spi总线简介及FPGA实现

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spi(serial peripheral interface)，串行外围设备接口。由一个主设备和一个或多个从设备组成。主设备启动一个与从设备的同步通讯，从而完成数据的交换。

SPI，是一种高速的、全双工、同步的通信总线。在芯片的管教上只占用四根线，节约了芯片的管教，同时为PCB的布局上节省了空间，该接口的四条线为：串行时钟线（SCK）、主机输入/从机输出数据线MISO、主机输出/从机输入数据线MOSI和低电平有效的从机选择线CS。

SPI的通信原理很简单，它以主从方式工作。需要4跟线，3跟也可以（非双工），这些线也是所有基于SPI的设备共有的，他们是SDI，SDO,SCK,CS

①SDO-主设备数据输出，从设备数据输入

②SDI-主设备数据输入，从设备数据输出

③SCK-时钟信号，有主设备产生

④CS-从设备片选信号，有主设备控制

接下来就负责通讯的3根线了。通讯是通过数据交换完成的，这里先要知道SPI是串行通讯协议，也就是说数据是一位一位的传输的。这就是SCK时钟线存在的原因，由SCK提供时钟脉冲，SDI，SDO则基于此脉冲完成数据传输。数据输出通过 SDO线，数据在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读取。完成一位数据传输，输入也使用同样原理。这样，在至少8次时钟信号的改变（上沿和下沿为一次），就可以完成8位数据的传输。

在点对点的通信中，SPI接口不需要进行寻址操作，且为全双工通信，显得简单高效。在多个从设备的系统中，每个从设备需要独立的使能信号，硬件上比I2C系统要稍微复杂一些。 （I2C寻址时，先写入地址，在写入数据）

SPI通信

该总线通信基于主-从配置。它有以下4个信号：

MOSI:主出/从入

MISO:主入/从出

SCK:串行时钟

SS:从属选择

芯片上“从属选择”(slave-select)的引脚数决定了可连到总线上的器件数量。

        在SPI传输中，数据是同步进行发送和接收的。数据传输的时钟基于来自主处理器的时钟脉冲，摩托罗拉没有定义任何通用SPI的时钟规范。然而，最常用的时钟设置基于时钟极性(CPOL)和时钟相位(CPHA)两个参数，CPOL定义SPI串行时钟的活动状态，而CPHA定义相对于SO-数据位的时钟相位。 CPOL和CPHA的设置决定了数据取样的时钟沿。

数据方向和通信速度
        SPI传输串行数据时首先传输最高位。波特率可以高达5Mbps，具体速度大小取决于SPI硬件。例如，Xicor公司的SPI串行器件传输速度能达到5MHz。



 

SPI总线接口及时序

SPI是一个环形总线结构，由ss（cs）、sck、sdi、sdo构成，其时序其实很简单，主要是在sck的控制下，两个双向移位寄存器进行数据交换。

 假设下面的8位寄存器装的是待发送的数据10101010，上升沿发送、下降沿接收、高位先发送

那么第一个上升沿来的时候数据将会是sdo=1；寄存器=0101010x。下降沿到来的时候，sdi上的电平将所存到寄存器中去，那么这时寄存器=0101010sdi，这样在8个时钟脉冲以后，两个寄存器的内容互相交换一次。这样就完成里一个spi时序
verilog代码设计

为了适应上升沿传输，下降沿捕捉，这里我们使用SPI-CK的两倍信号作为系统时钟，第一个上升沿发送，下一个上升沿捕捉，正好对应着SPI-CK的上升沿和下降沿



 仿真图如下



 上面讨论的是SPI作为master时的情况，接下来讨论SPI作为SLAVE时候的情况



 



 

 参考：1.http://blog.csdn.net/bird67/archive/2009/04/21/4098637.aspx

2.深入浅出玩转FPGA