SPI 總線接口

SPI總線主要由4條線組成：

n SCLK —Serial Clock （output from master）

n MOSI/SIMO —Master Output， Slave Input （output from master）

n MISO/SOMI —Master Input， Slave Output （output from slave）

n SS — Slave Select （active low; output from master）

有另一種命名方式也經常可見：

n SCK — Serial Clock （output from master）

n SDI， DI， SI — Serial Data In

n SDO， DO， SO — Serial Data Out

n nCS， CS， nSS， STE — Chip Select， Slave Transmit Enable （active low; output from master）

SPI通訊時Master首先需要配置一個時鐘（clock），這個值一般選擇小于或者大于Slave設備支持的頻率。 通用的頻率范圍為1-70MHz。

SPI工作在全雙工模式，這意味著數據可以在同一時間發送和接收。

時鐘極性polarity與時鐘相位phase

時鐘極性（CPOL）和時鐘相位（CPHA）用于設定從設備何時采樣數據。CPOL決定SCLK為高時總線為空閑（CPOL=1）還是SCLK為低時總線為空閑（CPOL=0）。CPHA決定在SCLK的哪一個邊沿將數據寫入。

按照下面的時序圖，

CPOL=0， SCLK為低時總線空閑：

CPHA=0 數據在SCLK的上升沿（rising edge）被讀取；數據在下降沿（falling edge）寫入；

CPHA=1 數據在SCLK的下降沿（falling edge）被讀取；數據在上升沿（rising edge）寫入；

CPOL=1， SCLK為高時總線空閑：

CPHA=0 數據在SCLK的下降沿（falling edge）被讀取；數據在上升沿（falling edge）寫入；

CPHA=1 數據在SCLK的上升沿（falling edge）被讀取；數據在下降沿（rising edge）寫入；

以下是時序圖：

CPOL和CPHA的兩個狀態允許四種時鐘極性和相位的不同組合。每一種都與其他三種不兼容。為了實現主、從設備間的通訊，主、從設備的CPOL和CPHA必須有相同的設置。以下是CPOL，CPHA與4種模式的關系圖。

SPI的菊花鏈配置

一個Master 與3個獨立的Slave組合， 每個Slave都有一個獨立的SS（Slave Select）。

一個Master與一組使用公用SS（Slave Select）的Slave組合。

以AD7873為例做一些SPI的典型的設置

根據時序圖，當CS變成低電平時，DCLK為低電平空閑，DIN在DCLK的上升沿數據鎖存。所以SPI的polarity與phase設置為Mode 0。

Figure 38 -SPI設置為8bits通信模式，通信周期分為3個階段：

1》 DCLK前8個DCLK對應指令周期。在這8個DCLK中，通過DIN向AD7873發送8bits命令字控制隨后進行的串行數據傳輸。

2》 數據傳輸周期從第9個上升沿開始，輸入數據在時鐘上升沿寫入，輸出的數據則在時鐘的下降沿讀出。這里的輸入數據為8bits的0數據。DOUT同時也從DCLK的第10個上升沿開始數據輸出，到第二個DCLK周期結束時，DOUT輸出位數為7bits。

3》 重新開始8個DCLK的指令周期，繼續通過DIN傳送8bits命令控制字，同時DOUT在第17個DCLK輸出最后的5bits數據。

可見在Figure 38中8bits數據通信模式下，AD7873要完成一個完整的SPI數據讀寫，需要3個周期，即發送24bits數據才能達到目標。

Figure 39 -SPI設置為15bits通信模式，通信周期分為2個階段：

1》 DCLK前15個DCLK對應指令周期。在這15個DCLK中，通過DIN向AD7873發送15bits命令字控制隨后進行的串行數據傳輸（MSB 8bits為命令字， LSB 7bits為數據0）。DOUT同時也從DCLK的第9個上升沿開始數據輸出，第一次15 DLCK周期結束時，DOUT輸出位數為MSB 6bits。

2》 重新開始15個DCLK的指令周期，繼續通過DIN傳送15bits命令控制字。同時DOUT在第16個DCLK輸出最后的LSB 6bits數據。

可見在Figure 39中8bits數據通信模式下，AD7873要完成一個完整的SPI數據讀寫，需要2個周期，即發送30bits 數據才能達到目標。

可見Figure 38使用的DCLK最少，效率最高。不過再8bits傳送模式下需要采用連續發送3次8bits數據方式。

如果SPI想在一個周期內一次性將數據讀取上來，可以把SPI通信設置為 傳送bits》= DIN+DOUT所需的時鐘數目，這里根據時序圖為22個DCLK。 就可以在22個DCLK中一次性完成寫8bits的命令字與讀12bits的數據了。不過這里的8bits命令字是22bits中的 MSB 8bits。

不過此方法就沒有上面兩種通信模式的效率高了。：-）

以Freescale i.mx系列CSPI作為例：

采用CSPI1，POL=0，PHA=0，BIT_COUNT=22

CSPI1_CONTROL.bits.EN=1

CSPI1_CONTROL.bits.MODE=1

CSPI1_CONTROL.bits.POL = 0

CSPI1_CONTROL.bits.PHA = 0

CSPI1_CONTROL.bits.BIT_COUNT= 22