科普一下SPI通信协议的基本内容

最近正在调试一个芯片的评估板，其中配置寄存器使用的是SPI通信协议。其实很多芯片寄存器的配置都用到了SPI通信协议，我们今天就需要实现这个SPI通信协议。

首先，我们需要了解SPI协议的基本内容，SPI主要有四根传输线，分别为SPI_CLK, SPI_EN, SPI_DI, SPI_DO。

主设备会将数据时钟通过SPI_CLK传送给从设备，从设备根据SPI_CLK进行接收发送工作；SPI需要注意的是极性CPOL和相位CPHA；CPOL指的是时钟极性，CPHA指的是时钟相位。一个时钟周期内，会有两个跳变沿，它既有可能是上升沿也有可能是下降沿；CPOL的值决定了SPI数据时钟在空闲状态下保持为高电平（CPOL=1）还是低电平（CPOL=0），CPHA的值决定了SPI的采样边沿是第一个边沿（CPHA=0）还是第二个边沿（CPHA=1）。

举个例子，从某芯片手册上看，该芯片手册SPI的时序图如下：

芯片SPI写时序

可以看到，SPI_CLK在开始和结束时都保持了低电平状态，所以CPOL=0，而每次SPI_DI在SPI_CLK的上升沿改变电平值，在SPI_CLK的下降沿保持电平不变，所以可以推断，SPI的采样边沿是第二个边沿，CPHA=1；

从图中我们还可以知道，SPI需要工作的时候，SPI_ENB需要拉低，这就是SPI的片选信号，由于SPI没有寻址机制，所以需要使用片选信号选择总线上不同的设备。

所以说，SPI_EN的工作最为轻松，在需要发送数据的时候将SPI_EN反相，在发送结束后再反相回来；SPI_CLK就是在不断地发送周期性方波;SPI_DI则是在恰当的时机根据要发送的数据进行高低电平转换，然后保持不变。

芯片SPI读时序

这里简单说一下这个芯片SPI的协议内容，发送的第一位(MSB)决定了SPI读写操作，为1是写入，为0是读取；接下来发送5位0，接着发送10位的寄存器地址；如果SPI是写操作，继续写入8位数据，否则开始接收SPI_DO上的数据。

指令解释这里我列出了状态机跳转的状态：

首先状态机不管在任何状态都会回到IDLE空闲状态，在IDLE空闲状态下，接收到发送数据的命令就会跳转到WRITE_ADDR写地址状态，在写完前16位数据后，根据第一位的值决定是跳转到WRITE_DATA状态接着向芯片寄存器写入数据还是转向READ状态读取寄存器的值；操作结束后最终状态机回到IDLE空闲状态。

其实只需要理解芯片手册上SPI的时序图，并用verilog将其描述出来，就已经成功了一大半。这里我们实操前的准备工作都做完了，接下来就是开始码verilog代码并进行仿真，上板测试等等。待我整理出来之后，再与大家一同讨论吧。



审核编辑：刘清