SPI通信协议简介

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SPI，全称Serial Peripheral Interface，是串行外围设备接口的缩写。此接口由Motorola公司首先在其MC68HCXX系列处理器上定义，并在后续发展中被广泛应用于各种微控制器和外围设备之间。SPI接口主要用于连接EEPROM、FLASH、实时时钟、AD转换器等设备，以及数字信号处理器和数字信号解码器。

1.SPI特点


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1）主-从模式（Master-Slave）：

SPI通信中，一个主设备（Master）可以控制多个从设备（Slave）。

主设备通过SCK管脚提供时钟信号给从设备，从设备不能产生或控制时钟信号。

2）同步方式（Synchronous）：

数据传输基于同步方式，通过时钟极性（CPOL）和时钟相位（CPHA）控制数据的交换和采样。

3）数据交换（Data Exchanges）：

SPI设备间的数据传输被称为数据交换，因为每次通信都涉及数据的发送和接收。
主设备通过SS/CS pin对从设备进行片选，实现对其的访问。

在数据传输过程中，每次接收到的数据必须在下次数据传输前被采样，否则可能会导致数据丢失或SPI模块失效。

4）传输模式：

SPI支持四种传输模式：上升沿、下降沿、前沿和后沿触发。

同时，SPI还支持MSB（最高位优先）和LSB（最低位优先）传输方式。

5）主从模式：

SPI接口只有主模式和从模式之分，没有单独的读和写操作。

在通信过程中，主设备和从设备实质上是在交换数据，即每次发送一个数据都会同时接收到一个数据。

2.SPI设备间通信工作机制


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2.1 概述

SPI（Serial Peripheral Interface）设备间的通信基于几个关键组件的协同工作，这些组件包括SSPBUF（Synchronous Serial Port Buffer）、SSPSR（Synchronous Serial Port Register）和Controller。下面我们将逐一解释这些组件的功能。

2.1.1 SSPBUF（Synchronous Serial Port Buffer）

SSPBUF，即同步串行端口缓冲区，是SPI设备内部的一个缓冲区，通常以FIFO（先进先出）的形式存在。它的主要功能是保存传输过程中的临时数据，确保数据的连续性和稳定性。

2.1.2 SSPSR（Synchronous Serial Port Register）

SSPSR，即同步串行端口寄存器，也称为移位寄存器（Shift Register）。它的作用是根据预设的数据位宽（bit-width），将数据从SSPBUF中移入或移出。这是SPI通信中数据交换的关键步骤。

2.1.3 Controller

Controller，即控制器，是SPI设备中的控制寄存器。通过配置这些寄存器，用户可以设置SPI总线的传输模式，如主从模式、数据位宽、时钟极性和相位等。

2.2 通信管脚


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SPI设备的通信主要通过以下四个管脚（pin）进行：

SCK（Serial Clock）：串行时钟。由Master设备向Slave设备传输时钟信号，控制数据交换的时机和速率。

SS/CS（Slave Select/Chip Select）：片选/从设备选择。用于Master设备选择特定的Slave设备进行通信，确保只有被选中的Slave设备能够响应Master设备的请求。

SDO/MOSI（Serial Data Output/Master Out Slave In）：串行数据输出/主设备输出从设备输入。在Master设备上通常被称为Tx-Channel（发送通道），用于SPI设备发送数据。

SDI/MISO（Serial Data Input/Master In Slave Out）：串行数据输入/主设备输入从设备输出。在Master设备上通常被称为Rx-Channel（接收通道），用于SPI设备接收数据。

2.3 通信过程

在SPI设备通信过程中，Master设备和Slave设备之间形成一个数据链路回环（Data Loop）。通过SDO和SDI管脚，SSPSR控制数据在SSPBUF中的移入和移出。Controller则确定SPI总线的通信模式，而SCK则负责传输时钟信号，确保数据在正确的时机和速率下进行交换。