14. 同步串行接口SPI

14.1 SPI简介

CH559芯片提供2个SPI接口，用于与外设之间进行高速的同步数据传输。

SPI0特性:

支持master主机模式和slave从机模式；
支持模式0和模式3时钟模式；
可选3线全双工或者2线半双工方式；
可选MSB高位首先发送或者LSB低位首先发送；
时钟频率可调，最高可达系统主频的一半；
内置3字节接收FIFO和1字节发送FIFO；
支持多种中断。

SPI1特性:

只支持master主机模式，MSB高位首先发送；
支持模式0和模式3时钟模式；
可选3线全双工或者2线半双工方式；
时钟频率可调，最高可达系统主频的一半。

14.2 SPI寄存器

表14.2.1 SPI相关寄存器列表

名称	地址	描述	复位值
SPI0_SETUP	FCh	SPI0设置寄存器	00h
SPI0_S_PRE	FBh	SPI0从机模式预置数据寄存器	20h
SPI0_CK_SE	FBh	SPI0时钟分频设置寄存器	20h
SPI0_CTRL	FAh	SPI0控制寄存器	02h
SPI0_DATA	F9h	SPI0数据收发寄存器	xxh
SPI0_STAT	F8h	SPI0状态寄存器	08h
SPI1_CK_SE	B7h	SPI1时钟分频设置寄存器	20h
SPI1_CTRL	B6h	SPI1控制寄存器	02h
SPI1_DATA	B5h	SPI1数据收发寄存器	xxh
SPI1_STAT	B4h	SPI1状态寄存器	08h

14.2.1 SPI0相关寄存器

SPI0设置寄存器(SPI0_SETUP):

位	名称	访问	描述
7	bS0_MODE_SLV	RW	SPI0主从模式选择位，该位为0则SPI0为主机模式；该位为1则SPI0为从机模式/设备模式
6	bS0_IE_FIFO_OV	RW	从机模式下FIFO溢出中断使能位，该位为1使能FIFO溢出中断；该位为0则FIFO溢出不产生中断
5	bS0_IE_FIRST	RW	从机模式下接收首字节完成中断使能位，该位为1则从机模式下接收到第一个数据字节时触发中断；该位为0则接收到第一字节时不产生中断
4	bS0_IE_BYTE	RW	数据字节传输完成中断使能位，该位为1允许字节传输完成中断；该位为0则字节传输完成不产生中断
3	bS0_BIT_ORDER	RW	数据字节的位序控制位，该位为0则MSB高位在前；该位为1则LSB低位在前
2	保留	R0	保留
1	bS0_SLV_SELT	R0	从机模式下片选激活状态位，该位为0表示当前没有被选中；该位为1表示当前处于选中状态
0	bS0_SLV_PRELOAD	R0	从机模式下预加载数据状态位，该位为1表示当前处于片选有效之后、尚未传输数据之前的预加载状态

SPI0时钟分频设置寄存器(SPI0_CK_SE):

位	名称	访问	描述	复位值
[7:0]	SPI0_CK_SE	RW	主机模式下设置SPI0时钟分频系数	20h

SPI0从机模式预置数据寄存器(SPI0_S_PRE):

位	名称	访问	描述	复位值
[7:0]	SPI0_S_PRE	RW	预先加载从机模式下的首次传输数据	20h

SPI0控制寄存器(SPI0_CTRL):

位	名称	访问	描述	复位值
7	bS0_MISO_OE	RW	SPI0的MISO输出使能控制位，该位为1允许输出；该位为0禁止输出	0
6	bS0_MOSI_OE	RW	SPI0的MOSI输出使能控制位，该位为1允许输出；该位为0禁止输出	0
5	bS0_SCK_OE	RW	SPI0的SCK输出使能控制位，该位为1允许输出；该位为0禁止输出	0
4	bS0_DATA_DIR	RW	SPI0数据方向控制位，该位为0则输出数据，仅将写FIFO作为有效操作，启动一次SPI传输；该位为1则输入数据，写或读FIFO都作为有效操作，启动一次SPI传输	0
3	bS0_MST_CLK	RW	SPI0主机时钟模式控制位，该位为0则模式0，SCK空闲时默认低电平；该位为1则模式3，SCK默认高电平	0
2	bS0_2_WIRE	RW	SPI0的2线半双工模式使能位，该位为0则3线全双工方式，包括SCK、MOSI、MISO；该位为1则2线半双工方式，包括SCK、MISO	0
1	bS0_CLR_ALL	RW	该位为1清空SPI0中断标志和FIFO，需要软件清零	1
0	bS0_AUTO_IF	RW	允许通过FIFO有效操作自动清零字节接收完成中断标志的使能位，该位为1则在FIFO有效读写操作时自动清零字节接收完成中断标志S0_IF_BYTE	0

SPI0数据收发寄存器(SPI0_DATA):

位	名称	访问	描述	复位值
[7:0]	SPI0_DATA	RW	包括发送和接收两个物理上分开的FIFO，读操作对应接收数据FIFO；写操作对应发送数据FIFO，有效读写操作可以启动一次SPI传输	xxh

SPI0状态寄存器(SPI0_STAT):

位	名称	访问	描述		复位值
7	S0_FST_ACT	R0	该位为1表示当前状态是从机模式下接收首字节完成		0
6	S0_IF_OV	RW	从机模式下FIFO溢出标志位，该位为1表示FIFO溢出中断；该位为0则无中断。直接位写0清零或寄存器对应位写1清零。当bS0_DATA_DIR=0时由发送FIFO空触发中断；当bS0_DATA_DIR=1时由接收FIFO满触发中断		0
5	S0_IF_FIRST	RW	从机模式下接收首字节完成中断标志位，该位为1则表示接收到首字节。直接位写0清零或寄存器对应位写1清零		0
4	S0_IF_BYTE	RW	数据字节传输完成中断标志位，该位为1则表示一个字节传输完成。直接位写0清零或寄存器对应位写1清零，或者在bS0_AUTO_IF=1时通过FIFO有效操作清零		0
3	S0_FREE	R0	SPI0空闲标志位，该位为1表示当前没有SPI移位，通常是处于数据字节之间的空档期		1
2	S0_T_FIFO	R0	SPI0发送FIFO计数，有效值是0或者1		0
1	S0_R_FIFO1	R0	SPI0接收FIFO计数位1	有效值是0或1或2或3	0
0	S0_R_FIFO0	R0	SPI0接收FIFO计数位0		0

14.2.2 SPI1寄存器描述

SPI1状态寄存器(SPI1_STAT):

位	名称	访问	描述	复位值
[7:5]	保留	RO	保留	000b
4	bS1_IF_BYTE	RO	数据字节传输完成中断标志位，该位为1则表示一个字节传输完成。直接位写0清零或寄存器对应位写1清零，或者在bS1_AUTO_IF=1时通过FIFO有效操作清零	0
3	bS1_FREE	RW	SPI1空闲标志位，该位为1表示当前没有SPI移位，通常是处于数据字节之间的空档期	1
[2:0]	保留	RO	保留	000b

SPI1数据收发寄存器(SPI1_DATA):

位	名称	访问	描述	复位值
[7:0]	SPI1_DATA	RW	实际是SPI数据移位寄存器，读用于接收数据，写用于发送数据，有效读写操作可以启动一次SPI传输	xxh

SPI1控制寄存器(SPI1_CTRL):

位	名称	访问	描述	复位值
1	2	3	4	5
7	bS1_MISO_OE	RW	SPI1的MISO1输出使能控制位，该位为1允许输出；该位为0禁止输出	0
6	保留	RO	保留	0
5	bS1_SCK_OE	RW	SPI1的SCK1输出使能控制位，该位为1允许SCK1输出，如果bS1_2_WIRE=0，那么将同时允许MOSI1输出使能；该位为0禁止输出	0
4	bS1_DATA_DIR	RW	SPI1数据方向控制位，该位为0则输出数据，仅将写SPI1_DATA作为有效操作，启动一次SPI传输；该位为1则输入数据，写或读SPI1_DATA都作为有效操作，启动一次SPI传输	0
3	bS1_MST_CLK	RW	SPI1时钟模式控制位，该位为0则模式0，SCK1空闲时默认低电平；该位为1则模式3，SCK1默认高电平	0
2	bS1_2_WIRE	RW	SPI1的2线半双工模式使能位，该位为0则3线全双工方式，包括SCK1、MOSI1、MISO1；该位为1则2线半双工方式，包括SCK1、MISO1	0
1	bS1_CLR_ALL	RW	该位为1清空SPI1中断标志和FIFO，需要软件清零	1
0	bS1_AUTO_IF	RW	允许通过SPI1_DATA有效操作自动清零字节接收完成中断标志的使能位，该位为1则在SPI1_DATA有效读写操作时自动清零字节接收完成中断标志bS1_IF_BYTE	0

SPI1时钟分频设置寄存器(SPI1_CK_SE):

位	名称	访问	描述	复位值
[7:0]	SPI1_CK_SE	RW	设置SPI1时钟分频系数	20h

14.3 SPI传输格式

SPI主机模式支持模式0和模式3两种传输格式，可以通过设置SPI控制寄存器SPIn_CTRL中的位bSn_MST_CLK选择，CH559总是在CLK上升沿采样MISO数据。数据传输格式如下图所示。

模式0: bSn_MST_CLK = 0

spi_mode_0_tim

图14.3.1 SPI模式0时序图

模式3: bSn_MST_CLK = 1

spi_mode_3_tim

图14.3.2 SPI模式3时序图

14.4 SPI配置

14.4.1 SPI主机模式配置

SPI主机模式下，SCK引脚输出串行时钟，片选输出引脚可以指定为任意I/O引脚。

SPI0配置步骤:

设置SPI时钟分频设置寄存器SPI0_CK_SE，配置SPI时钟频率。
设置SPI设置寄存器SPI0_SETUP的位bS0_MODE_SLV为0，配置为主机模式。
设置SPI控制寄存器SPI0_CTRL的位bS0_MST_CLK，根据需求设置为模式0或者3。
设置SPI控制寄存器SPI0_CTRL的位bS0_SCK_OE和bS0_MOSI_OE为1，bS0_MISO_OE位为0，设置P1端口方向bSCK、bMOSI为输出，bMISO为输入，以及片选引脚为输出。

数据发送过程:

写SPI0_DATA寄存器，向FIFO写入要发送的数据，自动启动一次SPI传输。
等待S0_FREE为1，说明发送完成，可以继续发送下一字节。

数据接收过程:

写SPI0_DATA寄存器，向FIFO写入任意数据例如0FFh以启动一次SPI传输。
等待S0_FREE为1，说明接收完成，可以读取SPI0_DATA获得接收到的数据。
如果之前bS0_DATA_DIR已置1，则上述读操作也会启动下一次SPI传输，否则不启动。

14.4.2 SPI从机模式配置

只有SPI0支持从机模式，从机模式下，SCK引脚用于接收连接的SPI主机的串行时钟。

设置SPI0设置寄存器SPI0_SETUP的位bS0_MODE_SLV为1，配置为从机模式。
设置SPI0控制寄存器SPI0_CTRL的位bS0_SCK_OE和bS0_MOSI_OE为0，设置bS0_MISO_OE为1，设置P1端口方向bSCK、bMOSI和bMISO以及片选引脚都为输入。当SCS片选有效（低电平）时，MISO将自动使能输出。同时建议设置MISO引脚为高阻输入模式（bP1_OC=0、 P1_DIR[6]=0、P1_PU[6]=0），使MISO在片选无效期间不输出，便于共享SPI总线。
可选的，设置SPI从机模式预置数据存器SPI0_S_PRE，用于被片选后首次自动加载到缓冲区中用于对外输出。在8个串行时钟之后，即首个数据字节传输交换完毕，CH559得到外部SPI主机发来的首字节数据(可能是命令码)，外部SPI主机交换得到SPI0_S_PRE中的预置数据(可能是状态值)。寄存器SPI0_S_PRE的位7将在SPI片选有效后的SCK低电平期间自动加载到MISO引脚上，对于SPI模式0，如果CH559预置了SPI0_S_PRE的位7，那么外部SPI主机将在SPI片选有效但尚未传输数据时，就能够通过查询MISO引脚得到SPI0_S_PRE的位7的预置值，从而通过仅仅有效一下SPI片选就能获得SPI0_S_PRE的位7的值。

数据发送过程:

查询S0_IF_BYTE或者等待中断，在每次SPI数据字节传输完成后，写SPI0_DATA寄存器，向FIFO写入要发送的数据。或者等待S0_FREE从0变为1，可以继续发送下一字节。

数据接收过程:

查询S0_IF_BYTE或者等待中断，在每次SPI数据字节传输完成后，读SPI0_DATA寄存器，从FIFO获得接收到的数据。查询MASK_S0_RFIFO_CNT(即S0_R_FIFO1和S0_R_FIFO0)可以获知FIFO中的剩余字节数。