SPI--详解

1.0 原理
2.0 SPI协议的种类
- 2.1 Single-SPI-master
- - 2.1.1 wishbone端口
  - 2.1.2 SPI 总线端口
  - 2.1.3 寄存器列表
  - - 2.1.3.1 SPCR控制寄存器
    - 2.1.3.2 SPSR状态寄存器
    - 2.1.3.3 SPDR数据寄存器
    - 2.1.3.4 SPER扩展寄存器
- 2.2 Single-SPI-Slave
- 2.3 Dual-SPI
- 2.4 Quad-SPI

1.0 原理

SPI是串行外设接口（Serial Peripheral Interface）的缩写，是一种高速的，全双工，同步的通信总线，并且在芯片的管脚上只占用四根线，节约了芯片的管脚，同时为PCB的布局上节省空间，提供方便，正是出于这种简单易用的特性，越来越多的芯片集成了这种通信协议，比如AT91RM9200。
SPI是MCU中的常用接口模块，以主从方式工作，通常由一个主设备或多个从设备，需要至少4根线（支持全双工方式）或者3根线（支持半双工方式）工作，分别为SDI（数据输入），SDO（数据输出），SCK（时钟输入），CS（片选).
下面分别予以介绍：

MOSI：SPI总线主机输出/从机输入（Master Output/Slave Input）
MISO：SPI总线主机输入/从机输出（Master Input/Slave Output）
SCK：时钟信号，由主设备产生。
CS：从设备使能信号，由主设备控制，有些IC的cs也称为SS。
CS控制芯片是否被选中,也就是说只有片选信号为预先规定的的使能值时（高电平或低电平），对此芯片的操作才有效。此方法使得在同一总线上连接多个SPI设备成为可能。

如图所示，是主设备和从设备的连接示意图。

2.0 SPI协议的种类

基本的SPI协议也称为Single-SPI，在基本的Single SPI协议基础上，扩展出了Dual-SPI和Quard-SPI协议，简介如下：

2.1 Single-SPI-master

Single-SPI协议是串行通信协议，因此数据逐位进行传输，由SCK提供时钟脉冲，MOSI,MISO则基于时钟脉冲完成数据传输。
数据输出通过MOSI线传输，数据在SCK时钟上升沿或下降沿时改变，在紧接着的下降沿或上升沿被采样完成一位数据传输，输入MISO也是同样的原理。
opencore的开源SPI协议就是Single-SPI协议，详细如下：

2.1.1 wishbone端口

在端口方面，和I2C一样，采用了Wishbone总线进行连接，看代码很简单，主要是为了方便数据的输入输出。

2.1.2 SPI 总线端口

从上图看，在single-spi协议里面，定义了三个端口，SCK,MOSI,MISO作为连接SPI总线的端口，端口的详细作用在上文已经讲过了，这里就不多作诠释，对code有兴趣的可以在网上自行下载，有一堆。

2.1.3 寄存器列表

简单SPI协议定义了四个寄存器，分别是SPCR,SPSR,SPDR和SPER，分别为控制寄存器，状态寄存器，数据寄存器和扩展功能寄存器，下面一个一个介绍。

2.1.3.1 SPCR控制寄存器

这是SPCR控制寄存器的bit位功能表，

SPIE是SPI中断的使能，
SPE是SPI总线的使能，看名称比较容易搞混哈哈，
MSTR是主从模式选择，1为master，0为slave，这个bit位比较特殊，因为在code里，这个bit位只是这么定义的，具体的逻辑没有，所以他其实一点用都没有，换句话说，simple-spi就是一个master的device。
SPR是用来配置clock rate的，与spre组成一个4bit的espr信号用来配置clock rate。
CPOL和CPHA是SPI总线的极性配置选项，具体配置效果看下图。

需要注意的是，master和slave的极性配置需要一致，否则无法正常工作。

2.1.3.2 SPSR状态寄存器

SPSR是一个状态输出寄存器，用来显示SPI总线master的状态。

SPIF是一个中断flag，当SPIF和SPIE都置1时，会产生一个中断信号，
WCOL是一个写满flag。
SPSR[3:0]则分别表示FIFO的读写状态。

2.1.3.3 SPDR数据寄存器

2.1.3.4 SPER扩展寄存器

ICNT是一个中断计数器，在传输数据时，计数数据的bit位已确定数据正常传输。
ESPR是clock rate配置的，在上文有介绍。

2.2 Single-SPI-Slave

在opencore给出的simpleSPI协议里，他的slave代码特别简单，就是一个移位寄存器，所以就不多解释了。

2.3 Dual-SPI

由于在实际使用中很少使用全双工模式，因此为了能够充分利用数据线，DualSPI协议被引入。
在Dual-SPI协议中，MOSI,MISO数据线被重命名位SD0和SD1，变成既可以作输入也可以作输出的双向信号线。
SD0和SD1数据线和真正的双向信号线还是有一定区，这两根线需要同时作输入或者同时作输出，所以它是半双工的方式。
由于使用两根数据线进行传输，所以，它相比single-spi，一个周期可以传输2bit的信号，因此在单向传输时，数据的吞吐率能够提高一倍。

2.4 Quad-SPI

Quad-SPI是Dual-SPI的升级版，在原来的基础上在新添加的2根数据线，变为4根，分别是SD0,SD1,SD2,SD3。
Quad-SPI协议同样使用半双工的方式，但因为有四根数据线，所以一个周期可以传送4bit的信号。
在E203 MCU SoC里，它支持3个QuadSPI模块。分别位QSPI0,QSPI1和QSPI2，都有四根数据线，但是可以通过寄存器配置，使它变成单线，双线，和四线工作模式。

本来想学习一下E203的SPI协议代码，但是看过代码的同学应该知道，乱得很。。。。。

咨询了我leader，他讲这是别的语言通过机器转换过来的，也就只能到此为止，想了解具体功能的同学可以参考《RISC-V架构与嵌入式开发快速入门》这本书，我就不再作这个搬运工了，溜了。

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