[Linux kernel] SPI 理論

SPI (Serial Peripheral Interface) 是一種串列式的 I/O 介面，時脈約 1~ 70MHz，在微控制器和低速裝置之間提供一個低成本、易使用的介面，進行同步串行資料傳輸，包括 FLASH, ADC, PLL, RTC, LIU, CODEC... 都可以用 SPI 介面來控制。

在主裝置的移位脈衝下，資料按位元傳輸，高位元在前，低位元在後，點對點的通信，不需要進行尋址操作，為全雙工通信，資料傳輸速度總體來說比 I2C 總線要快，速度可達到幾 Mbps。

但因為多個從裝置的系統中，每個從裝置需要獨立的 Enable 信號，硬體上比 I2C 系統要稍微複雜一些。

SPI 相當容易實作, 但各家採用的 SPI 又不盡相同, 有正緣、負緣、傳輸的數據為 8-bit、16-bit、四線、三線... 多種變形。要將每一種都實作一遍也不難, 但如何能夠共用模組, 減少重複的驗證及除錯, 避免 re-invent the wheel 才是工程師不得多花一點心思的地方。

一種四線制串列匯流排介面，為主 / 從結構，四條導線分別為

串列時脈 (SCLK/SCK) - 時鐘信號，由主裝置產生

主出從入 (MOSI) - 主裝置資料輸出，從裝置資料輸入 (Master Output Slave Input)

主入從出 (MISO)- 主裝置資料輸入，從裝置資料輸出 (Slave Output Master Input)

從選 (SS) 訊號 - 從裝置 Enable 信號，由主裝置控制 (Slave Single)

主元件為時脈提供者，可發起讀取從元件或寫入從元件作業。這時主元件將與一個從元件進行對話。當匯流排上存在多個從元件時，要發起一次傳輸，主元件將把該從元件選擇線拉低，然後分別透過 MOSI 和 MISO 線路啟動數據發送或接收。 

SPI 總線工作方式

SPI 總線有四種工作方式，其中使用的最為廣泛的是 SPI0 和 SPI3 方式(實線表示)：

時序詳解：

CPOL：時鐘極性 (Polarity) 選擇 為 0 時 SPI 總線空閒為低電位 為 1 時 SPI 總線空閒為高電位

CPHA：時鐘相位 (Phase) 選擇 為 0 時在 SCK 第一個周期 MISO 輸入 為 1 時在 SCK 第二個周期 MISO 輸入

當 CPHA=0、CPOL=0 時

MISO 引腳上的資料在第一個 SPSCK 周期之前已經輸入了，而為了保證正確傳輸，MOSI 引腳的 MSB 位必須與SPSCK 的第一個周期邊緣同步

在 SPI 傳輸過程中，首先將資料輸入，然後在同步時鐘信號的正緣觸發時，SPI 的接收方捕捉位信號，在 clock 信號的一個週期結束時 (負緣觸發)，下一筆資料輸入，再重複上述過程，直到一個字元的 8 位信號傳輸結束。

當 CPHA=0、CPOL=1 時

 與前者唯一不同之處只是在同步 clock 信號的負緣觸發信號，正緣觸發時，下一筆資料輸入

當 CPHA=1、CPOL=0 時

 MISO 引腳和 MOSI 引腳上的資料的 MSB 位必須與 SPSCK 的第一個邊沿同步，在 SPI 傳輸過程中，在同步 clock 信號週期開始時 (正緣觸發) 資料輸入，然後在同步 clock 信號的負緣觸發時，SPI 的接收方捕捉位信號，在 clock 信號的一個週期結束時 (正緣觸發)，下一筆資料輸入，再重複上述過程，直到一個字元的 8 位信號傳輸結束。

當 CPHA=1、CPOL=1 時

 與前者唯一不同之處只是在同步時鐘信號的正緣觸發，負緣觸發信號時，下一筆資料輸入

參考

kernel/Documentation/spi/spi-summary (Salve Devices)

http://ww2.cs.fsu.edu/~rosentha/linux/2.6.26.5/docs/DocBook/kernel-api/ch25.html

http://www.eettaiwan.com/SEARCH/ART/SPI.HTM

http://tw.myblog.yahoo.com/louis99lin/article?mid=109&prev=117&next=-1

http://avr.eefocus.com/article/10-08/2075521282652436.html

http://en.wikipedia.org/wiki/Serial_Peripheral_Interface_Bus