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一文读懂SPI串行外设接口

时间：2017-04-27 09:24来源：ZLG致远电子

摘要：SPI总线系统是一种同步串行外设接口，它可以使MCU与各种外围设备以串行方式进行通信以交换信息。正是由于有了通信方式，我们才能够通过芯片控制各种各样的外围器件，实现很多“不可思议”的现代科技。这里将以SPI为题，从编程角度来介绍SPI总线。

     SPI总线系统是一种同步串行外设接口，它可以使MCU与各种外围设备以串行方式进行通信以交换信息。正是由于有了通信方式，我们才能够通过芯片控制各种各样的外围器件，实现很多“不可思议”的现代科技。这里将以SPI为题，从编程角度来介绍SPI总线。
1、SPI协议简介
                                                
                                                                               图 1  SPI接口
       SPI 是英语 Serial Peripheral interface 的缩写，顾名思义就是串行外围设备接口。是 Motorola首先在其 MC68HCXX 系列处理器上定义的。SPI是一种高速的，全双工，同步的通信总线，由于其简单易用的特性，现在很多的nor flash和nandflash芯片集成了这种通信协议，也就是我们说的SPI flash。
2、应用及现状
                 
                                                                                    图 2 SPI应用
       SPI flash 芯片应用十分广泛，在很多电子产品上面或多或少都有它的踪影，如手机、数码、液晶显示器、机顶盒、电脑主板等。最近，有消息透露，苹果新手机iPhone 8将导入采用编码型快闪存储（NOR Flash），让已经处于缺货状态的NOR芯片更为恼火，另外据存储业者透露，今年NOR芯片供给缺口将可能扩大至20%。
3、解剖SPI总线
      SPI 接口一般使用 4 条线通信，MISO 主设备数据输入，从设备数据输出。MOSI 主设备数据输出，从设备数据输入。SCLK 时钟信号，由主设备产生。CS 从设备片选信号，由主设备控制。
           
                                                                         图 3 SPI总线
        SPI接口在Master控制下产生的从器件使能信号和时钟信号，两个双向移位寄存器按位传输进行数据交换，传输数据高位在前，低位在后（MSB）。在SCK的下降沿上数据改变，上升沿一位数据被存入移位寄存器。
               
                                                                     图 4  使能信号和时钟信号
        4、解剖SPI flash
       搞懂了SPI协议之后，下面就让小编来带你轻松操作SPI flash芯片。对flash芯片的操作，一般包括对flash芯片的擦除，编程和读取，各大厂商的SPI flash芯片都大同小异，操作命令基本是没什么变化的，当我们拿到一款芯片，要特别注意芯片的容量，操作分区，下面以旺宏的芯片为例为大家讲解。
       其实，无论是对芯片的擦除，编程还是读取操作，我们大致可以按照以下的套路来：写命令---写地址---写（读）数据。正如以下的时序图一样清晰明了，我们先把片选信号拉低，再发个0x02页编程命令，再发个地址，就可以轻松写数据了。
                             
      依样画葫芦，擦除操作也是一样，甚至更简单，但是我们要注意循环判断状态寄存器的WIP位直至为0为擦除完成，具体循环时间视芯片而定。
                  
      另外，我们要特别注意SPI flash的 OTP区，即(ONE TIME PROGRAMMABLE)，也就是说这个区域只能编程一次，编程之后不能再修改及擦除，因此我们操作的时候要特别注意。对OTP区域的读写之前，我们首先要发送进入OTP区域的命令，其他的操作和以上普通flash区域的操作是一样的。
掌握以上方法，我们就可以轻松操作SPI flash芯片了，当然，对时序这种底层的操作，还需要不断学习和积累。
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