一个串行移位寄存器，Master通过向Slave的串行寄存器写入一个字节来发起一次传输。SPI只有主模式和从模式之分，没有读和写的说法，外设的写操作和读操作是同步完成的。

即：每次Master所谓的往Slave中“写入”数据时，Slave的移位寄存器会把最后一位“写”给Master，所以说读写操作是同步的。如果Master想要“读”Slave“时，就往Slave中随便传输一个数，Slave就会向Master发送移位寄存器中最后一位的数。

"SPI发送数据是从高位开始，UART发送数据是从低位开始。比如一个字节0x6B，0110_1011，SPI先发0，UART先发1。"

• 通信过程
  • 1、主设备发起信号，将CS/SS拉低，启动通信；
  • 2、主设备通过发送时钟信号，告诉从设备进行写数据或者读数据操作（采样时机可能是时钟上升沿或下降沿），因为SPI有4种通信模式，它将立即读取数据线上的信号，从而收到1bit；
  • 3、主设备将要发送的数据写到发送数据缓存区（Memory），Memory经过移位寄存器（缓存长度不一定），移位寄存器通过MOSI信号将字节一位一位的移位传送给从机，同时MISO接口接收到的数据经过移位寄存器一位一位的移到接收缓存区。
  • 4、从机也将自己的串行移位寄存器中的内容通过MISO信号线返回给主机，同时通过MOSI信号线接收主机发送的数据，这样两个移位寄存器中的内容就被交换。

 SPI传输完一个字节后无需应答即可开始下一个字节的传送。

三、极性和相位

SPI通过串行时钟极性（CPOL）和相位（CPHA）的搭配来得到四种工作模式，也就是四种采样时机。

CPOL：表示SCLK空闲时的状态

       CPOL = 0，串行时钟空闲状态为低电平；

       CPOL = 1，串行时钟空闲状态为高电平；

CPHA：表示采样时刻

       CPHA = 0，串行时钟的第一个跳变沿（上升沿或下降沿）采集数据；

　　CPHA = 1，串行时钟的第二个跳变沿（上升沿或下降沿）采集数据；

四、SPI和IIC的区别

相同点：

都是串行，同步总线；

均采用TTL电平，传输距离有限，不同于485可以最长传输1200m；

均采用主从方式工作。

不同点：

IIC半双工， SPI全双工；

IIC多主多从，所以需要应答机制，确定数据没有发错；SPI一主一从或多从，没有应答机制；IIC通过向总线广播从机地址来寻址，SPI通过向对应从机发送使能信号来寻址；

IIC时钟极性和相位固定，SPI时钟极性和相位可调。