SPI驱动和协议（一）-SPI协议简介

参考：

https://www.cnblogs.com/aaronLinux/p/6219146.html

https://www.cnblogs.com/reality-soul/p/6170879.html

https://blog.csdn.net/yaolanshu_june/article/details/52356138

这几个已经说的很清楚了，没必要重复，这里只是总结下常用的

1. 标准SPI，Dual SPI和Qual SPI

1.1 标准SPI
标准SPI通常就称SPI，它是一种串行外设接口规范，有4根引脚信号：clk , cs, mosi, miso
1.2 Dual SPI
它只是针对SPI Flash而言，不是针对所有SPI外设。对于SPI Flash，全双工并不常用，因此扩展了mosi和miso的用法，让它们工作在半双工，用以加倍数据传输。
也就是对于Dual SPI Flash，可以发送一个命令字节进入dual mode，这样mosi变成SIO0（serial io 0），mosi变成SIO1（serial io 1）,这样一个时钟周期内就能传输2个bit数据，加倍了数据传输。
1.3 Qual SPI
与Dual SPI类似，也是针对SPI Flash，Qual SPI Flash在Dual SPI基础上增加了两根I/O线（SIO2,SIO3），目的是一个时钟内传输4个bit所以对于SPI Flash，有标准spi flash，dual spi , qual spi 三种类型，分别对应3-wire(因为mosi和miso单工), 4-wire, 6-wire，在相同clock下，线数越多，传输速率越高。
btw：spi flash一般为NOR Flash

1.SPI协议简介

1.1.SPI协议概括

　　SPI，是英语Serial Peripheral interface的缩写，顾名思义就是串行外围设备接口。是Motorola首先在其MC68HCXX系列处理器上定义的。SPI接口主要应用在 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。SPI，是一种高速的，全双工，同步的串行通信总线，，在主器件的移位脉冲下，数据按位传输，高位在前，低位在后. 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，比如AT91RM9200.

　　SPI的通信原理很简单，它以主从方式工作，这种模式通常有一个主设备和一个或多个从设备，需要至少4根线，事实上3根也可以（单向传输时）。也是所有基于SPI的设备共有的，它们是SDI（数据输入），SDO（数据输出），SCK（时钟），CS（片选）。

• SDO     – 主设备数据输出，从设备数据输入
• SDI      – 主设备数据输入，从设备数据输出
• SCLK   – 时钟信号，由主设备产生
• CS        – 从设备使能信号，由主设备控制

　　CS: 其中CS是控制芯片是否被选中的，也就是说只有片选信号为预先规定的使能信号时（高电位或低电位），对此芯片的操作才有效，这就允许在同一总线上连接多个SPI设备成为可能。

　　SDI/SDO/SCLK: 通讯是通过数据交换完成的，这里先要知道SPI是串行通讯协议，也就是说数据是一位一位的传输的。这就是SCK时钟线存在的原因，由SCK提供时钟脉冲，SDI，SDO则基于此脉冲完成数据传输。数据输出通过 SDO线，数据在时钟上升沿或下降沿时改变，在紧接着的下降沿或上升沿被读取。完成一位数据传输，输入也使用同样原理。这样，在至少8次时钟信号的改变（上沿和下沿为一次），就可以完成8位数据的传输。

　　要注意的是，SCK信号线只由主设备控制，从设备不能控制信号线。同样，在一个基于SPI的设备中，至少有一个主控设备。这样传输的特点：这样的传输方式有一个优点，与普通的串行通讯不同，普通的串行通讯一次连续传送至少8位数据，而SPI允许数据一位一位的传送，甚至允许暂停，因为SCK时钟线由主控设备控制，当没有时钟跳变时，从设备不采集或传送数据，也就是说，主设备通过对SCK时钟线的控制可以完成对通讯的控制。SPI还是一个数据交换协议：因为SPI的数据输入和输出线独立，所以允许同时完成数据的输入和输出。不同的SPI设备的实现方式不尽相同，主要是数据改变和采集的时间不同，在时钟信号上沿或下沿采集有不同定义，具体请参考相关器件的文档。

在点对点的通信中，SPI接口不需要进行寻址操作，且为全双工通信，显得简单高效。在多个从设备的系统中，每个从设备需要独立的使能信号，硬件上比I2C系统要稍微复杂一些。

 1.SCLK只能被主端控制，从端接收。

2.可以同时发出和接收串行数据;

3.可以当作主机或从机工作;

4.提供频率可编程时钟;

5.发送结束 中断标志;

6.写冲突保护;

7.总线竞争保护等

最后，SPI接口的一个缺点：没有指定的流控制，没有应答机制确认是否接收到数据。

SPICLK、MOSI、MISO及 /SS，其中SPICLK是整个SPI总线的公用时钟，MOSI、MISO作为主机，从机的输入输出的标志，MOSI是主机的输出，从机的输入，MISO 是主机的输入，从机的输出。/SS是从机的标志管脚，在互相通信的两个SPI总线的器件，/SS管脚的电平低的是从机，相反/SS管脚的电平高的是主机。在一个SPI通信系统中，必须有主机。SPI总线可以配置成单主单从，单主多从，互为主从。

SPI四种工作模式：
SPI 模块为了和外设进行数据交换，根据外设工作要求，其输出串行同步时钟极性和相位可以进行配置，时钟极性（CPOL）对传输协议没有重大的影响。
• 如果 CPOL=0，串行同步时钟的空闲状态为低电平；
• 如果CPOL=1，串行同步时钟的空闲状态为高电平。
• 时钟相位（CPHA）能够配置用于选择两种不同的传输协议之一进行数据传输。
• 如果CPHA=0，在串行同步时钟的第一个跳变沿（上升或下降）数据被采样；
• 如果CPHA=1，在串行同步时钟的第二个跳变沿（上升或下降）数据被采样。

• SPI主模块和与之通信的外设备时钟相位和极性应该一致。