0  引言

串行外围设备接口SPI(serial peripheralinterface)总线技术是Motorola公司推出的一种微处理器、微控制器及其外设间的一种全／半双工同步串行数据接口标准，具有连接线少、传输效率高等特点，因其硬件功能很强，与SPI有关的软件就相当简单，使CPU有更多的时间处理其他事务。

SPI接口一般采用4条连接线：串行时钟线(SCK)、主机输出／从机输入数据线(MOSI)、主机输入／从机输出数据线(MISO)和低电平使能的从机选择线(SS)，有的还带有中断信号线(INT)，半双工或单向模式则不需要主机输出／从机输入数据线(MOSI)。为了在减少引脚的基础上完成主从机的双向通讯，本文采用半双工机制实现了一种3线制双向SPI总线模块，即通过使能信号实现数据传输的方向控制，因此将主机输出／从机输入(MOSI)线和主机输入／从机输出线(MISO)线合并为一条双向信号线。该模块是某射频芯片中的接口模块，其作用是实现基带芯片对射频芯片的控制以及数据交换，而且为了便于和射频电路集成，该模块最终以硬IP形式实现。

1  SPI总线协议

射频芯片的SPI接口具有两个主要特征：Slave工作模式和半双工方式通讯。

SPI接口信号描述如表1。



接口时序要求如下：

1)输出时序

当SEN为高电平时，SPI接口处于输出状态。每次数据传输开始于SCK信号的上升沿。数据传输过程中，数据由SCK信号控制，并遵循下列规则：数据传输时，低位在前，高位在后；每个输出数据位在SCK下降沿采样；当本帧数据输出达到24 bit时，结束数据输出；当本帧数据输出超过24 bit时，则多余位数全为高电平。

2)输入时序

当SEN为低电平时，SPI接口处于输入状态。每次数据传输开始于SEN信号的下降沿，结束于其上升沿。数据传输过程中命令和数据有SCK和SEN信号控制，并遵循下列规则：数据传输时，低位在前，高位在后；每个输入数据在SCK下降沿移入MOSI；当本帧数据输入为24 bit时，当SEN转为高电平时，将已输入的24 bit数据写入RF IC内部寄存器；当本帧数据输入不足24 bit或多于24 bit时，放弃本帧输入，等待下一帧。

射频SPI接口的最大特点就是采用半双工通讯机制，串行数据的输入／输出共用一条数据线，因此SPI接口数据通路的设计和普通的4线制SPI接口完全不同。

2  实现方案

2.1  总体结构

SPI接口电路主要由读／写控制器、串行寄存器组、输出寄存器组和内部定时器四部分构成，如图1所示。



在SPI接口模块中，数据交换的核心是串行寄存器组，读、写控制器根据外部方向选择信号SEN交替控制串行寄存器组的输人和输出。

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