嵌入式系統(tǒng)原理學(xué)生課件-2014 .第8章

第八章SPI總線8、SPI（SerialPeripheralInterface）8.1SPI概述并行總線簡(jiǎn)單高效，易于實(shí)現(xiàn)，但是由于引腳數(shù)較多，不利于縮小整個(gè)系統(tǒng)的體積，在高速傳輸時(shí)串?dāng)_情況嚴(yán)重，在模塊數(shù)量較多時(shí)總線的復(fù)雜性大大增加，甚至能占據(jù)整個(gè)系統(tǒng)成本的1/4或更多。為了解決上述問(wèn)題，在集成電路工藝技術(shù)的支持下，板級(jí)串行總線走上歷史舞臺(tái)，代替并行總線實(shí)現(xiàn)目標(biāo)板上模塊間的互聯(lián)，如SPI、I2C、USB、1-Wire、QSPI、Microwire、SMBus等。它們的共同點(diǎn)就是連接線數(shù)量很少，算上電源線和地線通常為2-4根，其中信號(hào)線上的數(shù)據(jù)傳輸普遍采用串行比特流傳輸，發(fā)送方和接收方內(nèi)部的收發(fā)器電路會(huì)完成并行數(shù)據(jù)和串行比特流之間的轉(zhuǎn)換。串行外設(shè)接口總線（SPI）最早由Motorola首先提出的全雙工三 線同步串行外圍接口，采用主從模式（Master-Slave）架構(gòu)， 支持一個(gè)或多個(gè)Slave設(shè)備，首先出現(xiàn)在其M68系列單片機(jī)中。8SPI（SerialPeripheralInterface）8.1SPI概述①②③④串行時(shí)鐘線（SCK）主機(jī)輸入/從機(jī)輸出數(shù)據(jù)線（MISO）主機(jī)輸出/從機(jī)輸入數(shù)據(jù)線（MOSI）低電平有效從機(jī)選擇線CS。時(shí)鐘信號(hào)由Master給出，并驅(qū)動(dòng)Slave遵從Master的步調(diào)接收和發(fā)送比特?cái)?shù)據(jù)。傳輸字節(jié)時(shí)可選擇“高位在前，低位在后（MSBfirst）”，也可選擇“低位在 前，高位在后（MSBfirst）”兩根數(shù)據(jù)線同時(shí)工作，實(shí)現(xiàn)全雙工通信，通信速率較高，可達(dá)5Mbps甚至更高。

P292表8-18SPI（SerialPeripheralInterface）8.2SPI工作原理（1）1:1主從式架構(gòu)

SCLXMOSIMISO SSSlaveSlaveMaster

SCLKMasterSDO SDI SSSCLK SDI SDO SS8SPI（SerialPeripheralInterface）8.2SPI工作原理（2）1:n主從式架構(gòu)

SCLKMOSIMISO SS1 SS2 SS3SPIMasterSCLKMOSIMISOSSSCLKMOSIMISOSSSCLKMOSIMISOSSSlaven1Slaven2Slaven38SPI（SerialPeripheralInterface）8.3STM32F10xSPISTM32的SPI模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)對(duì)外有4根引腳。其中，NSS：從選擇。①與SPI原理中陳述的SS不同，STM32的NSS腳可以用做輸入（硬件模式）和輸出。②如果NSS由軟件管理，則不用該引腳。8SPI（SerialPeripheralInterface）8.3STM32F10xSPI（1）時(shí)鐘的相位與極性：

CPOL（時(shí)鐘極性）位用于配置在沒(méi)有數(shù)據(jù)傳輸時(shí)時(shí)鐘的空閑狀 態(tài)電平。①②CPOL=0，SCK引腳在空閑狀態(tài)保持低電平；CPOL=1，SCK引腳在空閑狀態(tài)保持高電平。CPHA（時(shí)鐘相位）：①②CPHA=0，SCK時(shí)鐘的第一邊沿(CPOL位為0時(shí)就是下降沿，CPOL位為1時(shí)就是上升沿)進(jìn)行數(shù)據(jù)位采樣。數(shù)據(jù)在第二個(gè)時(shí)鐘邊沿被鎖存；CPHA=1，從設(shè)備將在SCK時(shí)鐘的第二個(gè)邊沿(CPOL位為0時(shí)就是下降沿，CPOL位為1時(shí)就是上升沿)進(jìn)行數(shù)據(jù)位的采樣，數(shù)據(jù)在第一個(gè)時(shí)

鐘邊沿被鎖存。注意：在改變CPOL/CPHA位之前，必須先清除SPE位將SPI禁止以 避免數(shù)據(jù)毛刺。8SPI（SerialPeripheralInterface）8.3STM32F10xSPI（2）數(shù)據(jù)幀格式：STM32的SPI模塊支持MSB/LSB選擇和8/16位選擇。SPI_CR1寄存器中的LSBFIRST位可用于控制輸出數(shù)據(jù)位時(shí)MSB在先還是LSB在先，DFF位可以選擇數(shù)據(jù)幀是8位還是16位。（3）CRC校驗(yàn)：CRC校驗(yàn)是為了保證通信的可靠性。數(shù)據(jù)發(fā)送和數(shù)據(jù)接收分別使用單獨(dú)的CRC計(jì)算器。通過(guò)對(duì)每一個(gè)接收位進(jìn)行可編程的多項(xiàng)式運(yùn)算來(lái)計(jì)算CRC。CRC的計(jì)算是在由SPI_CR1寄存器中CPHA和CPOL位定義的采樣時(shí)鐘邊沿進(jìn)行的。STM32的SPI接口提供了兩種CRC計(jì)算方法，取決于所選的發(fā)送和/或接收的數(shù)

據(jù)幀格式：8位數(shù)據(jù)幀采用CR8；16位數(shù)據(jù)幀采樣CRC16-CCITT。CRC計(jì)算可通過(guò)設(shè)置SPI_CR1寄存器中的CRCEN位啟用。設(shè)置CRCEN位時(shí)同時(shí)復(fù)位。在全雙工模式下，CRC驗(yàn)證可自動(dòng)進(jìn)行，但在單工模式下，CRC驗(yàn)證需接收方軟件實(shí)現(xiàn)。8SPI（SerialPeripheralInterface）8.3STM32F10xSPI（4）標(biāo)志位：①②③④⑤Busy發(fā)送/接收緩沖器空閑TXE/RXNE模式錯(cuò)誤MODF溢出OVRCRC錯(cuò)誤CRCEREE（5）中斷：使能控制位TXEIERXNEIEERRIE中斷事件發(fā)送緩沖器空標(biāo)志接收緩沖器非空標(biāo)志主模式錯(cuò)誤事件溢出錯(cuò)誤CRC錯(cuò)誤標(biāo)志事件標(biāo)志TXERXNEMODFOVRCRCEREE8SPI（SerialPeripheralInterface）?8.3STM32F10xSPI（6）SPI功能設(shè)置寄存器