一文讀懂SPI串行外設(shè)接口

 SPI總線系統(tǒng)是一種同步串行外設(shè)接口，它可以使MCU與各種外圍設(shè)備以串行方式進(jìn)行通信以交換信息。正是由于有了通信方式，我們才能夠通過芯片控制各種各樣的外圍器件，實(shí)現(xiàn)很多“不可思議”的現(xiàn)代科技。這里將以SPI為題，從編程角度來介紹SPI總線。

1、SPI協(xié)議簡介

圖 1 SPI接口

SPI 是英語 Serial Peripheral interface 的縮寫，顧名思義就是串行外圍設(shè)備接口。是 Motorola首先在其 MC68HCXX 系列處理器上定義的。SPI是一種高速的，全雙工，同步的通信總線，由于其簡單易用的特性，現(xiàn)在很多的nor flash和nandflash芯片集成了這種通信協(xié)議，也就是我們說的SPI flash。

2、應(yīng)用及現(xiàn)狀

圖 2 SPI應(yīng)用

SPI flash 芯片應(yīng)用十分廣泛，在很多電子產(chǎn)品上面或多或少都有它的蹤影，如手機(jī)、數(shù)碼、液晶顯示器、機(jī)頂盒、電腦主板等。最近，有消息透露，蘋果新手機(jī)iPhone 8將導(dǎo)入采用編碼型快閃存儲(chǔ)(NOR Flash)，讓已經(jīng)處于缺貨狀態(tài)的NOR芯片更為惱火，另外據(jù)存儲(chǔ)業(yè)者透露，今年NOR芯片供給缺口將可能擴(kuò)大至20%。

3、解剖SPI總線

SPI 接口一般使用 4 條線通信，MISO 主設(shè)備數(shù)據(jù)輸入，從設(shè)備數(shù)據(jù)輸出。MOSI 主設(shè)備數(shù)據(jù)輸出，從設(shè)備數(shù)據(jù)輸入。SCLK 時(shí)鐘信號(hào)，由主設(shè)備產(chǎn)生。CS 從設(shè)備片選信號(hào)，由主設(shè)備控制。

圖 3 SPI總線

SPI接口在Master控制下產(chǎn)生的從器件使能信號(hào)和時(shí)鐘信號(hào)，兩個(gè)雙向移位寄存器按位傳輸進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，傳輸數(shù)據(jù)高位在前，低位在后(MSB)。在SCK的下降沿上數(shù)據(jù)改變，上升沿一位數(shù)據(jù)被存入移位寄存器。

圖 4 使能信號(hào)和時(shí)鐘信號(hào)

4、解剖SPI flash

搞懂了SPI協(xié)議之后，下面就讓小編來帶你輕松操作SPI flash芯片。對flash芯片的操作，一般包括對flash芯片的擦除，編程和讀取，各大廠商的SPI flash芯片都大同小異，操作命令基本是沒什么變化的，當(dāng)我們拿到一款芯片，要特別注意芯片的容量，操作分區(qū)，下面以旺宏的芯片為例為大家講解。

其實(shí)，無論是對芯片的擦除，編程還是讀取操作，我們大致可以按照以下的套路來：寫命令---寫地址---寫(讀)數(shù)據(jù)。正如以下的時(shí)序圖一樣清晰明了，我們先把片選信號(hào)拉低，再發(fā)個(gè)0x02頁編程命令，再發(fā)個(gè)地址，就可以輕松寫數(shù)據(jù)了。

依樣畫葫蘆，擦除操作也是一樣，甚至更簡單，但是我們要注意循環(huán)判斷狀態(tài)寄存器的WIP位直至為0為擦除完成，具體循環(huán)時(shí)間視芯片而定。

另外，我們要特別注意SPI flash的 OTP區(qū)，即(ONE TIME PROGRAMMABLE)，也就是說這個(gè)區(qū)域只能編程一次，編程之后不能再修改及擦除，因此我們操作的時(shí)候要特別注意。對OTP區(qū)域的讀寫之前，我們首先要發(fā)送進(jìn)入OTP區(qū)域的命令，其他的操作和以上普通flash區(qū)域的操作是一樣的。

掌握以上方法，我們就可以輕松操作SPI flash芯片了，當(dāng)然，對時(shí)序這種底層的操作，還需要不斷學(xué)習(xí)和積累。