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Synchronous Serial Port 协议详解

news 来源：原创 2025/6/8 6:19:48

1、简介

Synchronous Serial Port (SSP) ，基于下图文档的设计标准

在这里插入图片描述

1.1、包含3种数据帧格式：

  • a Motorola SPI-compatible interface（以下简称SPI）
  • a Texas Instruments synchronous serial interface（简写SSI，以下简称SSP格式）
  • a National Semiconductor Microwire interface（以下简称Microwire）

1.2、共同点：

  • 都用4根线，CS、TXD、RXD、CLK
  • 都有master和slave模式

1.3、差异点：

  • SSP的CS由一个时钟周期的高电平脉冲表示开始，SPI和Microwire的CS是拉低有效，SSP的章节会详细展开
  • SPI比SSP和Microwire更为灵活，相位、极性可配，SPI的章节会详细展开
  • Microwire需要配置方向，告知发送还是接收；SSP和SPI，写数据寄存器就是发送，读数据寄存器就是接收；SPI的章节会详细展开

2、SPI（Motorola SPI-compatible interface）

  • SPI是一种同步的全双工通信协议，TXD和RXD可以同时工作。
  • 时钟由主机产生。
  • 支持一个master对多个slave，CS拉低控制哪个slave被选中。
  • 支持各种bit宽度的帧格式，一帧一般小于等于32bit。
  • 有多种工作模式，只发、只收、同时收发等。
  • 时钟极性和相位可配置，极性决定空闲时CLK的电平高低，相位决定第几个时钟沿采样数据

2.1、连接线

  • CS：片选线，也叫SS，拉低后开始传输，拉高后结束传输，支持发多帧数据时CS一直拉低，支持每帧以CS拉低开始CS拉高结束
  • CLK：时钟由master提供，支持的频率很宽泛
  • TXD：发送脚，又名MOSI，master输出脚接slave输入脚。TXD接对测设备RXD。
  • RXD：接收脚，又名叫MISO，master输入脚接slave输出脚。RXD接对测设备TXD。

对接方式如下图：

在这里插入图片描述

2.2、传输模式

（1）、只发不收

  • 只用到TXD，CS和CLK这3根线，顾名思义，只发送数据，不接收数据

  • 控制LCD屏幕，会用到只发不收模式，LCD屏只接收控制命令数据。

  • 例如下图，发送1帧数据，0x15BF的数据宽度为13bit

  • 注意：数据一般是先发送高位，有些控制器大小端可配

在这里插入图片描述

（2）、同时收发
  • 4根线都会用到，发送数据的同时也在接收数据
  • 控制FLASH、EEPROM，会用到此模式。FLASH接收到命令后延时一段时间，才会返回真实的数据，所以master需要发几帧无效的数据，等待slave返回真实值。
  • 例如下图，读FLASH设备ID，发送1帧命令+4帧dummy，接收5帧数据，数据宽度为8bit
  • 发送数据为：0xAB、0xFF、0xFF、0xFF、0xFF（命令：0xAB）
  • 接收的数据为：0xFF、0xFF、0xFF、0xFF、0x17（FLASH ID：0x17）

在这里插入图片描述

（3）、只收不发
  • 只用到RXD，CS和CLK这3根线，只接收数据，不发送数据
  • 比如作为slave模式时，只接收master发来的数据
  • 波形和只发不收模式类似，master的TXD接到slave的RXD

2.3、CS的多种实现方式

（1）、用GPIO模式CS脚
  • 有些SPI控制器规定，在TXFIFO发空后，CS会被拉高，CLK时钟也会停止。对于FLASH这种器件，需要先发送命令，再接收数据的需求就不能满足，不可能TXD一直在发送dummy byte，尤其是读大量数据时。那么CS就可以复用成GPIO功能，或用另外一个GPIO代替。
  • 需要CS拉低时，GPIO输出低
  • 需要CS拉高时，GPIO输出高
  • 这需要熟读FLASH手册，且软件操作相对复杂
  • 例如ST的示例代码，就是用GPIO模拟CS，可以得到同时收发模式的波形：
u32 SPI_FLASH_ReadDeviceID(void)
{u32 Temp = 0;/* GPIO 输出低，Select the FLASH: Chip Select low */SPI_FLASH_CS_LOW();/* Send "RDID " instruction */SPI_FLASH_SendByte(W25X_DeviceID);SPI_FLASH_SendByte(Dummy_Byte);SPI_FLASH_SendByte(Dummy_Byte);SPI_FLASH_SendByte(Dummy_Byte);/* Read a byte from the FLASH */Temp = SPI_FLASH_SendByte(Dummy_Byte);/* GPIO 输出高，Deselect the FLASH: Chip Select high */SPI_FLASH_CS_HIGH();return Temp;
}
（2）、SPI自带的CS功能
  • 缺点TXFIFO发空后CS就拉高了
  • 连续发送多个数据之后（在TXFIFO阈值内），再查询TXFIFO满状态，保证一直有数据可发
  • 通常这种方式只适用于同时收发模式，发送的同时也把数据收了。
  • 不一定能保持一直拉低的效果，需要抓波形确认。
  • 下图是CS每帧都拉高的情况：

在这里插入图片描述

  • 或者使用DMA，事先把所有数据都准备好，一次性发完，就可以保证CS一直拉低。

在这里插入图片描述

2.4、SPI的相位和极性

  • CPOL，clock polarity，极性，决定空闲时CLK电平高低
  • CPHA，clock phase，相位，决定第几个时钟沿采样数据，有2种相位情况
    （1）、第1个时钟沿采样，第2个时钟沿数据正在改变
    （2）、第1个时钟沿数据正在改变，第2个时钟沿采样
  • 至于第1个时钟沿是上升沿还是下降沿，由时钟极性决定
  • 采样数据时，数据线上的电平值是稳定的，高电平表示1，低电平表示0
  • 发送数据时，数据正在发生改变，由0变1，或1变0
（1）、CLK空闲时为高电平，第1个时钟沿采样数据
  • 下图的CS空闲时为高电平
  • 第1个时钟沿（上升沿）采样数据，第2个时钟沿（下降沿）数据正在改变
  • 后续数据都是按上升沿采样，下降沿数据改变

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（2）、CLK空闲时为低电平，第1个时钟沿采样数据
  • 第1个沿为上升沿，第2个沿为下降沿

在这里插入图片描述

（3）、CLK空闲时为高电平，第2个时钟沿采样数据

和（1）类似，只是变成了第2个时钟沿采样数据

（4）、CLK空闲时为低电平，第2个时钟沿采样数据

和（2）类似，只是变成了第2个时钟沿采样数据

3、SSP（Texas Instruments synchronous serial interface）

  • 特性和SPI类似
  • 相位和极性是固定的不可选
  • 最显著的差异点是，SSP的片选信号为脉冲信号，高有效。一个时钟周期的高电平表示传输开始，接下来CS会拉低，接着发送数据。
  • 下图可以直观的了解SSP的传输原理

在这里插入图片描述

  • 实在有点特殊，逻辑分析仪没有解析的方法，不过也不复杂

  • CS先发一个周期高电平，发送完一帧数据，CS再发一个周期高电平，再发下一帧数据

  • 下图表示帧结束的波形，CS保持低电平状态：

在这里插入图片描述

4、Microwire（National Semiconductor Microwire interface）

  • 相对于SSI和SSP来说，Microwire只是半双工协议，不能同时收发
  • 波形和SPI类似
  • TXD发送期间，RXD无效
  • RXD接收期间，TXD无效
  • 从功能上来说和用SPI控制FLASH一样，需要先发命令，再发数据或接收数据
  • 发完命令再接收数据，会有一个dummy bit的等待时间才采样RXD数据

在这里插入图片描述

  • 和SPI的同时收发模式对比，Microwire先发送控制命令0xAB，再接收4个字节，也能读到FLASH ID
  • Microwire因为会延后1个dummy bit才采样RXD数据的原因，数据做如下说明：
波形上显示读到的数据为： 0xFF、0xFF、0xFF、0x17
实际FIFO读到的数据为： 0xFF、0xFF、0xFE、0x2E
FIFO的数据需要往右移动1位才是FLASH ID值：0x2E >> 1 = 0x17
  • 支持Microwire协议的设备，接收到命令后，默认延后1个dummy bit才返回数据。但FLASH一般不会，用Microwire控制flash，需要对FIFO数据做移位操作。

5、slave模式说明

  • 上述章节描述的都是master模式下的功能，slave模式和master类似，但也有需要注意的地方

  • slave支持只收、同时收发等模式

  • 因为CLK由master提供，需要2端配合传输。slave接收到数据之后，才会往外发送数据，所以会有1~2个dummy byte的延迟，master才会收到数据。具体延迟多少，可以抓波形确认。

  • 例如SSP帧格式，2个控制器master、slave都配置为同时收发模式，下图为2端交互的波形

在这里插入图片描述

  • 上图可以看到，master在发完0xFF之后，slave才开始发送第1个数据0x00，是为了完成同步，所以多发了一个0xFF，那么为了最后不丢数据，也要多接收一个字节

  • 例如收发256个字节：

master向slave发送0x00 ~ 0xFF，依次加1
slave向master发送0xFF ~ 0x00，依次减1
  • 假如不做同步，只收发256个字节，master接收slave发来的数据时，会出现前2个字节都为0，最后还有2个字节没收完的情况：

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最新华为OD机试考点合集：华为OD机试2024年真题题库（E卷+D卷+C卷）_华为od机试题库-CSDN博客 每一题都含有详细的解题思路和代码注释，精编c++、JAVA、Python三种语言解法。帮助每一位考生轻松、高效刷题。订阅后永久可看，发现新题及时跟新。 题目描述： 给定非空字符串…...

编程日记 2025/5/28 6:17:05

图书馆管理系统（三）基于jquery、ajax

任务3.4 借书还书页面 任务描述 这部分主要是制作借书还书的界面&#xff0c;这里我分别制作了两个网页分别用来借书和还书。此页面&#xff0c;也是通过获取books.txt内容然后添加到表格中&#xff0c;但是借还的操作没有添加到后端中去&#xff0c;只是一个简单的前端操作。…...

编程日记 2025/6/3 10:38:55

【练习Day20】字符串变形

链接&#xff1a;字符串变形_牛客题霸_牛客网 方法一&#xff1a;双逆转&#xff08;推荐使用&#xff09; 思路&#xff1a; 将单词位置的反转&#xff0c;那肯定前后都是逆序&#xff0c;不如我们先将整个字符串反转&#xff0c;这样是不是单词的位置也就随之反转了。但是单…...

编程日记 2025/6/3 1:42:48

鸿蒙项目云捐助第二十讲云捐助项目物联网IOT的使用

鸿蒙项目云捐助第二十讲云捐助项目物联网IOT的使用 在鸿蒙技术完成云捐助项目中&#xff0c;物联网技术也是具有一定生命力的存在。这里也会在云捐助项目中使用物联网的技术。 一、华为云IoT物联网操作 这里以华为云的Iot物联网操作来介绍华为云I ot物联网技术。 这里从百度…...

编程日记 2025/6/4 10:34:49

Linux设置篇

查看主机名 hostname 修改主机名 hostnamectl set-hostname 主机名 配置ip映射 vi /etc/hosts 192.168.1.10 pure 限制SSH登录的IP a) 设置禁止所有ip连接服务器的SSH vi /etc/hosts.deny sshd:all:deny b) 设置允许指定ip连接服务器的SSH&#xff08;这边建议设置一个备…...

编程日记 2025/6/4 9:21:30