关于SPI协议及驱动开发

SPI的概述（部分内容摘自百度百科）

SPI是英文Serial Peripheral Interface的缩写，中文意思是串行外围设备接口，SPI是Motorola公司推出的一种同步串行通讯方式，是一种三线同步总线，因其硬件功能很强，与SPI有关的软件就相当简单，使CPU有更多的时间处理其他事务。

SPI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。

       SPI总线系统是一种同步串行外设接口，它可以使MCU与各种外围设备以串行方式进行通信以交换信息。该接口一般使用4条线：串行时钟线（SCLK）、主机输入/从机输出数据线MISO、主机输出/从机输入数据线MOSI和低电平有效的从机选择线SS(有的SPI接口芯片带有中断信号线INT或INT、有的SPI接口芯片没有主机输出/从机输入数据线MOSI)。

       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）它们是SDI（数据输入），SDO（数据输出），SCLK（时钟），CS（片选信号）。

（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，主设备产生

（4）   CS – 从设备使能信号，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。

 

SPI的工作方式

       SPI 在CPU与外部设备之间传输1-bit串行数据，SPI允许CPU和DMA访问传输和接受FIFOs，并且支持两个方向的同时传输，即全双工。SPI有两个channel，TX channel和RX channel。TX channel从TX FIFO到外部设备，RX channel 从外部设备到RX FIFO。

       CPU或DMA可以将数据写到SPI_TX_DATA寄存器上，再由寄存器自动的将数据移到TX FIFOs，如果从RX FIFOs中读数据的话，CPU或DMA可以访问SPI_RX_DATA, RX FIFOs中的数据会自动送到SPI_RX_DATA中。

       SPI有两种工作模式，master和slave，在master方式下，SPICLK由主设备产生并传送到外部设备。SS（低电平有效）信号用来选择slave，在一对多的工作模式下，可以使能不同的slave设备。SPI支持DMA，中断和轮询工作方式。

       SPI支持四种工作格式，根据CPOL(时钟极性)和CPHA(时钟相位)来定义四种格式。

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。

 

结合datasheet，需要顺序的设置功能寄存器。

SPI驱动

由于SPI协议比较简单，所以驱动可以做成Build-in的流驱动，根据流驱动的规范，这样可以实现DllEntry ，SPI_Init，SPI_Open，SPI_Read，SPI_Write，SPI_IOControl，SPI_PowerDown，SPI_PowerUp，SPI_Deinit，SPI_Close，SPI_Seek等接口函数，其中SPI_Seek和SPI_Close可以不用实现。当驱动被加载的时候，就需要去初始化系统资源，创建一些线程，并且关联一些中断，如SPI中断，DMA中断等。在整个驱动里，支持DMA，中断和轮询等工作方式。创建多个初始化就运行的线程，如ThreadForTx，ThreadForRx，ThreadForSpi，ThreadForRxDmaDone，ThreadForTxDmaDone。通过与硬件中断关联的事件和软件中断来配合实现数据的收发。例如，应用程序可以通过CreateFile打开驱动句柄，并通过DeviceIoControl进行配置，此时SPI将被调用，当调用SPI_Read时，可以通过设置事件来使能ThreadForRx，使其被唤醒并根据所设置的工作方式进行读取数据，当 工作结束时，就可以通知SPI_Read，整个读取过程结束。

整个过程相对简单，但是如果要很好的工作，就需要slave与master设置一致。驱动尽可能做的与外部设备无关。因为工作中，时间有限，只要调试成功，能够正常工作，就很少再去考虑驱动的完善。这是目前自己比较欠缺的。希望在工作中不断加深认识，学习协议，多看源码。

点滴记录自己的成长历程，如有认识错误，敬请指出。