SPI—读写串行FLASH

news2024/11/19 3:15:59

一、SPI协议简介

SPI协议是由摩托罗拉公司提出的通讯协议（Serial Peripheral Interface），即串行外围设备接口，是一种高速全双工的通信总线。它被广泛的使用在ADC、LCD等设备与MCU之间，要求通讯速率比较高的场合。

SPI物理层的特点

SS:从设备选择信号:常称为片选信号线，也称为NSS,CS.

每个设备都有独立的这一条SS信号线，本信号线独占主机一个引脚，即有多少个从设备，就有多少条片选信号线。I2C协议中通过设备地址来寻址，选中总线上的某个设备并与其进行通讯；而SPI协议中没有设备地址，它使用SS信号线来进行寻址，当主机要选择从设备时，把该设备的SS信号线设置为低电平，即该从设备被选中，即片选有效，接着主机开始与被选中的从设备进行SPI通讯。所以SPI通讯以SS线置低电平为起始信号，以SS线被拉高作为结束信号。

SCK(Serial Clock):时钟信号线，用于通讯数据同步。

它由通讯主机产生，决定了通信的速率，不同的设备支持的最高时钟频率不一样，比如STM32的SPI时钟频率最大为fpclk/2，两个设备之间通讯时，通讯速率受限于低速设备。

MOSI(Master Output,Slave Input):主设备输出/从设备输入引脚

主机的数据从这条信号线输出，从机由这条信号线读入主机发送的数据。即这条线上的数据方向为主机到从机。

MISO(Master Iutput,Slave Output):主设备输入/从设备输出引脚

主机从这条信号线读入数据，从机的数据由这条信号线输出到主机，即在这条线上的数据方向为从机到主机。

SPI的协议层

SPI的协议层定义了通讯的起始和停止信号，数据的有效性，时钟的同步等环节。

1.1 SPI的基本通讯过程

1.2 通讯的起始和停止信号

标号①处，NSS信号线由高变低，是SPI通讯的起始信号。NSS是每个从机各自独占的信号线，当从机在自己的NSS线上检测到起始信号后，就知道自己被主机选中了，开始准备与主机通讯。
在图中的标号⑥处，NSS信号由低变高，是SPI通讯的停止信号，表示本次通讯结束，从机的选中状态被取消。

1.3 数据的有效性

SPI使用MOSI及MISO信号线来传输数据，使用SCK信号线进行数据同步。

MOSI及MISO数据线在SCK的每个时钟周期传输一位数据，且数据输入输出是同时进行的。

1.4 CPOL/CPHA及通讯模式

时钟极性CPOL是指SPI通讯设备处于空闲状态时，SCK信号线的电平信号（即SPI通讯开始之前，NSS线为高电平时的SCK状态）。CPOL = 0时，SCK在空闲状态时为低电平，CPOL = 1时,SCK在空闲状态为高电平。
时钟相位CPHA是指数据的采样时刻，当CPHA = 0时，MOSI或MISO数据线上的信号将会在SCK时钟线的“奇数边沿”被采样。当CPHA = 1时，数据线在SCK的“偶数边沿”采样。
SCK信号线在空闲状态为低电平时，CPOL = 0;空闲状态为高电平时，CPOL = 1;
CPHA = 0,MOSI和MISO数据线的有效信号在SCK的奇数边沿保持不变。

由CPOL以及CPHA的不同状态，SPI分成了四种模式，主机与从机需要工作在相同的模式下才能正常通信，实际中采用较多的是“模式0”与“模式3”

SPI模式	CPOL	CPHA	空闲时SCK时钟	采样时刻
0	0	0	低电平	奇数边沿
1	0	1	低电平	偶数边沿
2	1	0	高电平	奇数边沿
3	1	1	高电平	偶数边沿