1、简介
Synchronous Serial Port (SSP) ，基于下图文档的设计标准
1.1、包含3种数据帧格式：
- a Motorola SPI-compatible interface（以下简称SPI）
- a Texas Instruments synchronous serial interface（简写SSI，以下简称SSP格式）
- a National Semiconductor Microwire interface（以下简称Microwire）
1.2、共同点：
- 都用4根线，CS、TXD、RXD、CLK
- 都有master和slave模式
1.3、差异点：
- SSP的CS由一个时钟周期的高电平脉冲表示开始，SPI和Microwire的CS是拉低有效，SSP的章节会详细展开
- SPI比SSP和Microwire更为灵活，相位、极性可配，SPI的章节会详细展开
- Microwire需要配置方向，告知发送还是接收；SSP和SPI，写数据寄存器就是发送，读数据寄存器就是接收；SPI的章节会详细展开
2、SPI（Motorola SPI-compatible interface）
- SPI是一种同步的全双工通信协议，TXD和RXD可以同时工作。
- 时钟由主机产生。
- 支持一个master对多个slave，CS拉低控制哪个slave被选中。
- 支持各种bit宽度的帧格式，一帧一般小于等于32bit。
- 有多种工作模式，只发、只收、同时收发等。
- 时钟极性和相位可配置，极性决定空闲时CLK的电平高低，相位决定第几个时钟沿采样数据
2.1、连接线
- CS：片选线，也叫SS，拉低后开始传输，拉高后结束传输，支持发多帧数据时CS一直拉低，支持每帧以CS拉低开始CS拉高结束
- CLK：时钟由master提供，支持的频率很宽泛
- TXD：发送脚，又名MOSI，master输出脚接slave输入脚。TXD接对测设备RXD。
- RXD：接收脚，又名叫MISO，master输入脚接slave输出脚。RXD接对测设备TXD。
对接方式如下图：
2.2、传输模式
（1）、只发不收
-
只用到TXD，CS和CLK这3根线，顾名思义，只发送数据，不接收数据
-
控制LCD屏幕，会用到只发不收模式，LCD屏只接收控制命令数据。
-
例如下图，发送1帧数据，0x15BF的数据宽度为13bit
-
注意：数据一般是先发送高位，有些控制器大小端可配
（2）、同时收发
- 4根线都会用到，发送数据的同时也在接收数据
- 控制FLASH、EEPROM，会用到此模式。FLASH接收到命令后延时一段时间，才会返回真实的数据，所以master需要发几帧无效的数据，等待slave返回真实值。
- 例如下图，读FLASH设备ID，发送1帧命令+4帧dummy，接收5帧数据，数据宽度为8bit
- 发送数据为：0xAB、0xFF、0xFF、0xFF、0xFF（命令：0xAB）
- 接收的数据为：0xFF、0xFF、0xFF、0xFF、0x17（FLASH ID：0x17）
（3）、只收不发
- 只用到RXD，CS和CLK这3根线，只接收数据，不发送数据
- 比如作为slave模式时，只接收master发来的数据
- 波形和只发不收模式类似，master的TXD接到slave的RXD
2.3、CS的多种实现方式
（1）、用GPIO模式CS脚
- 有些SPI控制器规定，在TXFIFO发空后，CS会被拉高，CLK时钟也会停止。对于FLASH这种器件，需要先发送命令，再接收数据的需求就不能满足，不可能TXD一直在发送dummy byte，尤其是读大量数据时。那么CS就可以复用成GPIO功能，或用另外一个GPIO代替。
- 需要CS拉低时，GPIO输出低
- 需要CS拉高时，GPIO输出高
- 这需要熟读FLASH手册，且软件操作相对复杂
- 例如ST的示例代码，就是用GPIO模拟CS，可以得到同时收发模式的波形：
u32 SPI_FLASH_ReadDeviceID(void)
{
u32 Temp = 0;
/* GPIO 输出低，Select the FLASH: Chip Select low */
SPI_FLASH_CS_LOW();
/* Send "RDID " instruction */
SPI_FLASH_SendByte(W25X_DeviceID);
SPI_FLASH_SendByte(Dummy_Byte);
SPI_FLASH_SendByte(Dummy_Byte);
SPI_FLASH_SendByte(Dummy_Byte);
/* Read a byte from the FLASH */
Temp = SPI_FLASH_SendByte(Dummy_Byte);
/* GPIO 输出高，Deselect the FLASH: Chip Select high */
SPI_FLASH_CS_HIGH();
return Temp;
}
（2）、SPI自带的CS功能
- 缺点TXFIFO发空后CS就拉高了
- 连续发送多个数据之后（在TXFIFO阈值内），再查询TXFIFO满状态，保证一直有数据可发
- 通常这种方式只适用于同时收发模式，发送的同时也把数据收了。
- 不一定能保持一直拉低的效果，需要抓波形确认。
- 下图是CS每帧都拉高的情况：
- 或者使用DMA，事先把所有数据都准备好，一次性发完，就可以保证CS一直拉低。
2.4、SPI的相位和极性
- CPOL，clock polarity，极性，决定空闲时CLK电平高低
- CPHA，clock phase，相位，决定第几个时钟沿采样数据，有2种相位情况
（1）、第1个时钟沿采样，第2个时钟沿数据正在改变
（2）、第1个时钟沿数据正在改变，第2个时钟沿采样 - 至于第1个时钟沿是上升沿还是下降沿，由时钟极性决定
- 采样数据时，数据线上的电平值是稳定的，高电平表示1，低电平表示0
- 发送数据时，数据正在发生改变，由0变1，或1变0
（1）、CLK空闲时为高电平，第1个时钟沿采样数据
- 下图的CS空闲时为高电平
- 第1个时钟沿（上升沿）采样数据，第2个时钟沿（下降沿）数据正在改变
- 后续数据都是按上升沿采样，下降沿数据改变
（2）、CLK空闲时为低电平，第1个时钟沿采样数据
- 第1个沿为上升沿，第2个沿为下降沿
（3）、CLK空闲时为高电平，第2个时钟沿采样数据
和（1）类似，只是变成了第2个时钟沿采样数据
（4）、CLK空闲时为低电平，第2个时钟沿采样数据
和（2）类似，只是变成了第2个时钟沿采样数据
3、SSP（Texas Instruments synchronous serial interface）
- 特性和SPI类似
- 相位和极性是固定的不可选
- 最显著的差异点是，SSP的片选信号为脉冲信号，高有效。一个时钟周期的高电平表示传输开始，接下来CS会拉低，接着发送数据。
- 下图可以直观的了解SSP的传输原理
-
实在有点特殊，逻辑分析仪没有解析的方法，不过也不复杂
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CS先发一个周期高电平，发送完一帧数据，CS再发一个周期高电平，再发下一帧数据
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下图表示帧结束的波形，CS保持低电平状态：
4、Microwire（National Semiconductor Microwire interface）
- 相对于SSI和SSP来说，Microwire只是半双工协议，不能同时收发
- 波形和SPI类似
- TXD发送期间，RXD无效
- RXD接收期间，TXD无效
- 从功能上来说和用SPI控制FLASH一样，需要先发命令，再发数据或接收数据
- 发完命令再接收数据，会有一个dummy bit的等待时间才采样RXD数据
- 和SPI的同时收发模式对比，Microwire先发送控制命令0xAB，再接收4个字节，也能读到FLASH ID
- Microwire因为会延后1个dummy bit才采样RXD数据的原因，数据做如下说明：
波形上显示读到的数据为： 0xFF、0xFF、0xFF、0x17
实际FIFO读到的数据为： 0xFF、0xFF、0xFE、0x2E
FIFO的数据需要往右移动1位才是FLASH ID值：0x2E >> 1 = 0x17
- 支持Microwire协议的设备，接收到命令后，默认延后1个dummy bit才返回数据。但FLASH一般不会，用Microwire控制flash，需要对FIFO数据做移位操作。
5、slave模式说明
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上述章节描述的都是master模式下的功能，slave模式和master类似，但也有需要注意的地方
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slave支持只收、同时收发等模式
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因为CLK由master提供，需要2端配合传输。slave接收到数据之后，才会往外发送数据，所以会有1~2个dummy byte的延迟，master才会收到数据。具体延迟多少，可以抓波形确认。
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例如SSP帧格式，2个控制器master、slave都配置为同时收发模式，下图为2端交互的波形
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上图可以看到，master在发完0xFF之后，slave才开始发送第1个数据0x00，是为了完成同步，所以多发了一个0xFF，那么为了最后不丢数据，也要多接收一个字节
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例如收发256个字节：
master向slave发送0x00 ~ 0xFF，依次加1
slave向master发送0xFF ~ 0x00，依次减1
- 假如不做同步，只收发256个字节，master接收slave发来的数据时，会出现前2个字节都为0，最后还有2个字节没收完的情况：
