和菜鸟一起学linux总线驱动之初识spi总线协议

       还记得第一次用spi设备的时候是大三暑假了，那时和队友一起买了无线模块，然后用单片机来无线传输，不过代码都不是自己写的，虽然实现了这个功能，但是当时还不知道什么spi的。大四了，学弟问我怎么用spi flash，顿感惭愧。后来他送我了一块flash，然后我用51参考网上的实现了下，才知道有这么个东西。之后公司里也渐渐用了些spi的设备，flash，codec，ads7843等，渐渐地也熟悉了这个东东。

       其实，总线协议只是为了减少io口，人为定义的。我们也可以定义协议，只要按照这个时序来就可以了。

       SPI（serial peripheral interface），就是串行外围设备接口。她是一种高速的，全双工，同步的通信总线，只有四根线。菜鸟嘛，高速应该好理解的，就是传输速率比较快，而对于什么全双工啊，同步啊的可能没什么概念。网上有举几个例子的，全双工是指在发送数据的同时也能够接收数据，两者同步进行，这好像我们平时打电话一样，说话的同时也能够听到对方的声音。半双工，所谓半双工就是指一个时间段内只有一个动作发生，举个简单例子，一条窄窄的马路，同时只能有一辆车通过，当目前有两辆车对开，这种情况下就只能一辆先过，等到头儿后另一辆再开。单工通信是指通信线路上的数据按单一方向传送，就像传呼机一样。同步传输是指通信双方有共同的时钟参考，能够通过时钟参考准确收发数据，通常这个时钟参考是同步时钟线或同一个时钟源。异步传输是指通信双方没有共同的时钟参考，通常每次收发数据时都需要有前导码进行速率同步。计算机的并口就是同步的，而RS-232串口和USB等就是异步的。

       SPI是一个环形总线结构，由ss(cs)、sck、sdi、sdo四根线组成，就是在sck的控制下，两个移位寄存器进行数据交换。

       上升沿发送，下降沿接收，高位先发送

       上升沿到来的时候，sdo上的电平将被发送到从设备的寄存器中。

下降沿到来的时候，sdi上的电平将被接收到主设备的寄存器中。

        假设主机和从机初始化就绪：并且主机的 sbuff=0xaa (10101010)，从机的 sbuff=0x55 (01010101)，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)。

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脉冲           主机 sbuff    从机sbuff      sdi     sdo

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0     00-0      10101010      01010101       0       0

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1     0--1      0101010x      10101011       0       1

1     1--0      01010100      10101011       0       1

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2     0--1      1010100x      01010110       1       0

2     1--0      10101001      01010110       1       0

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3     0--1      0101001x      10101101       0       1

3     1--0      01010010      10101101       0       1

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4     0--1      1010010x      01011010       1       0

4     1--0      10100101      01011010       1       0

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5     0--1      0100101x      10110101       0       1

5     1--0      01001010      10110101       0       1

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6     0--1      1001010x      01101010       1       0

6     1--0      10010101      01101010       1       0

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7     0--1      0010101x      11010101       0       1

7     1--0      00101010      11010101       0       1

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8     0--1      0101010x      10101010       1       0

8     1--0      01010101      10101010       1       0

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        这样就完成了两个寄存器8位的交换，上面的0--1表示上升沿、1--0表示下降沿，sdi、 sdo相对于主机而言的。根据以上分析，一个完整的传送周期是16位，即两个字节，因为，首先主机要发送命令过去，然后从机根据主机的名准备数据，主机在下一个8位时钟周期才把数据读回来。

       SPI总线是摩托罗拉公司推出的三线同步接口，同步串行3线方式进行通信：一条时钟SCK,一条数据输入线MOSI（master output slave input ），一条数据输出MISO（master input slave output）。SPI的主要特点有：可以同时发出和接收串行数据；可以当做主机或从机工作；提供频率可编程时钟；发送结束中断标志；写冲突保护；总线竞争保护等。

       SPI总线有四种工作方式（SPI0、SPI1、SPI2、SPI3），一般我们用到的是SPI0和SPI3的方式。

       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。

       下面看一下网上有的图：

 

       由上图很清晰明了地知道了CPOL分别为0、1的时候的时钟和CPHA分别为0,1时候的采样时间的区别了。

       不过一般来说都是用模式0的，我用的这些都是模式0的。

 

       就是上图这个时序了，当片选spi设备后，开始有数据在传输，一个时钟采样一个，就以这个传输数据了，总得来说还是挺简单的。

       还是看看SPI内部的结构图吧

 

        切记主机的输出是从机的输入，主机的输入是从机的输出。像串口一样的交叉连接。

        OK，对于SPI的协议就记录下这些了，用于以后的驱动的实现也够用了。