（学习笔记） SPI通信协议

概念

SPI, Serial Perripheral Interface, 串行外围设备接口, 是 Motorola 公司推出的一种通信接口技术。

SPI，是一种高速的，全双工，同步串行通信总线，并且在芯片的管脚上只占用四根线（MISO,MOSI,NSS,SCK）。

主要应用在 EEPROM，FLASH，实时时钟，AD转换器，还有数字信号处理器和数字信号解码器之间。

引脚

SPI接口经常被称为4线串行总线，以主/从方式工作，数据传输过程由主机初始化。4条信号线分别为：

1) SCK：串行时钟，用来控制数据交换的时机和速率，由主机提供；
//serial clock output for masters and input for slaves
2) MOSI：主机输出从机输入数据线；
3) MISO：主机输入从机输出数据线；
4) NSS：从机选择线，低电平有效，由主机控制。

在SPI总线上，某一时刻可以出现多个从机，但只能存在一个主机，主机通过片选线来确定要通信的从机（也就是任何时刻只能有一对主从机在通信）。这就要求从机的MISO口具有三态特性，使得该口线在器件未被选通时表现为高阻抗。

引脚连接

从图中看到，主机的NSS信号为高电平，从机的NSS信号被主机片选。

原理

如图：
1.MISO引脚相连接，MOSI引脚相互连接。这样，主从设备之间串行地传输且通信总是由主设备发起。
2.主设备通过MOSI脚把数据发给从设备的同时，从设备通过MISO脚传回数据给主设备。这个全双工的过程是由时钟信号SCK控制同步的。
3.时钟信号由主设备通过SCK脚提供。

框图

简析：
1. 从图中可以具体的看出SCK信号，由波特率发生器产生，传给从机和自己的通信控制寄存器中。
2. 波特率的大小由SPL_CR1寄存器的BR2,BR1,BR0三个位决定。
3. 通信控制由SPL_CR1寄存器的MSTR,SSM,SSI三个位和NSS控制，通信控制控制通信过程中的错误如CRC校验错误，模式错误，溢出。
4. 主控制电路控制，输入输出的逻辑门电路打开与关闭。

主从选择

NSS模式可以由硬件或软件设置。

软件设置（内部至高或低）：
主机设置：

从机设置：

即SSM至为1时，外部NSS引脚置为它用，内部NSS引脚可以通过SSI位来驱动。

时钟信号的相位和极性

1.SPI接口可由CPOL和CPHA设置4种不同传输格式时序

2.SCK的空闲状态必须和SPI_CR1寄存器指定的极性一致(CPOL为’1’时，空闲时应上拉SCK为高电平；CPOL为’0’时，空闲时应下拉SCK为低电平)。

3.CPHA=0时，数据出现快于时钟的第一个边沿。CPHA=1时，数据出现与时钟的第一个边沿同步。

如果CPHA(时钟相位)位被置’1’，SCK时钟的第二个边沿(CPOL位为0时就是下降沿，CPOL位为’1’时就是上升沿)进行数据位的采样，数据在第二个时钟边沿被锁存。
如果CPHA位被清’0’，SCK时钟的第一边沿(CPOL位为’0’时就是下降沿，CPOL位为’1’时就是上升沿)进行数据位采样，数据在第一个时钟边沿被锁存。

这么多模式，主要是为了配合外部芯片。

数据帧格式

状态标志

SPI中断

配置过程

数据的传输过程