FPGA三大串行通信接口之SPI_fpga spi接口

SPI（Serial Peripheral Interface，串行外围设备接口）通讯协议，是Motorola公司提出的一种同步串行接口技术，是一种高速、全双工、同步通信总线，在芯片中只占用四根管脚用来控制及数据传输，广泛用于EEPROM、Flash、ADC（数模转换器）、DSP（数字信号处理器）以 及数字信号解码器上，是常用的也是较为重要的通讯协议之一。

SPI通讯设备的通讯模式是主从通讯模式，通讯双方有主从之分，根据从机设备的个数，SPI通讯设备之间的连接方式可分为一主一从和一主多从。

SPI通讯协议包含1条时钟信号线、2条数据总线和1条片选信号线， 时钟信号线为SCK，2条数据总线分别为MOSI(主输出从输入)、MISO(主输入从输出)，片选信号线为，它们的作用介绍如下：

1. SCK (Serial Clock)：时钟信号线，用于同步通讯数据。由通讯主机产生，决定了通讯的速率，不同的设备支持的最高时钟频率不同，两个设备之间通讯时，通讯速率受限于低速设备。

2. MOSI (Master Output， Slave Input)：主设备输出/从设备输入引脚。主机的数据从这条信号线输出，从机由这条信号线读入主机发送的数据，数据方向由主机到从机。

3. MISO (Master Input，Slave Output)：主设备输入/从设备输出引脚。主机从这条信号线读入数据，从机的数据由这条信号线输出到主机，数据方向由从机到主机。

(4) (Chip Select)：片选信号线，也称为CS_N，以下用CS_N表示。当有多个SPI从设备与SPI主机相连时，设备的其它信号线SCK、MOSI及MISO同时并联到相同的SPI总线上，即无论有多少个从设备，都共同使用这3条总线；而每个从设备都有独立的这一条CS_N信号线，本信号线独占主机 的一个引脚，即有多少个从设备，就有多少条片选信号线。I2C协议中通过设备地址来寻址、选中总线上的某个设备并与其进行通讯；而SPI协议中没有设备地址，它使用CS_N信号线来寻址，当主机要选择从设备时，把该从设备的CS_N信号线设置为低电平，该从设备即被选中，即片选有效，接着主机开始与被选中的从设备进行 SPI通讯。所以SPI通讯以CS_N线置低电平为开始信号，以CS_N线被拉高作为结束信号。

SPI通讯协议一共有四种通讯模式，模式0、模式1、模式2以及模式3，这4种模式分别由时钟极性(CPOL，Clock Polarity)和时钟相位(CPHA，Clock Phase)来定义，其中CPOL参数规定了空闲状态(CS_N为高电平，设备未被选中)时SCK时钟信号的电平状态，CPHA规定了数据采样是在SCK时钟的奇数边沿还是偶数边沿。

SPI通讯协议的4种模式如下，

模式0：CPOL= 0，CPHA=0。空闲状态时SCK串行时钟为低电平；数据采样在SCK时钟的奇数边沿，本模式中，奇数边沿为上升沿；数据更新在SCK时钟的偶数边沿，本模式中，偶数边沿为下降沿。

模式1：CPOL= 0，CPHA=1。空闲状态时SCK串行时钟为低电平；数据采样在SCK时钟的偶数边沿，本模式中，偶数边沿为下降沿；数据更新在SCK时钟的奇数边沿，本模式中，偶数边沿为上升沿。

模式2：CPOL= 1，CPHA=0。空闲状态时SCK串行时钟为高电平；数据采样在SCK时钟的奇数边沿，本模式中，奇数边沿为下降沿；数据更新在SCK时钟的偶数边沿，本模式中，偶数边沿为上升沿。

模式3：CPOL= 1，CPHA=1。空闲状态时SCK串行时钟为高电平；数据采样在SCK时钟的偶数边沿，本模式中，偶数边沿为上升沿；数据更新在SCK时钟的奇数边沿，本模式中，偶数边沿为下降沿。

其中模式0和模式3比较常用，下面我们以模式0为例，为大家讲解一下SPI基本的通讯过程。SPI模式0通讯时序图</