一文讀懂SPI串行外設接口

　　SPI總線(xiàn)系統是一種同步串行外設接口，它可以使MCU與各種外圍設備以串行方式進(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(guò)芯片控制各種各樣的外圍器件，實(shí)現很多“不可思議”的現代科技。這里將以SPI為題，從編程角度來(lái)介紹SPI總線(xiàn)。

　　1、SPI協(xié)議簡(jiǎn)介

　　圖 1 SPI接口

　　SPI 是英語(yǔ) Serial Peripheral interface 的縮寫(xiě)，顧名思義就是串行外圍設備接口。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(xiàn)，由于其簡(jiǎn)單易用的特性，現在很多的nor flash和nandflash芯片集成了這種通信協(xié)議，也就是我們說(shuō)的SPI flash。

　　2、應用及現狀

　　圖 2 SPI應用

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

　　3、解剖SPI總線(xiàn)

　　SPI 接口一般使用 4 條線(xiàn)通信，MISO 主設備數據輸入，從設備數據輸出。MOSI 主設備數據輸出，從設備數據輸入。SCLK 時(shí)鐘信號，由主設備產(chǎn)生。CS 從設備片選信號，由主設備控制。

　　圖 3 SPI總線(xiàn)

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

　　圖 4 使能信號和時(shí)鐘信號

　　4、解剖SPI flash

　　搞懂了SPI協(xié)議之后，下面就讓小編來(lái)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(chǎng)商的SPI flash芯片都大同小異，操作命令基本是沒(méi)什么變化的，當我們拿到一款芯片，要特別注意芯片的容量，操作分區，下面以旺宏的芯片為例為大家講解。

　　其實(shí)，無(wú)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(lái)：寫(xiě)命令---寫(xiě)地址---寫(xiě)(讀)數據。正如以下的時(shí)序圖一樣清晰明了，我們先把片選信號拉低，再發(fā)個(gè)0x02頁(yè)編程命令，再發(fā)個(gè)地址，就可以輕松寫(xiě)數據了。

　　依樣畫(huà)葫蘆，擦除操作也是一樣，甚至更簡(jiǎn)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，即(ONE TIME PROGRAMMABLE)，也就是說(shuō)這個(gè)區域只能編程一次，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區域的讀寫(xiě)之前，我們首先要發(fā)送進(jìn)入OTP區域的命令，其他的操作和以上普通flash區域的操作是一樣的。

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