一种主从交替SPI通信方法、主设备、从设备及系统

技术领域

本申请涉及信息通信领域，尤其涉及一种主从交替SPI通信方法、主设备、从设备及系统。

背景技术

SPI是微型计算机(单片机)常用的一种4线外设接口，其主要形式分为主、从两种模式，主模式为主动方，从模式为被动方。对于标准的SPI而言，如图1所示，主设备与从设备通过4根SPI信号线连接实现数据传输与交换，主要功能如表1所示：

表1

片选(SS)：主动方(主方)输出，指示SPI的有效，低电平有效；被动方(从方)依据片选信号开始和结束工作；

时钟(CLK)：主动方(主方)输出时钟；被动方(从方)依据时钟接收或发送数据；

数据线MOSI(主出从入)：主动方(主方)数据输出；被动方(从方)数据输入；数据有效与时钟(CLK)对齐；

数据线MISO(主入从出)：主动方(主方)数据输入；被动方(从方)数据输出；数据有效与时钟(CLK)对齐。

标准SPI的特点包括：

(1)SPI分为主和从，主设备为主动方，无论是读/写/边读边写，均为主动发起端。从设备为被动方，无论是读/写/边读边写，均需要主设备发起访问才可以完成。

(2)对于命令-响应并返回结果的结构中，特别是命令执行时间不确定，且时间相差较大的情况下，如图2所示，该结构有很大的缺点：

第一步：主设备发起命令，从设备接收命令；

第二步：主设备等待从设备执行命令，至从设备命令完成；

第三步：主设备发起读取结果，从设备输出命令执行结果。

上述命令-响应并返回结果的结构中，第二步需要主设备等侍从设备执行命令，但由于执行时间的不确定，一般是按照最大执行时间去等待。等待时间到了，才可以发去第三步读取结果。如果等待时间不够，命令尚未处理完成，则导致错误结果。

有别于上述命令-响应并返回结果的结构，另一种方式是等待期间不断发起查询SPI命令，同时查询命令完成情况，一旦查询结果是完成，则发起第三步，如图3所示。其优点是不用按照最长时间去等待，缺点是查询本身也会影响从设备的命令执行，造成命令执行的时间延长。

发明内容

为解决上述技术问题之一，本发明提供了一种主从交替SPI通信方法、主设备、从设备及系统。

本发明实施例第一方面提供了一种主从交替SPI通信方法，所述方法应用于主设备中，所述方法包括：

将所述主设备的SPI模式设置为主模式，并在所述主模式下，所述主设备向从设备发送命令/数据；

将所述主设备的SPI模式设置为从模式，并在所述从模式下接收从设备主动发送的响应/数据。

优选地，所述方法还包括：

所述主设备在未向从设备发送命令/数据，以及在未接收从设备发送的响应/数据时，所述主设备的SPI模式设置为从模式。

本发明实施例第二方面提供了一种主从交替SPI通信方法，所述方法应用于从设备中，所述方法包括：

将所述从设备的SPI模式设置为从模式，并在所述从模式下，所述从设备接收主设备发送的命令/数据；

所述从设备接收并执行所述主设备发送的命令/数据，生成响应/数据；

将所述从设备的SPI模式设置为主模式，并在所述主模式下，主动向主设备发送响应/数据。

优选地，所述方法还包括：

所述从设备在未接收主设备发送的命令/数据，以及在未主动向主设备发送响应/数据时，所述从设备的SPI模式设置为从模式。

本发明实施例第三方面提供了一种主从交替SPI通信方法，所述方法包括：

将所述主设备的SPI模式设置为主模式，将所述从设备的SPI模式设置为从模式，并在所述主设备的SPI模式为主模式、所述从设备的SPI模式为从模式下，所述主设备向从设备发送命令/数据；

所述从设备接收并执行所述主设备发送的命令/数据，生成响应/数据；

将所述从设备的SPI模式设置为主模式，将所述主设备的SPI模式设置为从模式，并在所述从设备的SPI模式为主模式、所述主设备的SPI模式为从模式下，所述从设备主动向主设备发送响应/数据。

优选地，所述方法还包括：

所述主设备在未向从设备发送命令/数据，以及在未接收从设备发送的响应/数据时，所述主设备的SPI模式设置为从模式；

所述从设备在未接收主设备发送的命令/数据，以及在未主动向主设备发送响应/数据时，所述从设备的SPI模式设置为从模式。

本发明实施例第四方面提供了一种主设备，所述主设备包括处理器、传输指示信号端SS、传输时钟信号端CLK和至少一个数据信号端MOSI，所述处理器，其被配置有处理器可执行的操作指令，以执行如本发明实施例第一方面所述的主从交替SPI通信方法。

本发明实施例第五方面提供了一种从设备，所述从设备包括处理器、传输指示信号端SS、传输时钟信号端CLK和至少一个数据信号端MOSI，所述处理器，其被配置有处理器可执行的操作指令，以执行如本发明实施例第二方面所述的主从交替SPI通信方法。

本发明实施例第六方面提供了一种主从交替SPI通信系统，所述系统包括主设备和从设备，所述主设备和从设备均包括处理器、传输指示信号端SS、传输时钟信号端CLK和至少一个数据信号端MOSI，所述主设备的传输指示信号端SS与从设备的传输指示信号端SS连接，所述主设备的传输时钟信号端CLK和从设备的传输时钟信号端CLK连接，所述主设备的数据信号端MOSI与从设备的数据信号端MOSI连接，所述处理器，其被配置有处理器可执行的操作指令，以执行如本发明实施例第三方面所述的主从交替SPI通信方法。

优选地，所述SPI为8位SPI、16位SPI、32位SPI或64位SPI。

本发明的有益效果如下：本发明所提出的主从交替SPI通信方法，在从设备执行完成主设备发送的命令/数据后，即可立即主动开始向主设备传输响应/数据，去除主设备无效等待时间或主设备不断查询的过程，大大减少了主设备的等待时间，提高主设备和从设备之间的数据传输效率。同时，通过本发明的通信方法，可减少传统的MISO数据线连接，由传统四线减少为本发明的三线，可简化连线方式。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为传统SPI连接示意图；

图2为传统SPI命令-响应并返回结果的时序关系示意图；

图3为传统SPI发起查询SPI命令的时序关系示意图；

图4为本发明实施例1所述的主从交替SPI通信方法的流程图；

图5为本发明实施例2所述的主从交替SPI通信方法的流程图；

图6为本发明实施例3所述的主从交替SPI通信方法的流程图；

图7为本发明实施例3所述的工作状态流程图；

图8为本发明实施例6所述的主从交替SPI通信系统的原理图。

具体实施方式

为了使本申请实施例中的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本申请的示例性实施例进行进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例1

如图4所示，本实施例提出了一种主从交替SPI通信方法，该方法应用于主设备中，该方法具体包括：

S101、将所述主设备的SPI模式设置为主模式，并在所述主模式下，所述主设备向从设备发送命令/数据；

S102、将所述主设备的SPI模式设置为从模式，并在所述从模式下接收从设备主动发送的响应/数据。

具体的，在主设备的SPI模式为主模式时，主设备可向从设备发送命令/数据。其中，命令可具体为读/写/运算/测量等，数据可具体为写入的数据、命令参数等。此时，对应的从设备的SPI模式即为从模式，从而能够接收主设备发送的命令/数据。从设备在接收到主设备发送的命令/数据后，可执行该命令/数据并生成相应的响应/数据。待从设备生成响应/数据后，从设备可将该响应/数据主动发送至主设备。此时，主设备的SPI模式为从模式，并在该从模式下接收从设备主动发送的响应/数据。此过程无需主设备主动向从设备获取数据，可去除主设备无效等待时间或主设备不断查询的过程，大大减少了主设备的等待时间，提高主设备和从设备之间的数据传输效率。

进一步的，本实施例中，主设备在未向从设备发送命令/数据，以及在未接收从设备发送的响应/数据时，主设备的SPI实际为非数据传输状态，可将主设备的SPI模式设置为从模式，以避免主从模式冲突造成的两个输出端的对接引发的器件损坏。

实施例2

如图5所示，本实施例提出一种主从交替SPI通信方法，该方法应用于从设备中，该方法具体包括：

S201、将所述从设备的SPI模式设置为从模式，并在所述从模式下，所述从设备接收主设备发送的命令/数据；

S202、所述从设备接收并执行所述主设备发送的命令/数据，生成响应/数据；

S203、将所述从设备的SPI模式设置为主模式，并在所述主模式下，主动向主设备发送响应/数据。

具体的，从设备的SPI模式为从模式时，而能够接收主设备发送的命令/数据。从设备在接收到主设备发送的命令/数据后，可执行该命令/数据并生成相应的响应/数据。待从设备生成响应/数据后，从设备可将该响应/数据主动发送至主设备。此时，从设备的SPI模式为主模式，对应的主设备的SPI模式为从模式，从设备在主模式下主动向主设备发送响应/数据。此过程无需主设备主动向从设备获取数据，可去除主设备无效等待时间或主设备不断查询的过程，大大减少了主设备的等待时间，提高主设备和从设备之间的数据传输效率。

进一步的，本实施例中，从设备在未接收主设备发送的命令/数据，以及在未主动向主设备发送响应/数据时，从设备的SPI实际为非数据传输状态，可将从设备的SPI模式设置为从模式，以避免主从模式冲突造成的两个输出端的对接引发的器件损坏。

实施例3

如图6所示，本实施例提出一种主从交替SPI通信方法，该方法包括：

S301、将所述主设备的SPI模式设置为主模式，将所述从设备的SPI模式设置为从模式，并在所述主设备的SPI模式为主模式、所述从设备的SPI模式为从模式下，所述主设备向从设备发送命令/数据；

S302、所述从设备接收并执行所述主设备发送的命令/数据，生成响应/数据；

S303、将所述从设备的SPI模式设置为主模式，将所述主设备的SPI模式设置为从模式，并在所述从设备的SPI模式为主模式、所述主设备的SPI模式为从模式下，所述从设备主动向主设备发送响应/数据。

具体的，在主设备的SPI模式为主模式时，主设备可向从设备发送命令/数据。其中，命令可具体为读/写/运算/测量等，数据可具体为写入的数据、命令参数等。此时，对应的从设备的SPI模式即为从模式，从而能够接收主设备发送的命令/数据。从设备在接收到主设备发送的命令/数据后，可执行该命令/数据并生成相应的响应/数据。待从设备生成响应/数据后，从设备可将该响应/数据主动发送至主设备。此时，从设备的SPI模式为主模式，对应的主设备的SPI模式为从模式，从设备在主模式下主动向主设备发送响应/数据。

更为具体的，本实施例所提出的主从交替SPI通信方法主要包括四个工作状态，如图7所示。主设备和从设备的SPI模式也与该四个工作状态相关，具体包括：

(1)初始态：主设备与从设备的SPI均为非数据传输状态，也可以称为空闲状态，此时主设备和从设备的SPI模式均为从模式；

(2)主设备访问态：主设备发送命令/数据，从设备接收命令/数据。此时，主设备和从设备的SPI均为数据传输状态，其中主设备的SPI模式为主模式，从设备的SPI模式为从模式；

(3)命令执行态：从设备执行接收并执行主设备发送的命令/数据，并生成相应的响应/数据。此时，主设备和从设备的SPI均为非数据传输状态，其中主设备和从设备的SPI模式均为从模式；

(4)从设备响应态：从设备主动发送响应/数据，主设备接收该响应/数据。此时，主设备和从设备的SPI均为数据传输状态，其中主设备的SPI模式为从模式，从设备的SPI模式为主模式。

实施例4

对应实施例1，本实施例提出了一种主设备，所述主设备包括处理器、传输指示信号端SS、传输时钟信号端CLK和至少一个数据信号端MOSI，所述处理器，其被配置有处理器可执行的操作指令，以执行如下操作指令：

将所述主设备的SPI模式设置为主模式，并在所述主模式下，所述主设备向从设备发送命令/数据；

将所述主设备的SPI模式设置为从模式，并在所述从模式下接收从设备主动发送的响应/数据。

本实施例所提出的主设备的工作原理可参照实施例1所记载的内容，本实施例不再进行赘述。

实施例5

对应实施例2，本实施例提出了一种从设备，所述从设备包括处理器、传输指示信号端SS、传输时钟信号端CLK和至少一个数据信号端MOSI，所述处理器，其被配置有处理器可执行的操作指令，以执行如下操作指令：

将所述从设备的SPI模式设置为从模式，并在所述从模式下，所述从设备接收主设备发送的命令/数据；

所述从设备接收并执行所述主设备发送的命令/数据，生成响应/数据；

将所述从设备的SPI模式设置为主模式，并在所述主模式下，主动向主设备发送响应/数据。

本实施例所提出的从设备的工作原理可参照实施例2所记载的内容，本实施例不再进行赘述。

实施例6

对应实施例3，本实施例提出了一种主从交替SPI通信系统，该系统包括主设备和从设备，如图8所示。主设备和从设备均包括处理器、传输指示信号端SS、传输时钟信号端CLK和至少一个数据信号端MOSI，主设备的传输指示信号端SS与从设备的传输指示信号端SS连接，主设备的传输时钟信号端CLK和从设备的传输时钟信号端CLK连接，主设备的数据信号端MOSI与从设备的数据信号端MOSI连接，处理器被配置有处理器可执行的操作指令，以执行如下操作指令：

将所述主设备的SPI模式设置为主模式，将所述从设备的SPI模式设置为从模式，并在所述主设备的SPI模式为主模式、所述从设备的SPI模式为从模式下，所述主设备向从设备发送命令/数据；

所述从设备接收并执行所述主设备发送的命令/数据，生成响应/数据；

将所述从设备的SPI模式设置为主模式，将所述主设备的SPI模式设置为从模式，并在所述从设备的SPI模式为主模式、所述主设备的SPI模式为从模式下，所述从设备主动向主设备发送响应/数据。

本实施例所提出的主从交替SPI通信系统中，SPI为8位SPI、16位SPI、32位SPI或64位SPI。其工作原理可参照实施例3所记载的内容，本实施例不再进行赘述。

进一步的，本实施例所提出的主从交替SPI通信系统在实际应用时，若完成“一问一答”模式只需要三根信号线，即：传输指示信号线SS，传输时钟信号线CLK，数据信号线MOSI，第四根信号线MISO不再需要，因为两种实际数据传输的状态的数据传输为：

主设备访问态：主设备MOSI输出，从设备MOSI输入；

从设备响应态：从设备MOSI输出，主设备MOSI输入；

即：两个传输状态均使用MOSI信号线进行数据传输，而MIOS信号线上无数据传输，因此，采用三线(SS，CLK，MOSI)可以满足主设备访问+从设备响应态(即：一问一答)模式的完整通信过程。

具体的，本实施例对三信号线定义如表2所示：

表2

三线主从交替SPI通信的过程具体如下：

(1)初始态：即起始状态：

a、主设备SPI模式为从模式；

b、从设备SPI模式为从模式；

c、无数据传输。

(2)主设备SPI开始传输命令数据，进入“主设备访问态”：

a、主设备SPI模式为主模式，发送命令/数据；

b、从设备SPI模式为从模式，接收命令/数据；

c、数据格式为：

其中，命令字为2字节，表示本次命令内容，使得从设备根据命令内容进行相应的操作：如读数据，写数据，加密数据，解密数据等等；

后续数据长度为2字节，表示后续数据的字节长度，使得从设备检验数据接收的数量是否完整；

数据：从设备待处理的数据。

(3)命令执行态：命令/数据传输完成后，进入命令执行状态；

a、主设备SPI模式为从模式，等待接收数据处理的响应/数据；

b、从设备根据接收的命令内容，处理接收的数据，处理完毕后，进入从设备响应态。

(4)从设备响应态：从设备发送响应/数据至主设备；

a、主设备SPI模式为从设备，接收响应/数据；

b、从设备SPI模式为主设备，发送响应/数据；

c、数据格式为：

其中，返回值为2字节，表示命令执行结果，0表示执行完成，其它值表示错误码；后续数据长度为2字节，表示后续数据的字节长度，使得主设备检验数据接收的数量是否完整；数据为命令/数据处理完成的数据内容。

此状态下，从设备SPI为主模式，发送完毕后，进入初始态。主设备SPI为从模式，接收完毕后，进入初始态。

本实施例通过三线SPI即可完成传统的四线SPI传输。主设备SPI和从设备SPI的工作模式不再固定不变，而是随着工作状态不同进行主从模式的交替转换。从设备在接收到命令/数据后，即可进入执行状态，期间不会受到主设备的状态查询干扰。从设备在执行完成后，可立即进入响应/数据传输状态，不必等待，提高数据传输效率。

本实施例中，主设备访问可以是一次传输完成，也可以多次完成，全部完成后，进入命令执行状态，同时完成主从模式互换。

同样地，从设备响应态的数据传输，可以是一次传输完成，也可以多次完成，全部响应传输完成后，进入初始状态。

需要说明的是，上述传输完成，是指没有后续数据需要传输，双方依据传输完成，各自进行状态转换。

更进一步的，本申请所提出的主从交替SPI通信方法同样适用于双数据线DSPI及四数据线QSPI，以进一步提高传输速率。其中：

DSPI为四根信号线，除SS、CLK外，另外两根数据信号线定义为MOSI0和MOSI1，使得相同时钟情况下，传输速度提高一倍；

QSPI为6根信号线，除SS、CLK外，另外四根数据信号线定义为MOSI0和MOSI1、MOSI2和MOSI3，四根数据线并行传输，使得相同时钟情况下，传输速度提高四倍。

具体的，QSPI为一种4根数据的SPI模式，包括传输指示信号SS，时钟信号CLK，及4个数据MOSI0-MOSI3，共6根信号线，如下表3所示：

表3

与传统QPSI主从模式固定方法不同，本申请主从交替SPI通信方法，根据状态不同主设备和从设备的SPI接口，其主从模式交替变化、互换，具体为：

(1)初始态：即起始状态：

a、主设备SPI为从模式；

b、从设备SPI为从模式；

c、无数据传输

(2)主设备SPI开始传输命令数据,进入“主设备访问态”：

a、主设备SPI为主模式，发送命令/数据；

b、从设备SPI为从模式，接收命令/数据；

c、数据格式为：

其中：

命令字为2字节，表示本次命令内容，使得从设备根据命令内容进行相应的操作：如读数据，写数据，加密数据，解密数据等等；

后续数据长度为2字节，表示后续数据的字节长度，使得从设备检验数据接收的数量是否完整；

数据：从设备待处理的数据。

(3)命令执行态，命令/数据传输完成后，进入命令执行状态：

a、主设备SPI转为从模式，等待接收数据处理的响应/数据；

b、从设备根据接收的命令内容，处理接收的数据；处理完毕后，进入“从设备响应态”。

(4)从设备响应态，从设备发送响应/数据给主设备

a、主设备SPI为从模式，接收响应/数据；

b、从设备SPI为主模式，发送响应/数据；

c、数据格式为：

其中，返回值为2字节，表示命令执行结果，0表示执行完成，其它值表示错误码；后续数据长度为2字节，表示后续数据的字节长度，使得主设备检验数据接收的数量是否完整；数据为命令/数据处理完成的数据内容。

此状态下，从设备SPI为主模式，发送完毕后，进入初始态。主设备SPI为从模式，接收完毕后，进入初始态。

通过上述可见，QSPI的传输过程与3线SPI传输过程几乎完全一样，其特点是：既保留的QSPI的4倍传输速率，使得传输速率得以提高，也具备三线SPI的主从交替方法的优点，状态交替无需等待，提高了传输和执行效率。