Serial Peripheral Interface
Une liaison SPI (pour Serial Peripheral Interface) est un bus de données série synchrone baptisé ainsi par Motorola, et qui opère en Full-duplex. Les circuits communiquent selon un schéma maître-esclaves, où le maître s'occupe totalement de la communication. Plusieurs esclaves peuvent coexister sur un bus, la sélection du destinataire se fait par une ligne dédiée entre le maître et l'esclave appelée chip select.
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Interface [modifier]
Le bus SPI contient 4 signaux logiques
- SCLK — Horloge (généré par le maître)
- MOSI — Master Output, Slave Input (généré par le maître)
- MISO — Master Input, Slave Output (généré par l'esclave)
- SS — Slave Select, Actif à l'état bas, (généré par le maître)
Il existe d'autres noms qui sont souvent utilisés.
- SCK — Horloge (généré par le maître)
- SDI,DI,SI — Serial Data IN
- SDO,DO,SO — Serial Data OUT
- nCS, CS, nSS, STE — SS
Dans le cas de la convention de nommage SDI/SDO, le SDO du maître doit-être relié au SDI de l'esclave et vice versa. Pour éviter les confusions au moment du câblage, il est donc souvent recommandé d'utiliser les dénominations MISO-MOSI qui évitent une certaine ambiguïté.
Fonctionnement [modifier]
Une transmission SPI typique est une communication simultanée entre un maître et un esclave.
- Le maître génère l'horloge et sélectionne l'esclave avec qui il veut communiquer
- L'esclave répond aux requêtes du maître
À chaque coup d'horloge le maître et l'esclave s'échangent un bit. Après huit coups d'horloges le maître a transmis un octet à l'esclave et vice versa. La vitesse de l'horloge est réglée selon des caractéristiques propres aux périphériques.
Polarité et phase de l'horloge [modifier]
La configuration de la SPI est souvent nommée dans les documentations techniques sous forme de nombre ou de couple, où le bit de poids fort est CPOL (Clock Polarity) et le bit de poids faible CPHA (Clock Phase)
| Mode | CPOL | CPHA |
|---|---|---|
| 0 (0,0) | 0 | 0 |
| 1 (0,1) | 0 | 1 |
| 2 (1,0) | 1 | 0 |
| 3 (1,1) | 1 | 1 |
Les modes 0 et 3 sont identiques en transmission, seul change l'état de la ligne d'horloge au repos. C'est pour cette raison que de nombreux périphériques peuvent être capables de dialoguer soit en mode 0 et 3, soit en mode 1 et 2.
Avantages et Inconvénients [modifier]
Avantages [modifier]
- Communication Full duplex
- Débit assez important par rapport à I²C
- Flexibilité du nombre de bits à transmettre
- Simplicité de l'interface matérielle
- Aucun arbitre nécessaire car aucune collision possible
- Les esclaves utilisent l'horloge du maître et n'ont donc pas besoin d'oscillateur de précision
- Pas de phy nécessaire
- Partage d'un bus commun pour l'horloge, MISO et MOSI entre les périphériques
Inconvénients [modifier]
- Monopolise plus de pattes d'un boîtier que l'I²C ou une UART qui en utilisent seulement deux.
- Aucun adressage possible, il faut une ligne de sélection par esclave en mode non chaîné.
- Le protocole n'a pas d'acquittement. Le maître peut parler dans le vide sans le savoir.
- Il ne peut y avoir qu'un seul maître sur le bus.
- Ne s'utilise que sur de courtes distances contrairement aux liaisons RS-232, RS-485 ou bus CAN
- Néanmoins, il est possible d'utiliser un driver RS-232 (exemple : MAX208) pour relier un maître et un esclave avec un câble de quelques mètres
Outils de développement [modifier]
Il existe une grande variété d'instruments contrôlés par PC permettant d'agir comme maître et/ou analyseur de protocole SPI. Ces outils peuvent parfois être utilisés pour des protocoles série dérivant du protocole SPI, comme les protocoles sur 3 fils.
| Adaptateur USB vers SPI | Modes d'opération | Fabricant | Système d'exploitation |
|---|---|---|---|
| TIMS-0102 USB to SPI and I2C Adapter | Maître - jusqu'à 10 MHz | Jova Solutions | Linux,Windows |
| NI USB-8541 SPI/I2C Interface | Maître - jusqu'à 12 MHz | National Instruments | Windows |
| SPI Storm SPI Adapter with support of dual-SPI, Quad-SPI and custom serial protocol | Maître - jusqu'à 100 MHz | Byte Paradigm | Windows |
Analyseurs de protocole SPI [modifier]
Un analyseur de protocole SPI est un outil échantillonnant un bus SPI et décodant les signaux numériques pour fournir un décodage haut niveau des transactions SPI. Ces analyseurs sont des instruments indépendants ou sont fournis comme extensions à certains modèles d'oscilloscope.
| Analyseur SPI | Vitesse SPI | Fabricant | Système d'exploitation |
|---|---|---|---|
| LOG Storm | Jusqu'à 50 MHz | Byte Paradigm | Windows |
