基本介紹
- 中文名：序列周邊接口
- 外文名：Serial Peripheral Interface Bus，SPI
- 別名：序列周邊接口
簡介,接口,操作,數據傳輸,獨立的從設備配置,中斷,SPI代碼示例,優點和缺點,優點,缺點,
簡介
這種接口首先被Motorola（摩托羅拉）公司開發，然後發展成了一種行業規範。典型套用包含SD卡和液晶顯示器。 SPI設備之間使用全雙工模式通信，包含一個主機和一個或多個從機。主機產生待讀或待寫的幀數據，多個從機通過一個片選線路 決定哪個來回響主機的請求。 有時SPI接口被稱作四執行緒接口，SPI準確來講稱為同步串列接口，但是與同步串列接口協定（SSI）不同，SSI是一個四執行緒同步通信協定，但是使用差分信號輸入同時僅提供一個單工通信信道。
接口
SPI匯流排規定了4個保留邏輯信號接口：
- SCLK（Serial Clock）：串列時脈，由主機發出
- MOSI（Master Output,Slave Input）：主機輸出從機輸入信號，由主機發出
- MISO（Master Input,Slave Output）：主機輸入從機輸出信號，由從機發出
- SS（Slave Selected）：選擇信號，由主機發出，一般是低電位有效
儘管上面的引腳名稱是最常用的，但在過去，有時會使用其他引腳命名約定，因此舊IC產品的SPI連線埠引腳名稱可能有所不同。
操作
SPI匯流排可以在有單個主設備與一個或多個從設備的情況下運行。
如果使用單個從設備，則如果從設備允許，SS引腳可以固定為邏輯低電平。 一些從設備需要片選信號的下降沿來啟動一個動作。 Maxim MAX1242 ADC就是一個例子，它在高→低轉換時開始轉換。 對於多個從設備，每個從設備都需要一個獨立的SS信號。
大多數從屬設備具有三態輸出的特性，所以當器件未被選中時，它們的MISO信號變為高阻抗（邏輯斷開）。 沒有三態輸出的器件不能與其他器件共享SPI匯流排段; 只有一個這樣的從設備可以與主設備交換信息。
數據傳輸
為了開始通信，匯流排上的主設備需要使用從設備支持的頻率來配置時鐘，通常是幾個MHz。 然後主設備將某根連線到從設備SS的線上的信號置為0來選中這個從設備。 如果需要等待一段時間（例如進行模數轉換），主器件在發出時鐘周期之前必須至少等待這段時間。
在每個SPI時鐘周期內，都會發生全雙工數據傳輸。 主設備在MOSI線上傳送一個位，從設備讀取它，同時從機在MISO線上傳送一位數據，主機讀取它。 即使只有單向數據傳輸的目的，工作方式仍然是雙工的。
傳輸暫存器通常包含8位。 但是，其他字長也很常見，例如，用於觸控螢幕控制器或音頻編解碼器的16位（如德州儀器的TSC2101），或者用於許多數字-模擬或模擬-數字轉換的12位。
未使用片選線激活的匯流排上的每個從設備必須忽略輸入時鐘和MOSI信號，並且不得驅動MISO。
獨立的從設備配置
在獨立的從設備配置中，每個從設備都有獨立的晶片選擇線。 強烈建議在每個獨立器件上使用電源和片選線之間使用上拉電阻，以減少器件之間的串擾。 這是SPI通常被使用的方式。 由於從機的MISO引腳連線在一起，因此它們需要為三態引腳（高，低或高阻抗）。
中斷
SPI從設備有時會使用另一條信號線將中斷信號傳送到主設備的CPU。 例子包括來自觸控螢幕感測器的筆下中斷，來自溫度感測器的熱限制警報，實時時鐘晶片發出的警報， SDIO以及來自手機中聲音編解碼器的耳機插孔插入。 SPI標準中並不包括中斷。 中斷的使用既不被禁止也不被標準規定。
SPI代碼示例
/*
* 通過SPI協定在主設備和從設備之間交換一個位元組的數據
*
* Polarity and phase are assumed to be both 0, i.e.:
* - 輸入數據在SCLK的上升沿捕獲。
* - 輸出數據在SCLK的下降沿傳播。
*
* 返回接收到的一位元組的數據
*/
uint8_t SPI_transfer_byte(uint8_t byte_out)
{
uint8_t byte_in = 0;
uint8_t bit;
for (bit = 0x80; bit; bit >>= 1) {
/* Shift-out a bit to the MOSI line */
write_MOSI((byte_out & bit) ? HIGH : LOW);
/* Delay for at least the peer's setup time */
delay(SPI_SCLK_LOW_TIME);
/* Pull the clock line high */
write_SCLK(HIGH);
/* Shift-in a bit from the MISO line */
if (read_MISO() == HIGH)
byte_in |= bit;
/* Delay for at least the peer's hold time */
delay(SPI_SCLK_HIGH_TIME);
/* Pull the clock line low */
write_SCLK(LOW);
}
return byte_in;
}
優點和缺點
優點
- SPI協定默認是全雙工通信。
- 推挽式驅動器 （與開路漏極相反）可提供良好的信號完整性和高速度
- 比IC或SMBus更高的吞吐量 。 不限於任何最大時鐘速度，可實現高速運行
- 完整的傳輸位協定靈活性
- 不限於8位字
- 訊息大小，內容和目的的任意選擇
非常簡單的硬體接口
由於電路較少（包括上拉電阻），因此通常比IC或SMBus的功耗要低，
沒有仲裁或相關的失敗模式
從設備直接使用主時鐘，不需要精密振盪器
從站不需要一個確定的地址 - 不像IC或GPIB或SCSI
不需要收發器
IC封裝只使用四個引腳，而電路板布局或連線器則少於並行接口
每個器件至多有一個獨特的匯流排信號（晶片選擇）;其他信號均可以共享
信號是單向的，允許簡單的電偶分離
簡單的軟體實現
