【一】FPGA实现SPI协议之SPI协议介绍

一、spi协议解析

spi协议有4根线，主机输出从机输入MOSI、主机输入从机输出MISO、时钟信号SCLK、片选信号SS\CS 。一般用于主机和从机之间通信。由主机发起读请求和写请求，主机的权限是主动的，从机是被动的。

二、信号端口解析：

片选信号CS：当CS信号为低时，spi传输开始；cs信号为高时，则为空闲状态。

时钟信号SCK：

MOSI信号：M代表主机、O代表输出，S代表从机、I代表输入，即主机输从机输入，数据的流向是从主机到从机，数据单位bit。也称之为 SDO，S是SPI，D是data，O是output

MISO信号：M代表主机、I代表输入、S代表从机、O代表输出、即主机输入从机输出，数据的流向是从从机到主机，数据单位bit。也称之为 SDI，S是SPI，D是data，O是input

三、连接的方式

下图是一个主机一个从机的连接方式：

下图是一个主机多个从机的连接方式：

一主多从，一个主机控制多个从机。注意不允许多个主机控制一个从机。

四、时序图

从下面的时序图也可以看出来SPI是全双工的，在时钟的上升沿可以同时发送和接收数据。SSEL信号就是片选信号CS，在SSEL信号为低的时候数据有效，开始发送和接收1bytes数据，在时钟sck的上升沿发送和接收数据。SPI协议属于低速协议，时钟可以跑在10M左右，也可以跑到100M。这个图是其中一个模式下的时序图。这个图中的时钟极性是1，在第二个时钟的跳变沿开始传输数据，所以时钟相位为1。CPOL=1，CPHA=1

五、时钟极性和时钟相位

时钟极性（CPOL）：时钟极性为0时，SCK信号处于低电平；时钟极性为1时，SCK信号处于高电平；

时钟相位（CPHA）：时钟相位为0时，SCK第一个跳变沿传输数据；时钟相位为1时，SCK第二个跳变沿传输数据；

空闲状态时，即片选信号CS为高时，SCK信号此时可以为高电平（时钟极性为1），也可以为低电平（时钟极性为0），对应两种不同的模式。

1）空闲时，CS=1，SCK=1。

2）空闲时，CS=1，SCK=0。

SPI的模式由时钟极性和时钟相位来决定，时钟极性有2种模式，时钟相位也有2种模式，2*2=4种模式。

3）例子

在下面这个图中，在空闲的状态，SCK为低电平，时钟极性为0，在时钟的第一个跳变沿发送数据，所以始时钟相位为0。CPOL=0，CPHA=0，这种模式是我们常用的模式

再举一个例子：CPOL=1 ,CPHA=0模式

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---晓凡 2023年12月19日于武汉书