CN107967227A - 一种基于spi的通信方法及spi主机、spi从机 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种基于SPI的通信方法，SPI主机通过改变SS引脚的电平状态，或者通过向从机发送无效数据，告知从机下行数据发送结束。因此，从机和主机之间无需“握手”协商主机向从机发送的数据量，主机和从机的任意一方只需进行两次传输的过程，与现有技术相比，减少了主机和从机交互次数，从而能够提高SPI通信传输的性能。

Description

一种基于SPI的通信方法及SPI主机、SPI从机

技术领域

本申请涉及通信领域，尤其涉及一种基于SPI的通信方法及SPI主机、SPI从机。

背景技术

SPI(Serial Peripheral Interface)是一种串行的***设备接口，是一种高速的、可全双工通信串行总线接口，具有通信简单、数据传输速率快等优点。如图1所示，SPI采用主从式通信方式，SPI主设备(SPI Master，简称主机)为SPI通信提供时钟信号，是通信的主动方，SPI从设备(SPI Salve，简称从机)是SPI通信过程的被动方，收发过程都由SPI主设备控制。主设备和从设备通过四根线实现物理连接，四根线分别连接主设备和从设备的MISO、MOSI、SS和SCK引脚。通过连接线连接的引脚的功能如下：

1)SCK：串行时钟信号，由主设备提供。

2)MOSI：主设备数据输出，从设备数据输入。

3)MISO：主设备数据输入，从设备数据输出。

4)SS(图1中的SS表示低电平有效)：从设备使能信号，由主设备控制。当有多个从设备的时候，因为每个从设备上都有一个片选引脚接入到主设备机中，当主设备和某个从设备通信时，将需要将从设备对应的片选引脚电平拉低或者是拉高。

目前，因为SPI主设备和SPI从设备之间的通信过程中缺少确认从设备是否接收完主设备发送的数据的应答机制，所以，基于SPI的通信协议，需要SPI主设备和SPI从设备之间进行频繁交互，而导致性能下降。

发明内容

本申请提供了一种基于SPI的通信方法及设备，目的在于解决如何提高SPI通信性能的问题。

为了实现上述目的，本申请提供了以下技术方案：

一种基于SPI的通信方法，应用在SPI主机，所述SPI主机与SPI从机的SS引脚相连，所述方法包括：

向所述从机发送下行数据；

在发送所述下行数据结束后，改变所述从机的SS引脚的电平，或者，向所述从机发送无效数据。

可选的，在所述向所述从机发送无效数据之后，还包括：

接收所述从机发送的状态特征码；

依据所述状态特征码确定所述从机处于非就绪状态。

可选的，在所述依据所述状态特征码确定所述从机处于非就绪状态之后，还包括：

继续向所述从机发送所述无效数据。

一种基于SPI的通信方法，应用在SPI从机，所述SPI从机与SPI主机的SS引脚相连，所述方法包括：

接收所述主机发送的下行数据；

在监测到所述SS引脚的电平变化，或者，在接收到无效数据的情况下，结束接收所述下行数据。

可选的，在所述接收到无效数据之后，还包括：

在所述从机处于非就绪状态的情况下，向所述主机发送状态特征码，所述状态特征码用于指示所述从机处于所述非就绪状态。

可选的，所述结束接收所述下行数据包括：

处理接收到的所述下行数据；

在所述处理接收到的所述下行数据之后，还包括：

在完成所述下行数据的处理后，向所述主机发送上行数据。

一种SPI主机，所述SPI主机与SPI从机的SS引脚相连，所述SPI主机包括：

通信接口，用于向所述从机发送下行数据；

控制器，用于在发送所述下行数据结束后，改变所述从机的SS引脚的电平，或者，控制所述通信接口向所述从机发送无效数据。

可选的，所述通信接口还用于：

在所述向所述从机发送无效数据之后，接收所述从机发送的状态特征码；

所述控制器还用于：依据所述状态特征码确定所述从机处于非就绪状态。

可选的，所述控制器还用于：

在依据所述状态特征码确定所述从机处于非就绪状态之后，控制所述通信接口继续向所述从机发送所述无效数据。

一种SPI从机，所述SPI从机与SPI主机的SS引脚相连，所述SPI从机包括：

通信接口，用于接收所述主机发送的下行数据；

控制器，用于在监测到所述SS引脚的电平变化，或者，在接收到无效数据的情况下，结束接收所述下行数据。

可选的，所述控制器还用于：

在所述通信接口接收到所述无效数据之后，在所述从机处于非就绪状态的情况下，控制所述通信接口向所述主机发送状态特征码，所述状态特征码用于指示所述从机处于所述非就绪状态。

可选的，所述控制器用于结束接收所述下行数据包括：

所述控制器具体用于，处理接收到的所述下行数据；

所述控制器还用于：

在处理接收到的所述下行数据之后，在完成所述下行数据的处理后，控制所述通信接口向所述主机发送上行数据。

本申请所述的基于SPI的通信方法，SPI主机通过改变SS引脚的电平状态，或者通过向从机发送无效数据，告知从机下行数据发送结束。因此，从机和主机之间无需“握手”协商主机向从机发送的数据量，主机和从机的任意一方只需进行两次传输的过程，与现有技术相比，减少了主机和从机交互次数，从而能够提高通信传输的性能。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为SPI主机和从机的连接示意图；

图2为本申请实施例公开的一种基于SPI的通信方法的流程图；

图3为本申请实施例公开的一种基于SPI的通信方法中数据传输次数的示意图；

图4为本申请实施例公开的又一种基于SPI的通信方法中数据传输次数的示意图；

图5(a)为本申请实施例公开的基于SPI的通信方法中从机传输数据的流程图；

图5(b)为本申请实施例公开的基于SPI的通信方法中主机传输数据的流程图；

图6为本申请实施例公开的基于SPI的通信方法中MOSI线和MISO线发送数据的对照示意图；

图7为本申请实施例公开的SPI主机和SPI从机的结构示意图。

具体实施方式

图1所示的SPI的通信过程为：主机通过SS线向被选中的从机发送片选信号(预设为高电位或低电位，本实施例中，以低电平为例)，从机检测到SS引脚的片选信号后，开始接收主机发送的数据。也就是说，只有SS片选信号为预设的使能信号时，主机对从机的操作才有效，这就使得在同一总线上连接多个SPI设备成为可能。

SPI是一种串行通信接口，数据是一位一位的在传输线上传输的。在通信时，由SCK提供时钟脉冲，MOSI和MISO则基于此脉冲完成数据传输。主机通过MOSI线输出数据，在时钟上升沿或下降沿时输出一位数据，从设备在紧接着的下降沿或上升沿读取一位数据，以完成一位数据传输。主机的数据输入也使用同样原理。这样，通过至少8次时钟信号的改变(上沿和下沿为一次)，就可以完成8位数据的传输。SCK信号线只由主机控制，从设备不能控制信号线。在一个基于SPI的设备中，至少有一个主机。

因为SPI的数据输入和输出线独立，所以允许同时完成数据的输入和输出，因此，SPI还是一个全双工的数据通信接口。在点对点的通信中，SPI接口不需要进行寻址操作，且为全双工通信，简单高效。

本申请实施例公开的基于SPI的通信方法的目的在于，简化主机和从机之间的数据传输流程，从而提高SPI***的性能。

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

图2为本申请实施例公开的一种基于SPI的通信方法，包括以下步骤：

S201：主机在向选中的从机发送片选信号后，判断从机是否为就绪状态，如果是，执行S202，如果否，周期性执行S201。

现有技术中，在主机和从机之间连接有I/O信号线，从机在就绪后将I/O信号线的电平设置为预设的高电平或低电平，主机通过监测I/O信号线上的电平状态，确认从机是否就绪。

S202：主机向从机发送下行数据。

其中，下行数据可以包括命令和待处理的数据。下行数据的长度，最大可以为从机的最大接受缓存buffer深度的长度，buffer深度是指储存接收数据的缓存的最大空间，比如有128KB的数据缓存，则buffer深度为128KB。

结合图1，主机通过MOSI之间的连线，发送下行数据。

S203：主机在发送下行数据结束后，拉高从机SS引脚的电平。

在下行数据的长度之和小于从机的最大接受buffer深度的长度的情况下，从机不知道何时结束接收过程，因此，本实施例中，利用主机拉高从机SS引脚的电平的方式，通知从机下行发送过程结束。

S204：从机接收下行数据，并监测SS引脚的电平。

S205：在从机监测到SS引脚的电平从低电平到高电平的上升沿的情况下，结束接收过程。

结束接收过程的具体实现方式为：开始依据命令处理接收到的数据依据命令处理数据的具体实现过程，可以参见现有技术，这里不再赘述。

S206：在数据处理结束后，从机进入就绪状态，并开始发送上行数据。

因为S203中主机拉高了SS引脚的电平，因此，主机已经断开了与从机的通信(即没有选中从机)，从机要再次与主机进行通信，则要通过将I/O信号线的电平设置为预设的高电平或低电平(即从机进入就绪状态)，告知主机有通信的需求。主机在检测到从机有通信的需求后，需要再次拉低SS引脚的电平，选中从机，才能与从机进行通信。

结合图1，从机通过MOSO之间的连线，发送上行数据。

S207：主机接收从机发送的数据。在主机完成与从机的通信后，拉高SS引脚的电平。

需要注意的是，在主机接收数据的过程中，主机需要知道要读多少数据，一般情况下，命令的返回数据长度是可以确定的，对有些不确定的返回数据长度，可以预先定义好返回的长度。定义的具体方式为：一种是长度固定的，比如要获取一个随机数，主机知道要获取的数据长度。另一种是长度不确定的，这种情况可以按照最大的传输长度来传输。

从图2所示的过程可以看出，SPI主机和从机均只需一次下行和一次上行通信即可完成数据的传输。

而现有技术中，在真正的数据传输之前，主机和从机之间至少要进行一次“握手”，协商主机向从机发送的数据量，因此，现有技术中，主机与从机均至少要进行两次下行和两次上行，即均要进行4次传输，才能完成数据的传输。

可见，图2所示的任意一方只需进行2次传输的过程，与现有技术相比，减少了主机和从机交互次数，从而能够提高通信传输的性能。

具体的，图3为采用图2所示的方法的情况下，用逻辑分析仪抓取的传输线上的波形，可见一次应用协议数据单元(Application Protocol Data Unit，APDU，一种现有协议)命令只需要下行和上行各两次传输(MOSI的两处信号脉冲和MISO的两处信号脉冲)。如果主机是装有操作***的设备，则可以有效的提高传输性能，在手机平台上，对小包的数据传输，实际测试可以提高2倍以上。

需要说明的是，本实施例中，以现有技术中常见的SS引脚在低电平有效为基础，在S203中拉高SS引脚的电平。但是，本实施例中的“拉高电平”仅为示例。实际上，如果SS引脚在高电平有效，则在S203中拉低SS引脚的电平。综上所述，本申请中，主机在发送下行数据结束后，通过改变从机SS引脚的电平，通知从机下行发送过程结束。

如前所述，在图2所示的过程中，需要在主机和从机之间连接I/O信号线，从机在就绪后将I/O信号线的电平设置为预设的高电平或低电平，主机通过I/O信号线上的电平状态，确认从机是否就绪。但是因硬件资源或其它一些因素的限制，不允许设置I/O信号线，因此，本申请的实施例中，使用一种新的方式，在主机和从机之间进行同步。

图4为本申请实施例公开的又一种基于SPI的通信方法，包括以下步骤：

S401：主机准备就绪后，将SS引脚设置为低电平，以选中从机。

S402：主机向从机发送下行数据。

本实施例中，下行数据的具体形式可以参见图2所示的过程，这里不再赘述。

S403：主机在发送下行数据结束后，向从机发送无效数据。

无效数据为预设的，能够区别于其它上行或者下行数据的数据，例如数据0组成的序列。

S404：从机接收到无效数据后，结束接收下行数据。

本实施例中，结束接收下行数据的具体实现方式为：对接收到的下行数据进行处理。当然，从机也可以进行接收下行数据以及处理下行数据之外的其它操作。

S405：从机通过MISO线向主机发送预设的状态特征码。

状态特征码用于表示从机处于非就绪状态，例如，状态特征码为0xa55a55aa。需要说明的是，状态特征码区别于上行数据。从机在处理接收到的下行数据的过程中，处于非就绪(即忙碌)状态，因此，要向主机发送状态特征码。

S406：主机继续向从机发送无效数据。

主机在发送完下行数据后，如果停止发送数据，窄带***的SPI主机会停止传输任务并进行任务调度，这样会从整体上会延长传输时间。因此，本实施例中，主机在接收到从机的状态特征码后，继续发送无效数据，直到从机处理完成后，向主机发送上行数据，从而避免延长传输时间。

S407：从机处理完下行数据后，通过MISO线向主机发送上行数据。

S408：主机接收并处理上行数据。在主机完成与从机的通信后，拉高SS引脚的电平。

可以看出，图4与图2的区别在于：1、图4中，主机和从机之间无需I/O信号线，主机通过无效数据告知从机，下行数据发送结束。从机通过状态特征码告知主机，从机处于非就绪状态，在从机就绪后，直接向主机发送上行数据。2、图3中，SS引脚的电平除了具有片选的功能外，还具有告知从机下行数据发送结束的功能。而图4中，SS引脚的电平只具有片选的功能。

基于图4所示的过程，从机的通信流程如图5(a)所示，从机为非就绪状态，例如在处理下行数据的过程中，通过MISO线向主机发送状态特征码。状态特征码用于表示从机处于忙碌状态，从机在就绪状态，例如处理完下行数据后，通过MISO线向主机发送上行数据。

也就是说，从机通过向主机发送状态特征码，告知主机目前处于非就绪状态。而进入就绪状态后，从机直接发送上行数据。

结合图2所示的过程，主机的传输过程如图5(b)所示。

从图5可以看出，图4所示的方法中，主机和从机也无需“握手”，所以具有简化的通信流程。

图6为MOSI线和MISO线发送数据的对照示意图。从图6可以看出，在主机发送下行数据时，从机向主机发送状态特征码，在主机发送完下行数据后，继续发送无效数据0，从机在处理下行数据时，依然向主机发送状态特征码。在从机进入就绪状态时，开始向主机发送上行数据。

以主机为Android手机平台为例，SPI主机发起一次SPI传输前，将发送的数据缓存填冲有效下行数据，数据缓存中其余的位置填充为无效数据0，然后启动SPI传输以全双工方式发送，从机在未就绪前通过MISO先返回状态特征码，直到处理完成后返回有效上行数据，主机从接受缓存中取出有效数据。可见，本实施例提供的同步方案是一种替代用I/O线来做从机同步处理的方法，主机和从机只需要连接四根线，不需要连接额外的状态线。

图7为本申请实施例公开的SPI主机和SPI从机的结构示意，其中，SPI主机和SPI从机均包括控制器和通信接口。

SPI主机中，通信接口用于与从机之间的数据传输，如前所述，通信接口包括MOSI和MISO引脚。具体的，通信接口用于向所述从机发送下行数据。控制器用于在发送所述下行数据结束后，改变所述从机的SS引脚的电平，或者，控制所述通信接口向所述从机发送无效数据。通信接口还用于，在所述向所述从机发送无效数据之后，接收所述从机发送的状态特征码。所述控制器还用于：依据所述状态特征码确定所述从机处于非就绪状态，以及，在依据所述状态特征码确定所述从机处于非就绪状态之后，控制所述通信接口继续向所述从机发送所述无效数据。

SPI从机中，通信接口用于与主机之间的数据传输，如前所述，通信接口包括MOSI和MISO引脚。具体的，通信接口用于接收所述主机发送的下行数据。控制器用于在监测到所述SS引脚的电平变化，或者，在接收到无效数据的情况下，结束接收所述下行数据。所述控制器还用于：在所述通信接口接收到所述无效数据之后，在所述从机处于非就绪状态的情况下，控制所述通信接口向所述主机发送状态特征码，所述状态特征码用于指示所述从机处于所述非就绪状态。以及，在处理接收到的所述下行数据之后，在完成所述下行数据的处理后，控制所述通信接口向所述主机发送上行数据。

所述SPI主机和SPI从机的功能的具体实现流程，可以参见上述方法实施例，这里不再赘述。

所述SPI主机和SPI从机与现有技术相比，具有更简洁的SPI通信流程，从而能够提高SPI通信的性能。

本申请实施例方法所述的功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算设备可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请实施例对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算设备(可以是个人计算机，服务器，移动计算设备或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (12)

1.一种基于SPI的通信方法，其特征在于，应用在SPI主机，所述SPI主机与SPI从机的SS引脚相连，所述方法包括：

向所述从机发送下行数据；

在发送所述下行数据结束后，改变所述从机的SS引脚的电平，或者，向所述从机发送无效数据。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述向所述从机发送无效数据之后，还包括：

接收所述从机发送的状态特征码；

依据所述状态特征码确定所述从机处于非就绪状态。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述依据所述状态特征码确定所述从机处于非就绪状态之后，还包括：

继续向所述从机发送所述无效数据。

4.一种基于SPI的通信方法，其特征在于，应用在SPI从机，所述SPI从机与SPI主机的SS引脚相连，所述方法包括：

接收所述主机发送的下行数据；

在监测到所述SS引脚的电平变化，或者，在接收到无效数据的情况下，结束接收所述下行数据。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述接收到无效数据之后，还包括：

在所述从机处于非就绪状态的情况下，向所述主机发送状态特征码，所述状态特征码用于指示所述从机处于所述非就绪状态。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述结束接收所述下行数据包括：

处理接收到的所述下行数据；

在所述处理接收到的所述下行数据之后，还包括：

在完成所述下行数据的处理后，向所述主机发送上行数据。

7.一种SPI主机，其特征在于，所述SPI主机与SPI从机的SS引脚相连，所述SPI主机包括：

通信接口，用于向所述从机发送下行数据；

控制器，用于在发送所述下行数据结束后，改变所述从机的SS引脚的电平，或者，控制所述通信接口向所述从机发送无效数据。

8.根据权利要求7所述的SPI主机，其特征在于，所述通信接口还用于：

在所述向所述从机发送无效数据之后，接收所述从机发送的状态特征码；

所述控制器还用于：依据所述状态特征码确定所述从机处于非就绪状态。

9.根据权利要求8所述的SPI主机，其特征在于，所述控制器还用于：

在依据所述状态特征码确定所述从机处于非就绪状态之后，控制所述通信接口继续向所述从机发送所述无效数据。

10.一种SPI从机，其特征在于，所述SPI从机与SPI主机的SS引脚相连，所述SPI从机包括：

通信接口，用于接收所述主机发送的下行数据；

控制器，用于在监测到所述SS引脚的电平变化，或者，在接收到无效数据的情况下，结束接收所述下行数据。

11.根据权利要求10所述的SPI从机，其特征在于，所述控制器还用于：

在所述通信接口接收到所述无效数据之后，在所述从机处于非就绪状态的情况下，控制所述通信接口向所述主机发送状态特征码，所述状态特征码用于指示所述从机处于所述非就绪状态。

12.根据权利要求11所述的SPI从机，其特征在于，所述控制器用于结束接收所述下行数据包括：

所述控制器具体用于，处理接收到的所述下行数据；

所述控制器还用于：

在处理接收到的所述下行数据之后，在完成所述下行数据的处理后，控制所述通信接口向所述主机发送上行数据。