SPI總線的英文全稱為Serial Peripheral Interface，顧名思義為串行外設(shè)接口。SPI通信協(xié)議是一種同步串行通信接口規(guī)范，主要應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)中的短距離通信。該接口由摩托羅拉在20世紀(jì)80年代中期開(kāi)發(fā)，后發(fā)展成了行業(yè)規(guī)范。
SPI通信中有4種不同的操作模式，不同的從機(jī)設(shè)備可能在出廠時(shí)就被設(shè)置好了某種模式，并且無(wú)法更改。但是SPI通信必須處于同一種模式下才能進(jìn)行。因此我們應(yīng)該對(duì)自己手里的SPI主機(jī)設(shè)備進(jìn)行模式的配置，也就是通過(guò)CPOL(時(shí)鐘極性)和CPHA(時(shí)鐘相位)來(lái)控制SPI主設(shè)備的通信模式，具體如下：
時(shí)鐘極性(CPOL)定義了SCLK時(shí)鐘線空閑狀態(tài)時(shí)的電平：
1.CPOL=0，即SCLK=0，表示SCLK時(shí)鐘信號(hào)線在空閑狀態(tài)時(shí)的電平為低電平，因此有效狀態(tài)為高電平。
2.CPOL=1，即SCLK=1，表示SCLK時(shí)鐘信號(hào)線在空閑狀態(tài)時(shí)的電平為高電平，因此有效狀態(tài)為低電平。
時(shí)鐘相位(CPHA)定義了數(shù)據(jù)位相對(duì)于時(shí)鐘線的時(shí)序(即相位)：
1.CPHA=0，即表示輸出(out)端在上一個(gè)時(shí)鐘周期的后沿改變數(shù)據(jù)，而輸入(in)端在時(shí)鐘周期的前沿(或不久之后)捕獲數(shù)據(jù)。輸出端保持?jǐn)?shù)據(jù)有效直到當(dāng)前時(shí)鐘周期的尾部邊緣。對(duì)于第一個(gè)時(shí)鐘周期來(lái)說(shuō)，第一位的數(shù)據(jù)必須在時(shí)鐘前沿之前出現(xiàn)在MOSI線上。也就是一個(gè)CPHA=0的周期包括半個(gè)時(shí)鐘空閑和半個(gè)時(shí)鐘置位的周期。
2.CPHA=1，即表示輸出(out)端在當(dāng)前時(shí)鐘周期的前沿改變數(shù)據(jù)，而輸入(in)端在時(shí)鐘周期的后沿(或不久之后)捕獲數(shù)據(jù)。輸出端保持?jǐn)?shù)據(jù)有效直到下一個(gè)時(shí)鐘周期的前沿。對(duì)于最后一個(gè)時(shí)鐘周期來(lái)說(shuō)，從機(jī)設(shè)備在片選信號(hào)消失之前保持MISO信號(hào)線有效。也就是一個(gè)CHPA=1的周期包括半個(gè)時(shí)鐘置位和半個(gè)時(shí)鐘空閑的周期。
Note：此處的前沿和后沿的意思表示在每個(gè)周期中第一個(gè)出現(xiàn)的邊沿和最后一個(gè)出現(xiàn)的邊沿。總的來(lái)說(shuō)則為：當(dāng)時(shí)鐘為正向時(shí)鐘時(shí)，時(shí)鐘線的上升沿為前沿，時(shí)鐘的下降沿為后沿，反之。
如下表，為SPI通信的4種模式：
下圖顯示了時(shí)鐘極性和相位的時(shí)序圖。紅線表示時(shí)鐘的前沿，藍(lán)線表示時(shí)鐘的后沿。
SPI通信協(xié)議的優(yōu)點(diǎn)在于它有著比I2C更高的吞吐量，不被最大時(shí)鐘速度所限制，可實(shí)現(xiàn)潛在的高速、極為簡(jiǎn)單的硬件接口，外圍電路使用的上拉電阻是比I2C協(xié)議更少的，這意味著它比I2C的功耗更低、從機(jī)的時(shí)鐘來(lái)源來(lái)自主機(jī)設(shè)備，無(wú)需新增精密振蕩器、從機(jī)不需要唯一的地址、相對(duì)于并行接口而言，使用的引腳數(shù)目大大減少等優(yōu)點(diǎn)。但SPI通信協(xié)議同時(shí)有著一定的缺點(diǎn)，例如SPI沒(méi)有帶內(nèi)尋址、當(dāng)使用多個(gè)不同模式的從機(jī)設(shè)備時(shí)，主機(jī)設(shè)備切換模式時(shí)重新初始化，會(huì)使得訪問(wèn)從機(jī)設(shè)備速度變慢、SPI從機(jī)設(shè)備沒(méi)有硬件流控，只能通過(guò)主機(jī)自主地延遲下個(gè)時(shí)鐘周期到來(lái)的時(shí)間、僅能在短距離通信等缺點(diǎn)。但能在避免SPI的缺點(diǎn)的方向來(lái)應(yīng)用SPI的話，SPI總線接口的優(yōu)點(diǎn)讓它遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于其他通信協(xié)議。
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