用GPIO模拟SPI协议的实现
一 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，同步的通信总线，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）。
（1 ）SDO – 主设备数据输出，从设备数据输入
（2 ）SDI – 主设备数据输入，从设备数据输出
（3 ）SCLK – 时钟信号，由主设备产生
（4 ）CS – 从设备使能信号，由主设备控制
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。
接下来就负责通讯的3 根线了。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。
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。
AT91RM9200 的SPI 接口主要由4 个引脚构成：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 的片选可以扩充选择16 个外设, 这时PCS 输出=NPCS, 说NPCS0~3 接4-16 译码器, 这个译码器是需要外接4-16 译码器，译码器的输入为NPCS0~3 ，输出用于16 个外设的选择。
详细的SPI 规范可参考SPI 协议。
二 GPIO 模拟SPI 的实现
下面将结合本人项目中的经验来详细描述如何用GPIO 来模拟SPI 协议
项目中要求实现一块 LCD 为 ssd1815br1 的驱动，它与 BB 的通信使用 SPI 协议，由于 BB 上 SPI 总线已使用完， 因此考虑使用 GPIO 来模拟实现。
GPIO 对应 SPI 引脚的关系如下：
（1 ）SDO – GPIO0 （BB 到LCD 的数据线）
（2 ）SDI – 无， 因为暂时不需要BB 接收来自LCD 的数据
（3 ）SCLK – GPIO1
（4 ）CS – 接地， 使LCD 一直处于使能状态。
接下来就是要实现SPI 的协议了， SPI 有4 种传输模式：
开发者可根据具体设备使用的是哪种模式来实现之， 我们项目种的这块LCD 的模式为CPOL=1, CPHA=1.
具体实现如下：
#define SPI_DATA GPIO0
#define SPI_CLK GPIO1
void spi_write(char data)
{
int8 i = 7;
uint8 mask[] = {0x01, 0x02, 0x04, 0x08, 0x10, 0x20, 0x40, 0x80};
for(; i >= 0; i--) {
gpio_out(SPI_CLK, GPIO_LOW_VALUE); /* 把clock 线拉低，模拟一个时钟*/
gpio_out(SPI_DATA, ((data & mask[i]) >> i)); /* 把数据送上DATA 线*/
spi_delay(10); /* 等待适当的时间，以等待数据稳定*/
gpio_out(SPI_CLK, GPIO_HIGH_VALUE); /* 拉高clock 线，让设备端接收数据*/
spi_delay(10);
}
}
实际上模拟SPI 是很简单的事情， 只要对照SPI 传输模式的时序图来模拟就行了。需要注意的是一定要有个等待时间，以使数据在数据线上稳定下来， 并使设备端有时间取数据。刚开始调试的时候可以适当把等待时间延长一点，当调通了SPI 后在降下等待时间。
我写的等待时间如下：
#define spi_delay(delay) /
{ /
register uint32 i = 0; /
while(i < delay) { /
__asm{ /
NOP; /
NOP; /
NOP; /
NOP; /
}; /
i -= 4; /
} /
}