OPPO三面

一面（4.2,20min）

# 1.自我介绍

# 2.三个项目，问的很详细

后面专门会出一版怎么做自我介绍，以及项目怎么写，会怎么问，你该怎么回答。

3.SPI是什么？有几条线？几种模式？

SPI协议简介

板卡内不同芯片间通讯最常用的三种串行协议：UART、I2C、SPI，之前写过串口协议及其FPGA实现，今天我们来介绍SPI协议，SPI是Serial Perripheral Interface的简称，是由Motorola公司推出的一种高速、全双工的总线协议。

与IIC类似，SPI也是采用主从方式工作，主机通常为FPGA、MCU或DSP等可编程控制器，从机通常为EPROM、Flash，AD/DA，音视频处理芯片等设备。

一般由SCLK、CS、MOSI，MISO四根线组成，有的地方可能是：SCK、SS、SDI、SDO等名称，都是一样的含义，当有多个从机存在时，通过CS来选择要控制的从机设备。

和标准SPI类似的协议，还有TI的SSP协议，区别主要在片选信号的时序上。

• 4线还是3线？ 当我们谈到SPI时，默认情况下都是指标准的4线制Motorola SPI协议，即SCLK，MOSI，MISO和CS共4根数据线，标准4线制的好处是可以实现数据的全双工传输。当只有一个主机和一个从机设备时，只需要一个CS，多个从机需要多个CS，各数据线的介绍：

• SCLK，时钟信号，时钟频率即SPI速率，和SPI模式有关

• MOSI，主机输出，从机输入

• MISO，主机输入，从机输出

• CS，从机设备选择，低电平有效

3线制SPI，根据不同的应用场景，主要有以下2种类型：

• 只有3根线：SCLK，CS和DI或DO，适用于单工通讯，主机只发送或接收数据。
• 只有3根线：SCLK，SDIO和CS，这里的SDIO作为双向端口，适用于半双工通讯，比如ADI的多款ADC芯片都支持双向传输。在使用FPGA操作双向端口时，作为输入时要设置为高阻态z。

4种工作模式

既然是进行数据传输，双方就要明确从机在什么时刻去采样主机发出的数据，主机在什么时刻去读取从机发来的数据。

对于STM32等MCU自带的硬件SPI外设来说，可能没有那么重要，只需要配置一下模式就行了，但是对于使用使用GPIO模拟或者FPGA来实现SPI的时序，这一点是非常重要的，这就涉及到SPI标准协议的工作模式了，通过CPOL（Clock Polarity）时钟极性和CPHA（Clock Phase）时钟相位的不同组合，可以分为4种模式。

一般从机器件的工作模式是固定的，主机需要采用一样的工作模式，双方才能正常“交流”。

CPOL=0表示，SCK在空闲状态时为0
CPOL=1表示，SCK在空闲状态时为1
CPHA=0表示，在SCK第一个边沿时输入输出数据有效
CPHA=1表示，在SCK第二个边沿时输入输出数据有效

这四种模式中，应用最广泛的是模式0和3，大多数SPI器件都同时支持这两种工作模式，其实这些都不重要，具体采用什么模式，看你的器件手册就知道了。

以我最近工作中使用到的一款Cypress的铁电存储器FM25V05为例，在其官方DataSheet上介绍同时支持SPI Mode 0和Mode 3，

根据后面的时序图，可以得知SPI mode 0的读写时序，图中可以看出SCK空闲状态为低电平，主机数据在每个上升沿被从机采样，数据输出同理。

对于SPI mode3，SCK空闲状态为高电平，主机数据在每个上升沿被从机采样，数据输出同理。

模式1和模式2同理，模式1即CPOL=0，CPHA=1，SCK空闲为0，在SCK第二个边沿时数据有效，即SCK下降沿有效。

模式2即CPOL=1，CPHA=0，SCK空闲为1，在SCK第一个边沿时数据有效，即SCK下降沿有效。

在一些自带SPI硬件外设的MCU上，设置主机的SPI模式非常简单，只需要配置几个寄存器的值即可，而且是写了SCK高电平还是低电平，和第一个还是第二个边沿，不用去记忆等于0还是等于1。

以STM32F103硬件SPI配置为例：

SPI_InitTypeDef  SPI_InitStruct;

SPI_InitStruct.SPI_Mode =SPI_Mode_Master;       //主
.....
SPI_InitStruct.SPI_CPOL =SPI_CPOL_High; //SCK空闲时为高电平
SPI_InitStruct.SPI_CPHA =SPI_CPHA_1Edge;//SCK第一个边沿有效
.....
SPI_Init(SPI2,&SPI_InitStruct);

而在FPGA中实现，需要严格根据时序来控制SCK和数据的输入输出。

多种传输速率

SCK的速率就是SPI的传输速率，SPI协议没有一个固定的速率，不像IIC标准模式100K，快速模式400K，高速模式3.4M，SPI的传输速率取决于器件本身支持多高的速率，器件手册里都有描述

SPI协议的基本时序

CS为低电平时，表示对应的从机设备被使能，在每个SCLK周期可以传输1Bit数据，采样时刻取决于器件支持的SPI mode，根据不同SPI器件的控制方法，在进行正式的数据读写操作前，一般需要先写入控制字，然后是寄存器地址和数据。

如果要使用FPGA来实现SPI时序，在CS下降沿和SCLK第一个边沿，或CS上升沿和SCLK最后一个边沿之间要留有一定的延迟时间，一般是0.5个SCLK周期。

一些SPI从机设备支持菊花链连接模式，即节省GPIO，又不会占据太多布线面积，但并不是所有的SPI器件都支持菊花链模式。

控制时序：

SPI协议的升级版

传统标准的SPI协议，一个SCLK周期只能传输1Bit数据，能不能一个SCLK传输多个Bit数据呢？答案是可以的。Motorola公司在现有的标准4线SPI协议上，又开发出了多种SPI协议的升级版，通过增加数据线位数的方式，来提高数据传输的效率，目前很多Flash厂家都已经支持多种SPI协议。

以比较常用的一款SPI Flash ROM W25Q128FW为例，在其器件手册上写着除了标准的4线SPI模式，还支持Dual SPI，Quad SPI，QPI等，在这几种模式下，IO0/1/2/3这些IO作为双向端口，大大增加了数据读写的速率。

SPI和IIC的对比

• SPI是全双工，而IIC是半双工。
• IIC支持多主机多从机模式，而SPI只能有一个主机。
• 从GPIO占用上来看，IIC占用更少的GPIO，更节省资源。
• SPI的数据位宽更灵活，可以根据需要选择多位数据宽度。
• SPI协议没有响应机制，主机无法得知从机是否接收到所发的数据，如果不采取一些方法的话可能会导致数据丢帧。
• 正是因为没有复杂的响应机制，SPI协议可以做到非常高的速率(上百兆)，每一个SCK都可以进行数据的传输，通过引入CRC校验等校验方法，可以即高速传输数据，又能保持数据的准确度。
• IIC通过器件地址来选择从机，从机数量的增加不会导致GPIO的增加，而SPI通过CS选择从机，每增加一个从机就要多占用一个GPIO，当然也可以通过加入译码器来实现多从机控制。
• SPI协议在SCLK边沿进行采样，IIC在SCL高电平器件进行采样。
• 两者大多都应用于板内器件短距离通讯。

总结

使用FPGA来实现SPI时序，最大的好处就是灵活，时序可以根据需要精确的定制，可以实现非常高的速率，特别是同时驱动多片芯片上有很大的优势，在一些高速AD采集的场合必须使用FPGA来实现，难点就是做起来比较麻烦，需要一点点的调试，仿真，虽然FPGA也有一些现成的IP可以使用，但还是不够灵活。

不像STM32等MCU那样有现成的库函数和寄存器简单几行代码配置一下，就可以实现主从模式、SPI模式、数据位宽、多种速率、单线双线、半双工全双工、DMA等等。

总之，FPGA和MCU各有优点，也各有不足，根据需求来选择吧！无论采用什么控制器实现，只要根据数据手册严格控制时序，就没有什么协议是不能搞定的！

参考资料：关于SPI协议，看这一篇文章就够了！

4.使用IO模拟过SPI吗？

原则：有硬件I2C、SPI时尽量用硬件操作，省去IO模拟繁琐的时序调试。但在内部资源不够时就要用IO模拟总线了。

关于短延时：

模拟时序时是否需要延时要看MCU与device的相对速度。比如I2C如果400K的速率和MCU动辄几十M的速率不再一个量级，肯定要通过延时调整时序；但对于SPI因为其速度很高，甚至有的比单片机的速度还高，这时就没必要延时了。

关于IO模拟的收发函数是否要合并成一个：

对于SPI因为是全双工，所以可以分开，当然也可以合并成一个（发送时不需要返回值，而接收时此时参数是要发送的数据，返回值是要读的值）

关于在什么跳变沿操作：

比如芯片手册中说到在上升沿采样/锁定（也就是在搞定平之后值必须稳定），那么单个位bit的收发都应该在0->1之间进行操作。

关于时钟极性和时钟相位：

CPOL时钟极性只是说明了空闲时总线的电平状态：CPOL=1表明空闲时时钟是搞定平；否则是低电平。

CPOA时钟相位说明了在第几个跳变沿进行采样，CPOA=0表明在第一个沿进行采样，否则在第二个沿。

#include "iom8535v.h"
#define _CPOL     1
#define _CPHA     0
#define SCK_IO    DDRA|=0X01
#define MOSI_IO   DDRA|=0X02
#define MISO_IO   DDRA&=0XFB
#define SSEL_IO   DDRA|=0X08
#define SCK_D(X)   (X?(PORTA|=0X01):(PORTA&=0XFE))
#define MOSI_D(X)  (X?(PORTA|=0X02):(PORTA&=0XFD))
#define SSEL_D(X)  (X?(PORTA|=0X08):(PORTA&=0XF7))

#define MISO_I()  (PINA&0X04)  
void delay()
{
 unsigned char m,n;
     for(n=0;n<5;n++);
    for(m=0;m<100;m++);
}
/************************************************
        端口方向配置  与输出初始化
************************************************/
void SPI_Init(void)
{
SCK_IO   ; 
MOSI_IO  ;
MISO_IO  ; 
SSEL_IO  ;
SSEL_D(1);
MOSI_D(1);
#if _CPOL==0
SCK_D(0);
#else
SCK_D(1);
#endif
}

/**********************************************
模式零           写数据
***********************************************/
#if _CPOL==0&&_CPHA==0          //MODE   0  0   
void SPI_Send_Dat(unsigned char dat)
{
 unsigned char n;
 for(n=0;n<8;n++)
 {
  SCK_D(0);
  if(dat&0x80)MOSI_D(1);
  else MOSI_D(0);
  dat<<=1;
  SCK_D(1);
 }
  SCK_D(0);
}
/*********************************************
模式零         读数据
*********************************************/
unsigned char SPI_Receiver_Dat(void)
{
 unsigned char n ,dat,bit_t;
 for(n=0;n<8;n++)
 {
  SCK_D(0);
  dat<<=1;
  if(MISO_I())dat|=0x01;
  else dat&=0xfe;
  SCK_D(1);
 }
  SCK_D(0);
  return dat;
}
#endif
/**********************************************
模式二           写数据
***********************************************/
#if _CPOL==1&&_CPHA==0           //MODE   1  0
void SPI_Send_Dat(unsigned char dat)
{
 unsigned char n;
 for(n=0;n<8;n++)
 {
  SCK_D(1);
  if(dat&0x80)MOSI_D(1);
  else MOSI_D(0);
  dat<<=1;
  SCK_D(0);
 }
  SCK_D(1);
}
/*********************************************
模式二          读数据
*********************************************/
unsigned char SPI_Receiver_Dat(void)
{
 unsigned char n ,dat,bit_t;
 for(n=0;n<8;n++)
 {
  SCK_D(1);
  dat<<=1;
  if(MISO_I())dat|=0x01;
  else dat&=0xfe;
  SCK_D(0);
 }
  SCK_D(1);
  return dat;
}

#endif
/*********************************************
模式一        写数据
*********************************************/
#if _CPOL==0&&_CPHA==1           //MODE  0  1
void SPI_Send_Dat(unsigned char dat)
{
 unsigned char n;
 SCK_D(0);
 for(n=0;n<8;n++)
 {
  SCK_D(1);
  if(dat&0x80)MOSI_D(1);
  else MOSI_D(0);
  dat<<=1;
  SCK_D(0);
 }
}
/*********************************************
模式一       读数据
*********************************************/
unsigned char SPI_Receiver_Dat(void)
{
 unsigned char n ,dat,bit_t;
 for(n=0;n<8;n++)
 {
  SCK_D(1);
   dat<<=1;
  if(MISO_I())dat|=0x01;
  else dat&=0xfe;
  SCK_D(0);
 }
  SCK_D(0);
  return dat;
}
#endif
///
///

#if _CPOL==1&&_CPHA==1            /