串行外圍接口SPI功能模塊的設計

摘 要：串行外設接口SPI是現(xiàn)在很流行的一種同步串行接口，可用于與其他外設或者單片機進行通信。根據(jù)SPI總線性能特點，給出了SPI總線的數(shù)據(jù)傳輸規(guī)范，設計了一種SPI的IP功能模塊，并成功應用到監(jiān)控系統(tǒng)SOC芯片中。

　　1 引 言

　　SPI(Serial Peripheral Interface)串行外圍接口是一種3線同步串行全雙工通信接口，它具有電路簡單，速度陜，通信可靠等優(yōu)點，近年來大量的新型器件如LCD模塊、FLASH、EEPROM存儲器、數(shù)據(jù)輸入輸出設備都采用了SPI接口，新型的單片機一般都已將SPI接口控制器集成在單片機內(nèi)部，這樣能夠大大降低軟件的工作量。

　　由于SPI系統(tǒng)總線一共只需3～4位數(shù)據(jù)線和控制線即可實現(xiàn)與具有SPI總線接口功能的各種I／O器件進行接口，而擴展并行總線則需要8根數(shù)據(jù)線、8—16位地址線、2～3位控制線，因此，采用SPI總線接口可以簡化電路設計，節(jié)省很多常規(guī)電路中的接口器件和I／0口線，提高設計的可靠性，使用SPI總線可以增加應用系統(tǒng)接口器件的種類，提高應用系統(tǒng)的性能。

　　2 SPI模塊的接口信號、時序要求及工作模式

　　2．1 內(nèi)部總線接口

　　在本設計中，內(nèi)部總線接口采用的是AMBA總線3．0協(xié)議，具有較好的可移植性和可復用性。SPI是APB總線上的Slave模塊。APB總線的時序完全遵照(ABMA Specification)(Rev 3．0)。因此此SPI模塊支持3種DMA操作，除了標準信號線外，還有3根與DMA模塊連接的中斷請求信號線。

　　2．2 SPI總線接口及時序

　　SPI串行接口使用4條線可與多種標準外圍器件直接接口：串行時鐘線SCLK，主機輸入／從機輸出數(shù)據(jù)線MISO，主機輸出／從機輸人數(shù)據(jù)線MOSI和低電平有效的從機選擇線SSN。SCLK是主機時鐘線，為MISO數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收提供同步時鐘信號。

　　在正常工作的時候，主機的4個引腳應和從機對應的4個引腳分別相連。

　　SPI模塊為了和外設進行數(shù)據(jù)交換，根據(jù)外設的工作要求，其輸出串行同步時鐘的極性和相位可以進行配置，時鐘的極性(CPOL)對傳輸?shù)膮f(xié)議沒有重大影響。如果CPOL=0，串行同步時鐘的空閑狀態(tài)為低電平；相反，如果CPOL=l，串行同步時鐘的空閑狀態(tài)為高電平。時鐘相位(CPHA)能夠配置用于選擇兩種不同的傳輸協(xié)議之一進行數(shù)據(jù)傳輸。

　　如果CPHA=0，在串行同步時鐘的第一個跳變沿(上升或下降)數(shù)據(jù)被采樣；如果CPHA=1，在串行同步時鐘的第二個跳變沿(上升或下降)數(shù)據(jù)被采樣。SPI主模塊和與之通信的外設時鐘相位和極性應該一致。SPI接口時序如圖1、圖2所示。

圖1 CPOL=0 CPHA =0

圖2 CPOL=0 CPHA=1