正点原子[第二期]Linux之ARM(MX6U)裸机篇学习笔记-24.1,2 SPI驱动实验-SPI协议介绍
前言:
本文是根据哔哩哔哩网站上“正点原子[第二期]Linux之ARM(MX6U)裸机篇”视频的学习笔记,在这里会记录下正点原子 I.MX6ULL 开发板的配套视频教程所作的实验和学习笔记内容。本文大量引用了正点原子教学视频和链接中的内容。
引用:
正点原子IMX6U仓库 (GuangzhouXingyi) - Gitee.com
《【正点原子】I.MX6U嵌入式Linux驱动开发指南V1.5.2.pdf》
正点原子资料下载中心 — 正点原子资料下载中心 1.0.0 文档
SPI学习参考资料:
简述SPI通信协议-01_cpha选择为第一个边沿-CSDN博客
SPI中的CPHA,CPOL详解-CSDN博客
正文:
本文是 “正点原子[第二期]Linux之ARM(MX6U)裸机篇--第24讲 SPI驱动。本节将参考正点原子的视频教程第24讲和配套的正点原子开发指南文档进行学习。
0. 概述
通I2C一样,SPI是很常用的通信接口,也可以通过SPI来连接众多的传感器。相比I2C接口,SPI接口的通信速度很快,I2C最多400KHz,但是SPI可以到达即使MHz。I.MX6U 也有4个SPI接口,可以通过这4个SPI接口来连接一些SPI外设。I.MX6U-ALHPA使用SPI3接口连接了一个6周传感器 ICM-20608,本章我们就来学习如何使用I.MX6U的SPI接口来驱动ICM-20608,读取ICM-20608的六轴数据。
1. SPI简介
上一章我们讲解了I2C,I2C是串行通信的一种,只需要两根线就可以完成主机和从机之间的通信,但是I2C的速度最高只能到400KHz,如果对于访问速度要求比较高的话I2C就不适合了。本章我们就来学习另外一个和I2C一样广泛使用的串行协议:SPI,SPI的全称是 Serial Peripheral Interface,也就是串行外围设备接口。SPI是Motorola公司推出的一种同步串行接口技术,是一种高速,全双工的同步通信协议,SPI时钟频率相比I2C要高很多,最高可以工作到上百Mhz。SPI以主从方式工作,通常是有一个主设备和一个或多个从设备,一般SPI需要4根线,但是也可以使用三根线(单向传输),本章我们讲解标准的4线SPI,这4根线如下:
- CS/SS, Chip Select/Slave Select,这个是片选信号线,用于选择需要进行通信的从设备。I2C主机是通过发送从机设备地址来选择需要进行通信的从设备的,SPI主机不需要发送从机设备地址,而是直接将相应的从机设备片选信号拉低。
- SCK,Serial Clock,串行时钟,和I2C的SCL一样,为SPI通信提供时钟。
- MOSI/SDO,Master Out Slave In/Serial Data Output,简称主出从入线,这根数据线只能用户主机向从机发送数据,也就是主机输出,从机输入。
- MISO/SDI,Master In Slave Out/Serial Data Input,简称主入从出线,这根数据线只能用于从机向主机发送数据,也就是主机输入,从机输出。
SPI 通信都是由主机发起的,主机需要提供通信的时钟信号。主机通过SPI线连接多个从设备的结构如下图所示:
1.1 SPI工作模式
SPI由四种工作模式,通过串行时钟极性(CPOL: Clock Polity)和相位(CPHA:Clock Phase)的搭配来得到四种工作模式:
值 | 描述 |
CPOL=0 | 串行时钟空闲状态为低电平 |
CPOL=1 | 串行时钟空闲状态为高电平 此时可以通过配置时钟相位CPHA(Clock Phase)来选择具体的传输协议 |
CPHA=0 | 串行时钟的第一个跳变沿(上升沿或下降沿)来采集数据 |
CPHA=1 | 串行时钟的第二个跳变沿(上升沿或下降沿)来采集数据 |
这四种工作模式如下图所示:
1.2 什么是SPI的 CPHA 第一个上升沿,第二个上升沿?
SPI协议的CPHA(Clock Phase)相位决定是在第一个跳变沿还是在第二个跳变沿采集数据,那么什么时第一个跳变沿,什么又是第二个跳变沿哪?问下"百度AI助手好了",结果输出如下:
但是,百度AI助手大模型这里总结提炼的东西大部分是正确,但是中间的CPOL(Clock Polarity)和CPHA(Clock Phase)组合之后的采集沿是在第一个跳变沿采集还是在第二个跳变沿采集,百度AI助手大模型搞错了。这就是AI大模型助手的问题,有时间会给出看似正确但是实际上细节错误的东西。
不过这些百度AI助手提取出来的信息对于我来讲还是有效的,第一它给出了一些SPI CPOL(Clock Polarity)和CPHA(Clock Phase)的组合概念提炼,第二它给出了引用链接来源,我去读一下它的引用链接不就能得到有用信息了么,赞。
把百度AI助手提供的有用信息总结一下就是:
SPI协议中的CPHA(Clock Phase)决定了数据传输采样和移位方式,具体涉及到时钟信号的跳变沿。在一个时钟周期内,会有两次跳变沿:上升沿(从低电平到高电平的变化)和下降沿(从高电平到低电平的变化)。
- 当CPHA=0时,表示数据在使用信号的第一个跳变沿(即上升沿或下降沿,具体取决于CPOL的设置)进行采样。
- 当CPHA=1时,表示数据在时钟信号的第二个跳变边沿进行采样。
结合CPOL(Clock Polarity)的设置,可以形成SPI的四种工作模式:
- Mode0 (CPOL=0, CPHA=0):数据在时钟的第一个跳变沿采样,因为CPOL=0 低电平表示空闲Idle,所以第一个跳变沿是上升沿(由低到高)采样。
- Mode1 (CPOL=0, CPHA=1):数据在时钟的第二个跳变沿采样,因为CPOL=0 低电平表示空闲Idle,所以第二个跳变沿是下降沿(由高到低)采样。
- Mode2 (CPOL=1, CPHA=0):数据在时钟的第一个跳变沿采样,因为CPOL=1 高电平表示空闲Idle,所以第一个跳变沿是下降沿(由高到低)采样。
- Mode3(CPOL=1, CPHA=1):数据在时钟的第二个跳变沿采样,因为CPOL=1 高电平表示空闲Idle,所以第二个跳变沿是上升沿(由低到高)采样。
参考如下链接里的博文,给出了总结的图片,图片总结的很完备了
SPI中的CPHA,CPOL详解-CSDN博客