SPI时序分析和基础知识总结

SPI时序分析和基础知识总结，1。SPI总线的历史，2。SPI总线接口的定义，3。SPI总线的工作模式和传输时序，4。SPI和I2C的异同，5。SPI总线的优缺点，8。关于QSPI，6。SPI总线的设置，7。SPI和SD卡信号，1。SPI总线的历史，SPI(串行外设接口)串行外设接口总线最早由摩托罗拉公司提出，并出现在其M68系列单片机中。因为它简单实用并且不涉及专利问题，所以许多制造商的设备都支持这种接口，并且广泛用于外围控制领域。SPI接口是事实上的标准，没有标准协议，大多数制造商都是参照摩托罗拉的SPI接口定义设计的。但是，由于没有确切的版本协议，不同产品的SPI接口存在一定的技术差异，容易造成歧义，有些甚至无法直接互联(需要进行必要的软件修改)。SPI总线接口的定义SPI接口通常称为4线串行总线，工作在主/从模式。数据传输过程由主机启动。如图1所示，使用的四条信号线是：1)SCLK:串行时钟，用于同步数据传输并由主机输出。2)MOSI:当主人，概述；whenslave，inline .主机输出从机输入数据线；3)MISO:当主，在线；当奴隶，轮廓.主机输入从机输出数据线；例如，MOSI，在线数据必须是主从式的。因此，在电路板上，主机的MOSI引脚应该与从机的MOSI引脚相连。双方的味噌也应该连在一起，而不是一方的MOSI连接另一方的味噌。摩托罗拉的经典名字是MOSI和味噌，它们是从信号线的角度命名的。然而，也有一些制造商(如微芯片)根据SDI和SDO命名，它们总是从设备的角度根据数据流来定义。SDI:串行数据输入SDO:串行数据输出在这种情况下，当主机连接到从机时，应该使用一方的SDO来连接另一方的SDI。4) SS:从机选择，芯片线选择，用于选择和激活从机设备，低有效，输出由主机驱动。只有当SS信号线处于低电平时，相应从设备的SPI接口才处于工作状态。接口采用主从架构；支持多个从机模式应用，通常只支持一个主机。主机通过芯片线路选择来确定要通信的从机。这要求从机的MISO端口具有三态特性，使端口线路在器件未选通时显示高阻抗。SPI的时钟由主机控制。在时钟移位脉冲下，数据逐位传输，高位在前，低位在后(MSB优先)；SPI接口有两条单向数据线，它们是全双工通信。目前，应用中的数据速率可以达到几兆位/秒。SPI还支持多个从机应用。多个从机共享时钟线和数据线，可以直接并联；另一方面，每个从机的线路选择SS分别连接到主机并由主机控制。在一定时间内，主机只能通过一条SS线激活一个从机进行数据传输，而其他从机的时钟线和数据线端口应保持高阻抗状态，以避免影响当前的数据传输。一个主机和多个从机的SPI传输模式，SPI总线增加了从机设备：每个设备需要一个单独的从机选择信号。信号总数最终为n 3，其中n是总线上从设备的数量。向SPI总线添加新的从设备也不方便。对于每个额外的从设备，需要一个新的从设备选择线。SPI接口实际上是内部硬件中的两个简单移位寄存器。传输的数据是8位。在从机使能信号和主机产生的移位脉冲下，串行接口逐位传输，高位在前，低位在后。如下图所示，数据在SCLK下降沿发生变化，上升沿的一位数据存储在移位寄存器中。在SPI操作中，两个最重要的设置是时钟极性(CPOL或UCCKPL)和时钟相位(CPHA或UCCKPH)。时钟极性设置时钟空闲时的电平，时钟相位设置读取数据和传输数据的时钟边沿。从主机和从机的数据传输同时完成，从主机和从机的数据接收同时完成。因此，为了确保主机和从机之间的正确通信，它们的SPI应该具有相同的时钟极性和时钟相位。SPI总线有四种工作模式，其中SPI0和SPI3模式(实线)使用最广泛；在主机端配置SPI接口时钟时，请务必明确从机的时钟要求，因为主机端时钟的极性和相位取决于从机。四种工作模式的时序分别为：时序详情：CPOL:时钟极性选择，SPI总线idle为0时为低电平，SPI总线idle为1时为高电平CPHA:时钟相位选择，SCK第一跳沿采样，SCK第二跳沿采样，CPHA=0，CPOL=0时，工作模式1: SPI总线工作在模式1。在第一次SPSCK边沿跳变之前，MISO引脚上的数据已经在线。为了确保正确传输，MOSI引脚的MSB位必须与SPSCK的第一个边沿同步。在串行接口传输期间，数据首先在线。然后，当同步时钟信号的上升沿时，SPI接收器捕获位信号。在时钟信号的一个周期(下降沿)结束时，下一位数据信号在线，重复上述过程，直到传输一个字节的8位信号。工作模式2:当CPHA=0且CPOL=1时，SPI总线以模式2工作。与前者的唯一区别是，位信号在同步时钟信号的下降沿捕获，下一位数据在上升沿在线。工作模式3:当CPHA=1且CPOL=0时，SPI总线以模式3工作。MISO引脚和MOSI引脚上的MSB位数据必须与SPSCK的第一个边沿同步。在SPI传输期间，数据在同步时钟信号周期的开始(上升沿)进入在线状态，然后SPI接收器在同步时钟信号的下降沿捕获位信号。在时钟信号的一个周期(上升沿)结束时，下一位数据进入在线状态，重复上述过程，直到传输一个字节的8位信号。工作模式4:当CPHA=1且CPOL=1时，SPI总线以模式4工作。与前者的唯一区别是，位信号在同步时钟信号的上升沿捕获，下一位数据在下降沿在线。在一个SPI时钟周期内，将完成以下操作：1)主机通过MOSI线发送1位数据，从机通过这条线读取1位数据；2)从机通过MISO线路发送1位数据，主机通过这条线路读取1位数据。这是通过移位寄存器实现的。如下图所示，主机和从机各有一个移位寄存器，两者连接成一个环。利用时钟脉冲，数据逐位传输，高位在前，低位在后(MSBfirst)，依次移出主寄存器和从寄存器，并依次移入从寄存器和主寄存器。当寄存器的内容全部移出时，两个寄存器的内容交换完成。如果只是写操作，主机只需忽略接收到的字节。另一方面，如果主机想从外设读取一个字节，它必须发送一个空字节来启动从机的传输。此外，(4)SPI和I2C的异同，SPI协议没有定义寻址机制，设备需要通过外部SS信号线选择。当出现多个从机应用时，需要多个SS信号线，这比I2C实现起来更复杂。此外，SPI总线不支持总线控制仲裁，因此只能在单主机的情况下使用。I2C可以支持多个主应用程序。SPI协议比I2C协议简单，没有握手机制，数据传输效率高，速度快，可以达到几兆比特/秒；在一般应用中。此外，SPI是全双工通信，可以同时发送和接收数据。因此，串行接口更适合数据传输。例如，当需要大量数据传输时(例如，MMC/SD卡数据传输支持SPI模式)，或者当不需要寻址传输时。然而，I2C协议功能丰富，但也相对复杂。它主要用于传输一些有意义的数据，如控制命令字。SPI接口是一种非常基本的外设接口，但它被广泛使用。大豆分离蛋白也有所发展。与兔子网络公司推出的SPI薄接口微线相比，SPI满足了普通外设的扩展要求。摩托罗拉还推出了更广泛使用的扩展QSPI接口，SPI接口有以下优点：1)支持全双工操作；2)操作简单；3)数据传输速率高；4)提供频率可编程时钟，同时也有以下缺点：1)需要占用主机更多的端口线路(每个从机需要一条一条的线路选择)；2)仅支持单个主机。3)没有指定的流量控制和响应机制来确认是否收到数据。5。SPI总线的优缺点，6。SPI总线的其它设置，除了时钟相位CPHA和时钟极性CPOL，还有其它参数需要在与SPI总线通信时设置，如SPR状态控制寄存器。当从设备的时钟频率小于主设备的时钟频率时，如果SCK速率设置得太快，接收到的数据将是不正确的(SPI接口本身很难判断接收到的数据是否正确，应该用软件处理)。整个系统的速度