什么是SPI

　　SPI是串行外設(shè)接口（Serial Peripheral Interface）的縮寫。SPI，是一種高速的，全雙工，同步的通信總線，并且在芯片的管腳上只占用四根線，節(jié)約了芯片的管腳，同時(shí)為PCB的布局上節(jié)省空間，提供方便，正是出于這種簡(jiǎn)單易用的特性，如今越來越多的芯片集成了這種通信協(xié)議，比如AT91RM9200。

　　SPI協(xié)議概括

　　SPI的通信原理很簡(jiǎn)單，它以主從方式工作，這種模式通常有一個(gè)主設(shè)備和一個(gè)或多個(gè)從設(shè)備，需要至少4根線，事實(shí)上3根也可以（單向傳輸時(shí)）。也是所有基于SPI的設(shè)備共有的，它們是SDI（數(shù)據(jù)輸入）、SDO（數(shù)據(jù)輸出）、SCLK（時(shí)鐘）、CS（片選）。

　?。?）SDI – SerialData In，串行數(shù)據(jù)輸入；

　?。?）SDO – SerialDataOut，串行數(shù)據(jù)輸出；

　?。?）SCLK – Serial Clock，時(shí)鐘信號(hào)，由主設(shè)備產(chǎn)生；

　?。?）CS – 從設(shè)備使能信號(hào)，由主設(shè)備控制。

　　什么是I2C總線

　　I2C--INTER-IC串行總線的縮寫，是PHILIPS公司推出的芯片間串行傳輸總線。它以1根串行數(shù)據(jù)線（SDA）和1根串行時(shí)鐘線（SCL）實(shí) 現(xiàn)了雙工的同步數(shù)據(jù)傳輸。具有接口線少，控制方式簡(jiǎn)化，器件封裝形式小，通信速率較高等優(yōu)點(diǎn)。在主從通信中，可以有多個(gè)I2C總線器件同時(shí)接到I2C總線 上，通過地址來識(shí)別通信對(duì)象。

　　I2C 接口的協(xié)議里面包括設(shè)備地址信息，可以同一總線上連接多個(gè)從設(shè)備，通過應(yīng)答來互通數(shù)據(jù)及命令。但是傳輸速率有限，標(biāo)準(zhǔn)模式下可達(dá)到100Kbps，快速模式下可達(dá)到400Kbps（我們開發(fā)板一般在130Kbps），高速模式下達(dá)到4Mbps，不能實(shí)現(xiàn)全雙工，不適合傳輸很多的數(shù)據(jù)。

　　I2C總線是一個(gè)真正的多主機(jī)總線，總線上多個(gè)主機(jī)初始化傳輸，可以通過傳輸檢測(cè)和仲裁來防止數(shù)據(jù)被破壞 。

　　下來詳細(xì)了解I2C總線時(shí)序：

　　1.1 總線數(shù)據(jù)有效性

　　I2C總線是單工，因此同一時(shí)刻數(shù)據(jù)只有一個(gè)流向，因此采樣有效時(shí)鐘也是單一的，是在SCL時(shí)鐘的高電平采樣數(shù)據(jù)。

　　I2C總線上SDA數(shù)據(jù)在SCL時(shí)鐘低電平是可以發(fā)生變化，但是在時(shí)鐘高電平時(shí)必須穩(wěn)定，以便主從設(shè)備根據(jù)時(shí)鐘采樣數(shù)據(jù)，如下圖：

　　1.2 總線空閑條件

　　I2C總線上設(shè)備都釋放總線（發(fā)出傳輸停止）后，I2C總線根據(jù)上拉電阻變成高電平，SDA SCL都是高電平。

　　1.3 總線數(shù)據(jù)傳輸起始和結(jié)束條件

　　I2C總線SCL高電平時(shí)SDA出現(xiàn)由高到低的跳變，標(biāo)志總線上數(shù)據(jù)傳輸?shù)拈_始條件

　　I2C總線SCL高電平時(shí)SDA出現(xiàn)由低到高的跳變，標(biāo)志總線上數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕Y(jié)束條件

　　1.4 總線數(shù)據(jù)傳輸順序以及ACK應(yīng)答

　　I2C總線上數(shù)據(jù)傳輸室MSB在前，LSB在后，從示波器上看，從左向右依次讀出數(shù)據(jù)即可

　　I2C總線傳輸?shù)臄?shù)據(jù)不收限制，但是每次發(fā)到SDA上的必須是8位，并且主機(jī)發(fā)送8位后釋放總線，從機(jī)收到數(shù)據(jù)后必須拉低SDA一個(gè)時(shí)鐘，回應(yīng)ACK表示數(shù)據(jù)接收成功，我們?nèi)绻静ㄆ魃峡吹降牟ㄐ尉褪敲看?位數(shù)據(jù)，8bit+1bit ack。如下：

　　從機(jī)收到一字節(jié)數(shù)據(jù)后，如果需要一些時(shí)間處理，則會(huì)拉低SCL，讓傳輸進(jìn)入等待狀態(tài)，處理完成，釋放SCL，繼續(xù)傳輸，如下：

　　1.5 總線讀寫時(shí)序

　　數(shù)據(jù)的傳輸在起始條件之后，發(fā)送一個(gè)7位的從機(jī)地址，緊接著第8位是數(shù)據(jù)方向（R/ W），0-表示發(fā)送數(shù)據(jù)（寫），1-表示接收數(shù)據(jù)（讀）。數(shù)據(jù)傳輸一般由主機(jī)產(chǎn)生的停止位（P）終止。但是如果主機(jī)仍希望在總線上通訊，它可以產(chǎn)生重復(fù)起始條件（Sr），和尋址另一個(gè)從機(jī)，而不是首先產(chǎn)生一個(gè)停止條件。在這種傳輸中，可能有不同的讀/寫格式結(jié)合。

　　I2C總線主設(shè)備讀寫從設(shè)備，一般都是與從設(shè)備的寄存器打交道，這個(gè)可以通過閱讀從設(shè)備的datasheet獲取。總線寫時(shí)序如下：

　　master start + master addr|w + slave ack + master reg|w + slave ack + master data + slave ack + master restart。。master data + slave nack + master stop

　　總線讀時(shí)序如下：

　　master start + master addr|w + slave ack + master reg|w + slave ack + master restart + master addr|r + slave ack + slave data + master nack + master stop

　　總線讀時(shí)序與寫的不同之處在于讀需要2次傳輸才能完成一次讀取，首先要寫寄存器地址到從設(shè)備，其實(shí)是寫到了從設(shè)備的控制寄存器或者命令寄存器，從設(shè)備內(nèi)部會(huì)根據(jù)這個(gè)地址來尋址所要操作的寄存器。

　　我在讀我們的bios和內(nèi)核時(shí)發(fā)現(xiàn)，2者在總線讀時(shí)序上的實(shí)現(xiàn)不太一樣，在于第一次寄存器地址寫入后，一個(gè)發(fā)的是restart，一個(gè)發(fā)的是stop，然后再start開始讀取數(shù)據(jù)，示波器抓波形發(fā)現(xiàn)讀取數(shù)據(jù)都正確，說明這2種時(shí)序都是正確的。

　　I2C總線的讀寫時(shí)序比較固定，設(shè)備通信嚴(yán)格遵循協(xié)議，因此I2C總線設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的編寫也就相對(duì)簡(jiǎn)單一些。

　　主要應(yīng)用的I2C總線設(shè)備有touchscreen rtc 外擴(kuò)io等