科普一下SPI通信協(xié)議的基本內(nèi)容

最近正在調(diào)試一個(gè)芯片的評(píng)估板，其中配置寄存器使用的是SPI通信協(xié)議。其實(shí)很多芯片寄存器的配置都用到了SPI通信協(xié)議，我們今天就需要實(shí)現(xiàn)這個(gè)SPI通信協(xié)議。

首先，我們需要了解SPI協(xié)議的基本內(nèi)容，SPI主要有四根傳輸線，分別為SPI_CLK, SPI_EN, SPI_DI, SPI_DO。

主設(shè)備會(huì)將數(shù)據(jù)時(shí)鐘通過(guò)SPI_CLK傳送給從設(shè)備，從設(shè)備根據(jù)SPI_CLK進(jìn)行接收發(fā)送工作；SPI需要注意的是極性CPOL和相位CPHA；CPOL指的是時(shí)鐘極性，CPHA指的是時(shí)鐘相位。一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)，會(huì)有兩個(gè)跳變沿，它既有可能是上升沿也有可能是下降沿；CPOL的值決定了SPI數(shù)據(jù)時(shí)鐘在空閑狀態(tài)下保持為高電平（CPOL=1）還是低電平（CPOL=0），CPHA的值決定了SPI的采樣邊沿是第一個(gè)邊沿（CPHA=0）還是第二個(gè)邊沿（CPHA=1）。

舉個(gè)例子，從某芯片手冊(cè)上看，該芯片手冊(cè)SPI的時(shí)序圖如下：

芯片SPI寫(xiě)時(shí)序

可以看到，SPI_CLK在開(kāi)始和結(jié)束時(shí)都保持了低電平狀態(tài)，所以CPOL=0，而每次SPI_DI在SPI_CLK的上升沿改變電平值，在SPI_CLK的下降沿保持電平不變，所以可以推斷，SPI的采樣邊沿是第二個(gè)邊沿，CPHA=1；

從圖中我們還可以知道，SPI需要工作的時(shí)候，SPI_ENB需要拉低，這就是SPI的片選信號(hào)，由于SPI沒(méi)有尋址機(jī)制，所以需要使用片選信號(hào)選擇總線上不同的設(shè)備。

所以說(shuō)，SPI_EN的工作最為輕松，在需要發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)候?qū)PI_EN反相，在發(fā)送結(jié)束后再反相回來(lái)；SPI_CLK就是在不斷地發(fā)送周期性方波;SPI_DI則是在恰當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)根據(jù)要發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行高低電平轉(zhuǎn)換，然后保持不變。

芯片SPI讀時(shí)序

這里簡(jiǎn)單說(shuō)一下這個(gè)芯片SPI的協(xié)議內(nèi)容，發(fā)送的第一位(MSB)決定了SPI讀寫(xiě)操作，為1是寫(xiě)入，為0是讀??；接下來(lái)發(fā)送5位0，接著發(fā)送10位的寄存器地址；如果SPI是寫(xiě)操作，繼續(xù)寫(xiě)入8位數(shù)據(jù)，否則開(kāi)始接收SPI_DO上的數(shù)據(jù)。

指令解釋這里我列出了狀態(tài)機(jī)跳轉(zhuǎn)的狀態(tài)：

首先狀態(tài)機(jī)不管在任何狀態(tài)都會(huì)回到IDLE空閑狀態(tài)，在IDLE空閑狀態(tài)下，接收到發(fā)送數(shù)據(jù)的命令就會(huì)跳轉(zhuǎn)到WRITE_ADDR寫(xiě)地址狀態(tài)，在寫(xiě)完前16位數(shù)據(jù)后，根據(jù)第一位的值決定是跳轉(zhuǎn)到WRITE_DATA狀態(tài)接著向芯片寄存器寫(xiě)入數(shù)據(jù)還是轉(zhuǎn)向READ狀態(tài)讀取寄存器的值；操作結(jié)束后最終狀態(tài)機(jī)回到IDLE空閑狀態(tài)。

其實(shí)只需要理解芯片手冊(cè)上SPI的時(shí)序圖，并用verilog將其描述出來(lái)，就已經(jīng)成功了一大半。這里我們實(shí)操前的準(zhǔn)備工作都做完了，接下來(lái)就是開(kāi)始碼verilog代碼并進(jìn)行仿真，上板測(cè)試等等。待我整理出來(lái)之后，再與大家一同討論吧。



審核編輯：劉清