[發明專利]SPI控制器及通信方法

有效

• 申請號: 201210572669.9
• 申請日: 2012-12-25
• 公開（公告）號: CN103064805A
• 公開（公告）日: 2013-04-24
• 發明（設計）人: 段長江;聶澤東
• 申請（專利權）人: 深圳先進技術研究院
• 主分類號: G06F13/20
• 分類號: G06F13/20
• 代理公司: 深圳市科進知識產權代理事務所(普通合伙) 44316
• 代理人: 宋鷹武

【技術領域】

本發明涉及串行通信技術，尤其涉及一種改進型的SPI控制器及基于該SPI控制器的通信方法。

【背景技術】

SPI（Serial?Peripheral?Interface，串行外圍設備接口）最早由Motorola公司提出的一種全雙工、同步串行傳輸總線，主要用于微控制器和外圍設備之間的通信，以及用于微處理器和微處理器之間的通信。具有電路結構簡單、傳輸速度快、通信可靠等優點。

SPI總線包括4根信號線：SS（Slave?Select，從機選擇），SCLK（SPI?Clock，SPI傳輸時鐘），MOSI（Master?Output?Slave?Input，主機輸出從機輸入）和MISO（Master?Input?Slave?Output，主機輸入從機輸出）。其中，SS由SPI主機輸出，用于SPI主機選擇SPI從機，低電平有效，即當SS輸入為低時，SPI從機與SPI主機進行通信；SCLK是SPI主機輸出的用于同步MOSI和MISO的時鐘；MOSI是主機輸出給從機的數據線；MISO是從機輸出給主機的數據線。SPI總線的連接關系如圖1所示。

SPI控制器控制SS的方法，如圖2所示，具體為：

（1）、當被配置為從機時：SS管腳配置為SPI專用SS功能，作為輸入連接到外面的SPI主機的SS輸出，只用當SS輸入為低時，SPI控制器才能和外面的SPI主機進行通信；

（2）、當被配置為主機時：

（2a）、如果為單SPI主機系統，不需檢測MODF（Mode?Fault，模式錯誤）即多個SPI主機同時操作SPI總線，CPU（Central?Processing?Unit，中央處理單元）配置SPI控制器不使能MODF，SS作為輸出連接到外部的SPI從機，此時SS輸出通過CPU控制GPIO（Generic?Purpose?Input?Output，通用輸入輸出）來實現，即SS管腳配置為GPIO功能，GPIO配置為輸出狀態，輸出電平由CPU控制；此種情況下需軟件控制以模擬SS輸出；

（2b）、如果為多SPI主機系統，需檢測MODF，CPU配置SPI控制器使能MODF，SS管腳配置為SPI專用SS功能作為輸入，SPI控制器檢測SS輸入：當SS輸入為低，說明有其他的SPI主機正在操作SPI總線，SPI控制器需硬件自動配置為從機，并向CPU報告MODF；相反，當SS輸入為高，說明沒有其他的SPI主機在操作SPI總線，SPI控制器工作在主機模式，CPU配置SPI控制器不使能MODF，SS作為輸出連接到外部的SPI從機，SS輸出控制通過CPU控制GPIO來實現，并需軟件控制以模擬SS輸出。

如圖3所示，SPI控制器接收數據緩存器工作原理：初始接收數據緩存器未存儲數據，為空狀態，將寫入的數據依次存儲到相應的位置，當存儲N個數據后，假設接收數據緩存器最大容量為N，接收數據緩存器中存滿數據，為滿狀態，此時沒有空間存儲新的數據。如果SPI控制器接收新的數據并寫入接收數據緩存器，由于接收數據緩存器中的數據不會改變，新的數據將不會成功寫入到接收數據緩存器中；只有將接收數據緩存器里面的數據讀走，接收數據緩存器才有空間存儲新的數據，新的數據才能成功寫入到接收數據緩存器。

從上述分析中可以看到，SPI控制器存在如下兩個不足：

1、當SPI控制器配置為主機時，SS輸出不由SPI控制器直接控制，通過CPU（Central?Processing?Unit，中央處理單元）控制GPIO（Generic?Purpose?Input?Output，通用輸入輸出）來實現，需要軟件控制來模擬SS輸出。該方法通過CPU來控制GPIO來模擬SS輸出，需要軟件設計人員通過軟件來控制，雖提供了一定的設計靈活性，但軟件設計人員需要準確地用軟件控制來模擬SS輸出以滿足SPI傳輸時序要求，增加了軟件人員的負擔；同時，軟件控制需要額外占用CPU資源，增加了CPU的工作負荷。