簡介

SPI 總線控制器支持與各種外設(shè)通信，例如存儲(chǔ)器、溫度傳感器、壓力傳感器、模擬轉(zhuǎn)換器、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、顯示器和任何支持串行模式的SD卡等等。

SPI 控制器可以在主模式、從模式或多主模式下工作。Zynq-7000 器件包括兩個(gè) SPI 控制器，該控制器基于 Cadence SPI 內(nèi)核。

在主模式下，控制器驅(qū)動(dòng)串行時(shí)鐘和從選擇，并提供支持 SPI 多主模式的選項(xiàng)。串行時(shí)鐘源自 PS 時(shí)鐘子系統(tǒng)，控制器使用最多 3 個(gè)可外部擴(kuò)展的獨(dú)立從站選擇 (SS) 輸出信號啟動(dòng)消息，控制器通過向 32 位讀/寫數(shù)據(jù)端口寄存器寫入字節(jié)來讀取和寫入從設(shè)備。

在多主模式下，控制器在控制器未激活時(shí)將其輸出信號設(shè)為三態(tài)，并在啟用時(shí)檢測錯(cuò)誤。通過復(fù)位 SPI 使能位，輸出立即變?yōu)槿龖B(tài)，中斷狀態(tài)寄存器指示模式故障。

在從機(jī)模式下，控制器從外部設(shè)備接收串行時(shí)鐘，并使用SPI_Ref_Clk同步數(shù)據(jù)捕獲，從模式包括一個(gè)可編程的啟動(dòng)檢測機(jī)制，當(dāng)控制器被啟用而 SS 被斷言時(shí)。

讀和寫 FIFO 在 SPI I/O 接口和通過 APB 從接口為控制器提供服務(wù)的軟件之間提供緩沖， FIFO 用于從設(shè)備和主設(shè)備 I/O 模式

控制器有什么特點(diǎn)

每個(gè) SPI 控制器都是獨(dú)立配置和控制的，它們包括以下功能：

• 四線總線 – MOSI、MISO、SCLK 和 SS

• 多達(dá) 3 個(gè)從選擇用于主模式

• 全雙工操作提供同步接收和發(fā)送

• 通過 APB 從接口進(jìn)行 32 位寄存器編程

• 用于 Rx/Tx FIFO 的存儲(chǔ)器映射讀/寫數(shù)據(jù)端口（字節(jié)寬）

• 128 字節(jié)讀取和 128 字節(jié)寫入 FIFO

• 可編程 FIFO 閾值狀態(tài)和中斷

• 主 I/O 模式

• 手動(dòng)和自動(dòng)啟動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸

• 手動(dòng)和自動(dòng)從選擇 (SS) 模式

• 從站選擇信號可直接連接從站設(shè)備或外部擴(kuò)展

• 可編程 SS 和 MOSI 延遲

• 從機(jī) I/O 模式

• 可編程啟動(dòng)檢測模式

• 多主 I/O 能力

• 如果控制器未啟用，則將 I/O 緩沖器驅(qū)動(dòng)為三態(tài)

• 當(dāng)檢測到另一個(gè)主機(jī)時(shí)產(chǎn)生模式故障中斷

• 當(dāng) I/O 信號路由到 MIO 引腳時(shí)，50 MHz SCLK 時(shí)鐘頻率

• 當(dāng) I/O 信號通過 EMIO 接口路由到 PL 引腳時(shí)為 25 MHz SCLK

• 可編程時(shí)鐘相位和極性（CPHA、CPOL）

• 可編程中斷驅(qū)動(dòng)設(shè)備或輪詢狀態(tài)

系統(tǒng)視圖

SPI 控制器的系統(tǒng)視點(diǎn)圖如圖所示。

SPI接口控制器

有兩個(gè)獨(dú)立的 SPI 接口控制器（SPIx；其中 x = 0 或 1），每個(gè)獨(dú)立控制器的 I/O 信號可以路由到 MIO 引腳或 EMIO 接口，每個(gè)控制器也有單獨(dú)的中斷信號到 PS 中斷控制器和一個(gè)單獨(dú)的復(fù)位信號， 每個(gè)控制器都有自己的一組控制和狀態(tài)寄存器。

時(shí)鐘

PS 時(shí)鐘子系統(tǒng)為 SPI 控制器提供參考時(shí)鐘，SPI_Ref_Clk時(shí)鐘用于控制器邏輯并由波特率發(fā)生器用于為主模式創(chuàng)建 SCLK 時(shí)鐘。

MIO-EMIO

SPI I/O 信號可以路由到 MIO 引腳或 EMIO 接口到 PL。

功能模塊框圖

SPI 控制器的功能框圖如圖所示。

APB 從機(jī)接口

32 位 APB 從接口響應(yīng)寄存器讀取和寫入，包括用于從 FIFO 讀取和寫入命令和數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)端口，所有寄存器事務(wù)都是 32 位的，數(shù)據(jù)端口使用這些端口的位 [7:0]。配置和狀態(tài)寄存器列在附錄 B，寄存器詳細(xì)信息中。

SPI 主模式

當(dāng)控制器工作在主模式時(shí)，它驅(qū)動(dòng)SCLK時(shí)鐘和最多3個(gè)從選擇輸出信號，MOSI上的SS和傳輸開始可由軟件手動(dòng)控制或由硬件自動(dòng)控制。

SPI 從模式

當(dāng)控制器在從模式下運(yùn)行時(shí)，它使用單個(gè)從選擇輸入 (SS 0)， SCLK 與控制器參考時(shí)鐘 (SPI_Ref_Clk) 同步。

Tx 和 Rx FIFO

每個(gè) FIFO 為 128 字節(jié)，軟件使用寄存器映射的數(shù)據(jù)端口寄存器讀取和寫入這些 FIFO。

FIFO 橋接兩個(gè)時(shí)鐘域， APB 接口和控制器的SPI_Ref_Clk，軟件寫入 APB 時(shí)鐘域中的 TxFIFO，控制器讀取SPI_Ref_Clk域中的 TxFIFO。

控制器填充SPI_Ref_Clk域中的 RxFIFO，軟件讀取 APB 時(shí)鐘域中的 RxFIFO。

小結(jié)

本文簡單介紹了Zynq的SPI控制器、支持的SPI協(xié)議以及如何路由到MIO或EMIO，SPI是串行外設(shè)接口（Serial Peripheral Interface）的縮寫，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，正是出于這種簡單易用的特性，越來越多的芯片集成了這種通信協(xié)議