18. Интерфейс spi. Режимы
SPI — последовательный синхронный стандарт передачи данных в режиме полного дуплекса, предназначенный для обеспечения простого и недорогого сопряжения микроконтроллеров и периферии. SPI также иногда называют четырёхпроводным интерфейсом.
В отличие от стандартного последовательного порта (англ. standard serial port), SPI является синхронным интерфейсом, в котором любая передача синхронизирована с общим тактовым сигналом, генерируемым ведущим устройством (процессором). Принимающая (ведомая) периферия синхронизирует получение битовой последовательности с тактовым сигналом. К одному последовательному периферийному интерфейсу ведущего устройства-микросхемы может присоединяться несколько микросхем. Ведущее устройство выбирает ведомое для передачи, активируя сигнал «выбор кристалла» (англ. chip select) на ведомой микросхеме. Периферия, не выбранная процессором, не принимает участия в передаче по SPI.
Режимы работы.
Возможны четыре комбинации фазы (CPHA) и полярности (CPOL) сигнала SCLK по отношению к сигналам данных. Режимы работы определяются комбинацией бит CPHA и CPOL:
CPOL = 0 — сигнал синхронизации начинается с низкого уровня;
CPOL = 1 — сигнал синхронизации начинается с высокого уровня;
CPHA = 0 — выборка данных производится по переднему фронту сигнала синхронизации;
CPHA = 1 — выборка данных производится по заднему фронту сигнала синхронизации.
Для обозначения режимов работы интерфейса SPI принято следующее соглашений:
режим 1 (CPOL = 0, CPHA = 0);
режим 2 (CPOL = 0, CPHA = 1);
режим 3 (CPOL = 1, CPHA = 0);
режим 4 (CPOL = 1, CPHA = 1).
Преимущества и недостатки интерфейса SPI
Преимущества
Более высокая пропускная способность по сравнению с I²C или SMBus.
Возможность произвольного выбора длины пакета, длина пакета не ограничена восемью битами.
Простота аппаратной реализации
Используется только четыре вывода, что гораздо меньше, чем для параллельных интерфейсов.
Однонаправленный характер сигналов позволяет при необходимости легко организовать гальваническую развязку между ведущим и ведомымиустройствами.
Максимальная тактовая частота ограничена только быстродействием устройств, участвующих в обмене данными.
Недостатки
Необходимо больше выводов, чем для интерфейса I²C.
Ведомое устройство не может управлять потоком данных
Нет подтверждения приема данных со стороны ведомого устройства (ведущее устройство может передавать данные «в никуда»).
Отсутствие официального стандарта, что делает невозможным сертификацию устройств.
По дальности передачи данных интерфейс SPI уступает таким стандартам, как RS-232, RS-485 и CAN.
Наличие множества вариантов реализации интерфейса.
Отсутствие поддержки горячего подключения устройств.
19. Интерфейс I²c
I²C использует две двунаправленные линии с открытым стоком: последовательная линия данных (SDA, Serial DAta) и последовательная линия тактирования (SCL, Serial CLock), обе нагруженные резисторами. Максимальное напряжение +5В, часто используется +3,3В, однако допускаются и другие напряжения (не менее +2В). Шина I²C поддерживает любую технологию изготовления микросхем (НМОП, КМОП, биполярную).
Каждое устройство распознается по уникальному адресу и может работать как передатчик или приѐмник, в зависимости от назначения устройства. Кроме того, устройства могут быть классифицированы как ведущие и ведомые при передаче данных. Ведущий - это устройство, которое инициирует передачу данных и вырабатывает сигналы синхронизации. При этом любое адресуемое устройство считается ведомым по отношению к ведущему. Классическая адресация включает 7-битное адресное пространство с 16 зарезервированными адресами. Это означает до 112 свободных адресов для подключения периферии на одну шину.
Возможность подключения более одного микроконтроллера к шине означает, что более чем один ведущий может попытаться начать пересылку в один и тот же момент времени. Для устранения хаоса, который может возникнуть в данном случае, разработана процедура арбитража. Эта процедура основана на том, что все I²C-устройства подключаются к шине по правилу монтажного И.