第19章_串行外围设备接口(SPI) (mpc83xx中文翻译 ).doc

第19章 串行外围设备接口（SPI）19.1 概述串行外围设备接口（SPI serial peripheral interface）允许MPC8349E与其他PowerQUICC系列芯片、MC68360、M68HC11和M68HC05微控制器系列以及其他系列设备交换数据。可以将SPI用于与外围设备的通信，例如EEPROM、实时时钟、A/D转换器和ISDN设备等。SPI是一个全双工、同步、面向字符的通道，支持四线接口（接收、发送、时钟和从选择）。SPI部件由发送器和接收器单元、一个独立的波特率发生器和一个控制单元组成。发送器和接收器单元使用相同的时钟。这个时钟在主模式下源自SPI波特率发生器，在从模式下由外部提供。在SPI传输过程中，同时发送和接收数据。SPI接收器和发送器都是双缓冲的，如图19-1所示，有效FIFO尺寸（等待时间）为两字符。首先移出SPI的MSB/LSB。当SPI模式寄存器禁止SPI时（SPMODEEN=0），它的功耗非常小。19.2 绪论SPI的结构图如图19-1所示。19-1 SPI结构图19.2.1 特征SPI的主要特征如下所示：l 四信号接口（SPIMOSI，SPIMISO，SPICLK和/SPISEL）l 全双工操作l 使用32位的数据字符或4位到16位的数据字符l 支持连续字符发送和接收l 支持8/16/32字符长度的反向数据模式l 支持主SPI模式l 支持多主环境l 最大时钟频率在主模式下为（系统时钟频率/4），在从模式下为（系统时钟频率/2）l 独立的可编程波特率发生器l 用于测试的本地回送能力l 漏极开路输出支持多主配置19.2.2 SPI发送和接收过程由于SPI是面向字符通信单元，因此由核负责是打包和解包接收和发送的帧。一帧包含一个完整的SPI传输会话中发送或接收的所有字符，从写入SPITD寄存器的第一个字符开始到设置SPCOMLST之后发送的最后一个字符为止。更多的信息参看19.4.1.4节“SPI命令寄存器（SPCOM）”。核通过读SPI接收数据保持寄存器（SPIRD）接收数据，然后SPI清除非空的SPIENE以释放SPIRD寄存器，为下一次接收操作做准备。核通过将数据写入SPI发送数据保持寄存器(SPITD)以发送数据，然后SPI清除SPI事件寄存器（SPIE）的非满位（NF），指示SPITD寄存器包含待发送的字符。当待发送的下一个字符为当前帧中最后一个字符时，核置位SPCOMLST，然后将最后一个字符写入SPITD。SPI核握手协议可以通过轮询或中断来实现。当采用轮询方式时，核按照预定义的频率读SPIE，并且根据SPIE位的值进行操作。轮询频率取决于SPI串行信道的频率。当采用中断机制时，置位SPIE的非满（NF）或非空（NE）位引起到e300核的中断。然后核读SPIE，并根据SPIE位的值进行操作。三个基本的发送和接收模式为主、从和多主模式。注意当非满（NF）和非空（NE）位均被置位时，e300核应在发送新数据前读取接收的数据。SPMODELEN确定硬件发送的字符的长度。核负责位处理，将数据打包或者解包成合适的字符长度。更多信息参看表19-4中SPMODELEN的说明。19.2.3 操作模式可以把SPI设定在在单主设备或多主设备环境下工作。本节介绍单主设备配置时的SPI主和从操作。同时也讨论了多主设备环境下SPI的操作。下面几节总结了SPI支持的主要操作模式。19.2.3.1 作为主设备的SPI在主设备模式下，SPI发送消息到从外设，从外设同时发回应答。带有多个从设备的单主设备可以使用通用并行I/O信号有选择地启用从设备，如图19-2所示。为了消除单主设备环境下的多主设备的错误，应通过外部上拉强制主设备的输入无效。图19-2 单主设备/多从设备的配置为了开始交换数据。e300将待发送数据写入SPITD寄存器。然后SPI为每一个字符在SPICLK产生可编程时钟脉冲。将Tx数据在SPI主出从入（SPIMOSI）移出，同时将Rx数据在SPI主入从出（SPIMISO）移入。在发送过程中，无论何时SPI发出请求，核都负责提供数据，从而保证操作的顺畅。在最后一个数据（LST命令和紧接其后的数据）发送完毕后，写入SPITD的第一个字符作为SPI的开始命令。SPI连续地发送和接收字符，直到SPCOMLST被置位或者有错误发生。只要发送缓冲区不满，SPI就置位SPIENF向中断控制器发送可屏蔽中断。在发送完最后一个字之后，SPI也置位NF。作为回应，核应读取与最后一个字相关的异常标志。只要接收缓冲区填充了数据，SPI就置位SPIENE，向中断控制器发送可屏蔽中断。19.2.3.2 作为从设备的SPI在从模式下，SPI设备接收来自SPI主设备的信息并且同时发送回答。从设备的必须在识别出Rx时钟之前有效。一旦信号有效，SPICLK就成为从主设备到从设备的输入。SPICLK可以为从DC到系统时钟/2之间的任意频率。核心将待发送数据送入SPITD寄存器，为数据传输做准备。一旦有效，从设备将数据从SPIMISO移出，从SPIMOSI移入。SPI置位SPI寄存器的NF位，当满缓冲完成发送和接收时或者在出现错误之后，发出可屏蔽中断。SPI连续接收，直到信号无效。发送连续进行，直到没有更多的数据可用或者无效。一旦重新有效，并且SPICLK开始翻转，就继续发送。缓冲区中的字符都发送了之后，只要保持有效，SPI就发送1。19.2.3.3 多主设备环境下操作的SPI SPI可以工作在多主设备环境中，此时所有的SPI设备都被连接到同一个总线上。在这种配置中，所有SPI设备共享SPIMOSI、SPIMISO和SPICLK信号，但是输入是独立连接的，如图19-3所示。某一时刻仅有一个SPI设备可以作为主设备其他所有的SPI设备必须为从设备。当把一个SPI配置成主设备时，如果它的输入有效，将产生多主设备错误，因为有多个SPI设备成为总线主设备。SPI置位SPI事件寄存器中的SPIEMME并且向核发出可屏蔽中断。它还禁止SPI操作和SPI信号的输出驱动器。在重新使用SPI之前，核心必须清除SPMODEEN，纠正错误，并清除SPIEMME。注意：1所有信号都是漏极开路的。2对于两个以上主设备的多主设备配置，和SPIEMME不能检测到所有可能的冲突。3由软件负责SPI总线的仲裁（例如使用如令牌传递）。4信号用软件使用通用I/O信号实现。图19-3 多主设备配置SPI支持的最大稳定数据速率为系统（csb）时钟/50。但是SPI可以高得多的速率传输单个字符在主机模式下为系统时钟/4，在从机模式下为系统时钟/2。在多个字符之间应插入间隔，以保证不超过最大稳定数据速率。19.3 外部信号说明SPI的四线接口包括发送、接收、时钟和从选择。19.3.1 概述表19-1列出了信号的属性。表19-1 信号属性名字功能复位上拉SPIMISO主设备入从设备出在漏极开路模式下需要SPIMOSI主设备出从设备入在漏极开路模式下需要SPICLK连接到其他SPICLK的输入/输出串行时钟在漏极开路模式下需要SPI从设备选择在漏极开路模式下需要19.3.2 详细信号说明表19-2详细说明了信号。表19-2 详细信号说明信号I/O说明SPIMISOI/O主设备入从设备出状态含义有效SPI发送/接收的数据为高（取决于是主设备还是从设备）无效SPI发送/接收的数据为低（取决于是主设备还是从设备）时序有效根据SPICLK有效/无效/在相位中间（由SPMODE决定）无效根据SPICLK有效/无效/在相位中间 (由SPMODE决定）SPIMOSII/O主设备出从设备入状态含义有效SPI发送/接收的数据为高（取决于是主设备还是从设备）无效SPI发送/接收的数据为低（取决于是主设备还是从设备）时序有效根据SPICLK有效/无效/在相位中间（由SPMODE决定）无效根据SPICLK有效/无效/在相位中间 (由SPMODE决定）SPICLKI/O串行时钟入或串行时钟出，分别用于从或主模式状态含义有效/无效根据SPMODEPM, DIV16寄存器的速率的配置。时序有效/无效在帧接收/发送过程中ISPI从设备选择状态含义有效从模式下声明为被到达的帧选中为从设备。在主模式下有效导致MME多主设备错误。无效在从模式下意味着还未选中特定的SPI。在主模式下，为进行正常操作应将其置为无效。时序有效在从模式下和来自从设备的数据一起。无效在从模式下和帧尾一起（依照SPMODELEN）。在主模式下，在数据第一次写入SPITD之前并保持不变。在单主设备或者多主设备环境模式下，可以把SPI配置成从设备或者主设备。主SPI利用SPI波特率发生器（BRG）生成传输时钟SPICLK。SPI BRG从时钟合成器产生的系统时钟中获取输入。SPICLK是一个门控时钟，仅在数据传输时有效。SPICLK相位和极性的四种组合可以由时钟反向（SPMODECI）和时钟相位（SPMODECP）寄存器位配置。还可以把SPI配置为漏极开路，以支持多主设备配置，此时共享的SPI信号由SPI设备或外部SPI设备驱动。SPI 主设备入从设备出SPIMISO信号作为主设备的输入和从设备的输出。反之，主设备出从设备入SPIMOSI信号作为主设备的输出和从设备的输入。这些信号的双重功能允许多主设备环境下的SPI之间使用相同的硬件配置进行通信。l 当SPI为主设备时，SPICLK是时钟输出信号，它从SPIMISO移入接收到的数据，将发送的数据移出到SPIMOSI。SPI主设备必须输出一个从设备选择信号，通过使用独立的通用I/O信号使能SPI从设备。当把SPI设备配置成主设备时，使有效则导致错误。l 当SPI为从设备时，SPICLK是时钟输入信号，它从SPIMOSI移入接收到的数据，将发送的数据通过SPIMISO移出。是到SPI从设备的使能输入信号。在多主设备环境下，（始终作为输入）还用来检测有多个主设备操作这样的错误。19.4 内存映射/寄存器定义表19-3包含SPI的映射到内存空间的寄存器。表中所列的地址为到SPI基址的偏移量，同第二章“内存映射”中定义的那样。表19-3 SPI寄存器汇总偏移量寄存器访问复位值节/页0x0000x01F保留0x020SPI模式寄存器（SPMODE）R/W0x0000_000019.4.1.1/19-90x024SPI 事件寄存器 (SPIE)R/W0x0000_000019.4.1.2/19-130x028SPI 屏蔽寄存器 (SPIM)R/W0x0000_000019.4.1.2/19-130x02CSPI命令寄存器(SPCOM)R/W0x0000_000019.4.1.4/19-150x030SPI发送寄存器(SPITD)R/W0x0000_000019.4.1.5/19-150x034SPI 接收寄存器 (SPIRD)R0xFFFF_FFFF19.4.1.6/19-160x0380xFFF保留19.4.1 寄存器说明19.4.1.1 SPI模式寄存器（SPMODE）SPMODE控制SPI操作的模式和时钟源，如图19-4所示。图19-4 SPMODE-SPI模式寄存器表19-4说明了SPMODE的字段。表19-4 SPMODE字段说明位名字说明0保留，应清除。1LOOP回送模式。允许本地回送操作。0 正常操作1 回送模式。用于测试SPI控制器内部功能。发送器输出在内部连接到接收器输入。接收器和发送器正常工作，只是忽略收到的数据。2CI时钟反向。将SPI时钟的极性反向。更多信息参看图19-5和19-6。0 SPICLK为低时无效1 SPICLK为高时无效3CP时钟相位。选择传输格式。更多信息参看图19-5和19-6。0 SPICLK在数据传输中间的开始翻转1 SPICLK在数据传输的开始处开始翻转4DIV16除以16。当把SPI配置成主设备模式时，为SPI波特率发生器（SPI BRG）选择时钟源；在从模式下，SPICLK就是时钟源。0 系统时钟为SPI BRG的输入1 系统时钟/16为SPI BRG的输入在从模式下，必须清除该位。5REV反向数据模式，仅用于8/16/32位字符长度。0 首先发送/接收LSB（对于数据长度32，数据位于低半字LSB）1 首先发送/接收MSB 6M/S主/从。选择主模式还是从模式0 SPI为从设备1 SPI为主设备7 EN启用SPI。当EN置位时，一定不能修改SPMODE中的其他位。0 禁用SPI。SPI处于空闲状态，功耗最低。SPI BRG不起作用，并且禁止输入时钟。1 启用SPI。注意：SPI控制器要求在禁用SPI和重新启用SPI之间至少有10个系统时钟的时间间隔。这个最小时间间隔保证在清除SPMODEEN时清除SPMODEPM和SPMODEDIV16。811LEN每个字符的位长度。LEN可以为32或4到16位，如下所示：0000 32位字符0001-0010 保留，导致不可预测的行为0011 4位字符1111 16位字符TX和RX寄存器（SPITD，SPIRD）一次能容纳32位。32位长的字符填满TX和RX寄存器；因此这些寄存器中的所有位都有效。当LEN选择的字符长度等于或者小于16位时，有效位占据发送和接收寄存器的低半字。例如，如果将字符长度设置为16位，有效位将为16-31，如果将字符长度设置为5位，有效位将为16-20。注意，不管字符长度为多长，每个发送和接收寄存器仅容纳一个字符。1215PM预分频模数选择。指定SPI时钟发生器中的预分频器的分频比率。SPI波特率发生器时钟源（系统时钟或系统时钟/16，取决于DIV16位）被4*（PM+1）分频，其范围为4到64。时钟有50%的占空期。例如，如果将预分频模数设置为PM=0011并且DIV16置1，那么系统/SPICLK时钟比率将为16*（4*（0011-1）=256。在从模式下，必须清除该位。1618保留，应清除。19OD漏极开路模式0 将所有输出引脚配置为正常模式1 将所有输出引脚配置为漏极开路模式2031保留，应清除。图19-5显示了SPI的传输格式，其中SPICLK在传输的中间开始翻转（SPMODECP=0）。图19-5 SSPMODECP=0时的SPI传输格式图19-6显示了SPI的传输格式，其中SPICLK在传输的开始处开始翻转（SPMODECP=1）。图19-6 SPMODECP=1时的SPI传输格式19.4.1.2 SPI 事件寄存器（SPIE）SPI事件寄存器（SPIE）产生中断并报告SPI所识别的事件。当识别了某个事件时，SPI置位对应的SPIE位。SPIE位通过写入1清除，写入0没有作用。置位SPI屏蔽寄存器（SPIM）中的位允许对应的中断，清除一位则屏蔽对应的中断。必须在核清除内部中断请求之前清除清除未屏蔽的SPIE位。图19-7显示了SPI事件寄存器。图19-7 SPIESPI事件寄存器表19-5说明了SPIE的字段。表19-5 SPIE字段说明位名字说明016保留，应清除。17LT发送了最后一个字符。发送最后一个字符，可以把新数据写入SPID以便发送。18DNR数据未就绪。在从模式下，仅当信号在SPI中的数据就绪前有效时，才在线路上发送IDLE，并让UN有效，宣告应禁用SPI，重新启动操作。19OV从/主过载。指示在接收过程中出现了过载。当过载时，SPI继续发送/接收处理，同时报告丢失字符出现过载。20UN从欠载。指示SPI发送器是否未及时取得要发送数据，以及是否在线路上发送了IDLE。仅在从设备模式下有效（SPMODEM/S=0）。在主设备模式下（SPMODEM/S=1），如果SPI发送器没有有效数据发送，SPICLK就停止翻转并停止发送/接收操作（不报告欠载），当把数据写入SPITD时，恢复发送。21MME多主设备错误。当SPI在主设备模式时，如果外部宣告/SPISEL有效就置位。注意，可以在回送模式中出现MME错误。22NE非空。置位时指示SPIRD包含已经接收的字符。0 接收器空1 接收器有正确的接收数据以及关于LST（命令寄存器）和OV（SPIE）的指示。核可以读取接收器的内容。如果有更多数据可用，读接收器SPIRD清除NE位。23NF非满。指示是否未使用SPITD，核是否向它写入新字符。0 发送器满。1 发送器未满。核可以写发送器。必须清除NF以允许传输其它字符（写发送器清除NF）。2431保留，应清除。19.4.1.3 SPI屏蔽寄存器（SPIM）SPI屏蔽寄存器（SPIM）如图19-8所示，它允许/屏蔽被SPI识别的事件的中断。当识别了一个事件时，SPI置位对应SPI位。置位SPIM位允许对应的中断，清除SPIM位则屏蔽对应的中断。必须在核清除内部中断请求之前清除清除未屏蔽的SPIE位。图19-8 SPIM-SPI屏蔽寄存器表19-6说明了SPIM的字段。表19-6 SPIM字段说明。位名字说明016保留，应清除。17LT发送了最后一个字符。0 LT事件不会引起SPI中断1 LT事件引起SPI中断18DNR从模式下数据未就绪。0 从DNR事件不会引起SPI中断1 从DNR事件引起SPI中断19OV从/主过载中断屏蔽0 从/主过载事件不会引起SPI中断1 从/主过载事件引起SPI中断20UN从欠载中断屏蔽0 从欠载事件不会引起SPI中断1 从欠载事件引起SPI中断21MME多主设备错误中断屏蔽。0 多主设备错误事件不会引起SPI中断1 多主设备错误事件引起SPI中断22NE非空中断屏蔽0 非空事件不会引起SPI中断1 非空事件引起SPI中断23NF非满中断屏蔽0 非满事件不会引起SPI中断1 非满事件引起SPI中断2431保留，应清除。19.4.1.4 SPI命令寄存器（SPCOM）SPI命令寄存器（SPCOM）用于结束SPI操作，如图19-9所示。图19-9 SPI命令寄存器（SPCOM）表19-7说明了SPCOM的字段。表19-7 SPCOM字段说明位名字说明08保留，应清除。9LST此位代表最后一个字符。在把最后一个字符写入SPITD之前必须置位。当字符全部传送完毕时它导致SPIELT置位，进而指示帧全部传送完毕。0 此字符不是帧的最后一个字符1 此字符是帧的最后一个字符10-31DNR保留，应清除。19.4.1.5 SPI发送数据保持寄存器（SPITD）SPITD保持待发送的数据。SPMODELEN定义每个字符的位数。每次SPIEEN置位时，如果SPIE中不报错，核就可以向SPITD写入另一个数据字符。在帧的末尾，核应置位SPCOMLST并准备好数据的最后一个字符。图19-10显示了SPI发送数据保持寄存器。图19-10 SPI发送数据保持寄存器。表19-8给出了SPI发送数据保持寄存器的字段说明。表19-8 SPI发送数据保持寄存器位名字说明031DA