CN107370651A - 一种spi从机之间的通信方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种SPI从机之间的通信方法，即由主机向从机提供片选信号和时钟信号，在SPI从机之间交叉连接数据接线，数据在SPI从机之间单向或者双向通信。本方法可实现数据在从机之间进行通信，尤其是在使用片选信号和数据传输不同步启动的SPI设备时，具有复杂时序容易实现、传输数据无需整合、无需引入额外硬件等优点。

Description

一种SPI从机之间的通信方法
技术领域
本发明属于电子技术通信领域，具体涉及一种SPI从机之间的通信方法。
背景技术
SPI总线是一种高速、全双工、同步的通信总线，一般只需3～4根数据线和控制线即可实现SPI设备间的通信，具有芯片管脚需求少、IO口连接布线简单、PCB板布局容易等优点，因此被广大电子技术人员选择和使用。
SPI设备可以配置成主机，在SPI主模式下工作，此时，片选信号CS和时钟信号CLK由主机自身产生和驱动，并输出至从机，数据则由MOSI输出至从机，同时由MISO接收从机数据。SPI设备也可以配置成从机，在SPI从模式下工作，此时，片选信号CS和时钟信号CLK由主机提供和驱动，数据则由MISO输出至主机，同时由MOSI接收主机数据。因此SPI通信的传统方式为一主一从或者一主多从，一主多从也仅仅是主机通过时分的方法控制从机的片选信号CS来选择通信从机，其本质也属于一主一从通信方式。
然而在使用一些片选信号CS和数据传输MOSI、MISO不同步启动的SPI设备时，传统的SPI通信方式要么存在大量占用系统资源的问题，要么存在引入额外硬件需求的问题。在此以TI公司的ADS8326高速低功耗模数转化器件为例说明。
图1为ADS8326器件SPI接口时序图，由图可知该器件只使用了一个数据端Dout即MISO，且仅能以从机方式工作。当片选信号CS下降沿启动一次模数转换和数据传输时，首先经过5个时钟周期DCLOCK的采样时间，然后Dout被使能脱离高阻态并输出1个时钟周期的低电平，表示有效数据将开始输出，接下来的16个时钟周期Dout输出的才是有效的转换数据。由此可见片选信号CS控制着每次采样和转换的启动，并且至少要保持22个时钟周期，而Dout需延后6个时钟周期再输出数据，为典型的片选信号和数据传输不同步启动的SPI设备。
这样的SPI设备主要有两种应用方式，均属于一主一从工作方式。一种方式是直接与微控制器单元MCU（如单片机、ARM、DSP等）的SPI接口相连接，由MCU采用查询或者中断的方式直接控制ADS8326的时序并读取数据，如图2所示。这种应用方式主要有两方面的弊端，一是控制周期长、速度慢，并且占用了大量MCU的时间，降低了MCU的工作效率；二是不可避免的要进行数据整合，要么读取3次每次8位数据进行拼接，要么1次读取24位数据进行数据移位，这样反复地进行数据整合消耗了MCU的大量资源。
另一种方式是先与可编程器件（如FPGA、CPLD等）相连接，通过可编程器件专门为ADS8326编写SPI总线逻辑控制模块，控制其时序并读取数据，再由可编程器件与MCU进行数据传输，如图3所示。这种应用方式不需要对转换数据进行拼接或移位等处理，而且可由可编程器件或者是MCU中的DMA进行数据传输和存储，基本上解放了MCU的处理资源。但这种应用方式的弊端也是显而易见的，那就是引入额外的硬件进行通信中继，既增加了系统的硬件需求，又提高了系统设计的复杂性，更是增加了产品的成本。
发明内容
本发明提供了一种SPI从机之间的通信方法，由SPI主机向各SPI从机提供片选信号和时钟信号，在SPI从机之间交叉连接数据接线，数据在SPI从机之间单向或者双向通信。
所述SPI主机只需要具备能够提供各SPI从机正常工作的片选信号和时钟信号功能，无需具备数据通信功能；
所述SPI从机之间交叉连接数据接线有二种方式：第一种，在两个SPI从机之间交叉连接数据接线，第二种：一个SPI从机和多个SPI从机之间交叉连接数据接线，具体为：
（1）从机1的MOSI连接从机2的MISO，从机1的MISO连接从机2的MOSI，如图4所示；
（2）一个SPI从机为主要从机，多个SPI从机为次要从机，主要从机的MOSI连接所有次要从机的MISO，主要从机的MISO连接所有次要从机MOSI；
所述片选信号为CS1、CS2，所述时钟信号为CLK。
本方法可实现数据在从机之间进行通信，尤其是在使用片选信号和数据传输不同步启动的SPI设备时，具有复杂时序容易实现、传输数据无需整合、无需引入额外硬件等优点。
附图说明
图1是ADS8326器件SPI接口时序图；
图2是ADS8326直接与MCU连接应用示意图；
图3是ADS8326先与可编程器件再与MCU连接应用示意图；
图4是SPI双从机间通信的连接示意图；
图5是利用主控器件闲置资源作主机的实施例示意图；
图6是CLK、AD_CS和MCU_CS信号时序图；
图7是利用独立主控器件作主机的实施例示意图；
图8是实现SPI一个主要从机与多个次要从机通信方法的实施例示意图。
具体实施方式
本发明是利用典型SPI协议中的主机控制从机方法，自定义从机之间的通信方式，从而实现SPI从机之间的通信方法。为了更加详细地说明本发明所述方法，下面给出本发明的实施例。
实施例一：利用主控器件闲置资源作主机实现SPI双从机通信方法
如图5所示，模数转化器件选用TI公司的ADS8326，主控器件MCU选用ST公司的STM32F103RE（以下简称STM32）。从图中可以看出，CLK时钟信号由STM32的PWM2产生，输出到ADS8326和STM32各自SPI的时钟信号端；ADS8326的片选信号AD_CS由STM32的PWM1产生；STM32的SPI接口片选信号MCU_CS由STM32自身的PWM3产生。因此，STM32的PWM1、PWM2和PWM3事实上充当了SPI总线上的主机角色，ADS8326和STM32的SPI接口充当了从机角色，而数据Dout则从从机ADS8326流向了另一个从机STM32的SPI接口。这也正是与SPI一主多从模式的区别。
采用上述实施例中的通信方法后，由于片选信号AD_CS和MCU_CS由STM32自身的PWM可精确控制并分别产生，这样使得两个从机之间的通信数据严格对齐，从而实现数据直接传输，避免了常用方法中要么进行数据整合，要么引入额外器件进行通信中继的问题，降低了这类SPI设备片选信号和数据传输不同步启动的使用难度。在图6所示中，GPIOB_IDR.15、GPIOA_IDR.3和GPIOA_IDR.2分别对应的是CLK、AD_CS和MCU_CS信号时序图，由图可知ADS8326输出数据时，正好对齐STM32的SPI接口接收数据时序，实现数据的无缝通信。
实施例二：使用独立主控器件作主机实现SPI双从机通信方法
如图7所示，同样选用STM32主控器件作为独立的主机，ADS8326和另一STM32作为进行通信的双从机。从图中可以看出，CLK时钟信号由主机STM32产生后输出到从机STM32和ADS8326；从机的片选信号CS1和CS2由主机STM32产生并进行控制；而数据流Dout则同样从从机ADS8326流向了另一个从机STM32。
实施例三：实现SPI一个主要从机与多个次要从机的通信方法
如图8所示，选取STM32作为独立的控制主机，选取另一STM32作为主要通信从机，其他N个ADS8326作为多个次要的通信从机。从图中可以看出，CLK时钟信号由主机STM32产生后输出到所有从机作为通信的同步时钟；所有从机的片选信号CS1～CSN由主机STM32产生并进行控制，保证在同一时间只有一个主要从机即从机STM32和一个次要从机即ADS8326在进行通信；数据流Dout则始终保持只有一个次要从机ADS8326流向主要从机STM32。
以上三个实施例虽然是选择STM32作为主控器件MCU，选择ADS8326作为数据流出通信从机，但是本领域的技术人员应该理解，使用其他的如单片机、DSP、嵌入式系统、可编程器件等作为主控器件MCU，或者使用其他的SPI设备如各类传感器、数据采集器、液晶显示屏等作为数据通信从机，实现本发明所述通信方法的，不脱离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围。
在实施例一中，虽然是以STM32闲置资源PWM来举例描述本发明所述方法，但是本领域的技术人员应该理解，使用其他主控器件的其他闲置资源如定时器、DMA等实现上述通信方法的，不脱离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围。

Claims (5)

1.一种SPI从机之间的通信方法，实现数据在从机之间进行通信，其特征在于，由SPI主机向各SPI从机提供片选信号和时钟信号，在SPI从机之间交叉连接数据接线，数据在SPI从机之间单向或者双向通信；
所述SPI从机之间交叉连接数据接线，有二种方式：第一种方式，在两个SPI从机之间交叉连接数据接线，第二种方式，一个SPI从机和多个SPI从机之间交叉连接数据接线。
2.根据权利要求1所述的一种SPI从机之间的通信方法，其特征在于，所述SPI主机只需要具备能够提供各SPI从机正常工作的片选信号和时钟信号功能，无需具备数据通信功能。
3.根据权利要求1所述的一种SPI从机之间的通信方法，其特征在于，所述第一种方式具体为：SPI从机1的MOSI连接SPI从机2的MISO，SPI从机1的MISO连接SPI从机2的MOSI。
4.根据权利要求1所述的一种SPI从机之间的通信方法，其特征在于，所述第二种方式具体为：一个SPI从机为主要从机，多个SPI从机为次要从机，主要从机的MOSI连接所有次要从机的MISO，主要从机的MISO连接所有次要从机MOSI。
5.根据权利要求1所述的一种SPI从机之间的通信方法，其特征在于，根据权利要求1所述的一种SPI从机之间的通信方法，其特征在于，所述片选信号为CS1、CS2，所述时钟信号为CLK。
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