串行外設接口SPI的傳輸控制方法、裝置及系統與流程

2023-06-07 02:44:16

本發明涉及智能交通技術領域，具體而言，涉及一種串行外設接口spi的傳輸控制方法、裝置及系統。

背景技術：

串行外設接口(serialperipheralinterfacemaster，簡稱為spi)flash因其使用方便，易於連接，管腳較少等特點，在嵌入式系統中應用比較多。但是因為其使用串行傳輸數據，受限於可工作的時鐘的頻率範圍，傳輸較慢。並且單片flash的擦除和寫入速度也會成為系統瓶頸。

針對相關技術中需要多個spi控制器控制多片spiflash的問題，還未提出有效的解決方案。

技術實現要素：

本發明提供了一種spi的傳輸控制方法及裝置，以至少解決相關技術中需要多個spi控制器控制多片spiflash的問題。

根據本發明的一個方面，提供了一種spi的傳輸控制方法，包括：為單個spi控制器配置可編程器件；通過配置的所述可編程器件對多片spiflash的傳輸進行控制。

進一步地，通過配置的所述可編程器件對所述多片spiflash的傳輸進行控制包括：通過所述可編程器件將所述spi控制器的輸出時鐘clk進行分頻，產生多個相位不同的時鐘分別傳入所述多片spiflash訪問所述多片spiflash。

進一步地，通過配置的所述可編程器件對所述多片spiflash的傳輸進行控制包括：通過配置的所述可編程器件對所述多片spiflash的寫操作和讀操作進行控制；其中，所述寫操作為，通過將待寫入數據依次輸出到所述spi控制器的輸出mosi，分別連接到所述多片spiflash的輸出mosi，其中，所述多片spiflash在各自分頻後的時鐘clk的驅動下採樣mosi上的信號，作為所述多片spiflash的輸入數據；所述讀操作為，將所述多片spiflash返回的數據還原為能夠解析的數據。

進一步地，將所述多片spiflash返回的數據還原為能夠解析的數據包括：在數據傳輸階段，通過所述可編程器件將所述多片spiflash的輸出合成為一路所述spi控制器的輸入miso，其中，所述可編程器件在所述spi控制器的輸出時鐘clk的上升沿分別對所述多片spiflash的輸出依次採樣，所述多片spiflash的輸出為所述多片spiflash 根據配置模式的不同，在分頻後的clk的上升沿或下降沿發送的數據。

進一步地，所述可編程器件為邏輯可編程器件(complexprogrammablelogicdevice，簡稱為cpld)和現場可編程門陣列(field－programmablegatearray，簡稱為fpga)。

根據本發明的另一方面，提供了一種串行外設接口spi的傳輸控制裝置，包括：配置模塊，用於為單個spi控制器配置可編程器件；控制模塊，用於通過配置的所述可編程器件對多片spiflash的傳輸進行控制。

進一步地，所述控制模塊包括：訪問單元，用於通過所述可編程器件將所述spi控制器的輸出時鐘clk進行分頻，產生多個相位不同的時鐘分別傳入所述多片spiflash訪問所述多片spiflash。

根據本發明的另一方面，還提供了一種串行外設接口spi的傳輸控制系統，包括：一個spi控制器、可編程器件和多片spiflash，其中，所述spi控制器與所述可編程器件連接；所述可編程器件分別與所述多片spiflash連接，用於通過所述可編程器件對所述多片spiflash的數據傳輸進行控制。

進一步地，所述spi控制器的時鐘信號clk，輸入miso，輸出的片選ss經所述可編程器件處理後，分別與所述多片spiflash連接；所述spi控制器的輸出mosi直接輸出到所述多片spiflash。

進一步地，所述可編程器件為邏輯可編程器件cpld和現場可編程門陣列fpga。

通過本發明，採用為單個spi控制器配置可編程器件；通過配置的所述可編程器件對多片spiflash的傳輸進行控制，解決了相關技術中需要多個spi控制器控制多片spiflash的問題，節省了cpu的佔用，提高了訪問速度。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本發明的進一步理解，構成本申請的一部分，本發明的示意性實施例及其說明用於解釋本發明，並不構成對本發明的不當限定。在附圖中：

圖1是根據本發明實施例的串行外設接口spi的傳輸控制方法的流程圖；

圖2是根據本發明實施例的串行外設接口spi的傳輸控制裝置的框圖；

圖3是根據本發明優選實施例的串行外設接口spi的傳輸控制裝置的框圖一；

圖4是根據本發明實施例的spi訪問控制系統連接的框圖；

圖5是根據本發明實施例的spi訪問控制方法的流程圖；

圖6是根據本發明實施例的單片spi連接兩片spiflash的時序示意圖；

圖7是根據本發明實施例的單片spi連接四片spiflash的時序示意圖。

具體實施方式

下文中將參考附圖並結合實施例來詳細說明本發明。需要說明的是，在不衝突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特徵可以相互組合。

本發明實施例提供了一種串行外設接口spi的傳輸控制方法，圖1是根據本發明實施例的串行外設接口spi的傳輸控制方法的流程圖，如圖1所示，包括：

步驟s102，為單個spi控制器配置可編程器件；

步驟s104，通過配置的該可編程器件對多片spiflash的傳輸進行控制。

通過上述步驟，為單個spi控制器配置可編程器件；通過配置的該可編程器件對多片spiflash的傳輸進行控制，解決了相關技術中需要多個spi控制器控制多片spiflash的問題，節省了cpu的佔用，提高了訪問速度。

在一個可選的實施例中，通過配置的該可編程器件對該多片spiflash的傳輸進行控制可以包括：通過該可編程器件將該spi控制器的輸出時鐘clk進行分頻，產生多個相位不同的時鐘分別傳入該多片spiflash訪問該多片spiflash。

在另一個可選的實施例中，通過配置的該可編程器件對該多片spiflash的傳輸進行控制可以包括：通過配置的該可編程器件對該多片spiflash的寫操作和讀操作進行控制；其中，該寫操作為，通過將待寫入數據依次輸出到該spi控制器的輸出mosi，分別連接到該多片spiflash的輸出mosi，其中，該多片spiflash在各自分頻後的時鐘clk的驅動下採樣mosi上的信號，作為該多片spiflash的輸入數據；該讀操作為，將該多片spiflash返回的數據還原為能夠解析的數據。

進一步地，將該多片spiflash返回的數據還原為能夠解析的數據可以包括：在數據傳輸階段，通過該可編程器件將該多片spiflash的輸出合成為一路該spi控制器的輸入miso，其中，該可編程器件在該spi控制器的輸出時鐘clk的上升沿分別對該多片spiflash的輸出依次採樣，該多片spiflash的輸出為該多片spiflash根據配置模式的不同，在分頻後的clk的上升沿或下降沿發送的數據。

進一步地，該可編程器件可以為邏輯可編程器件cpld和現場可編程門陣列fpga。

本發明實施例提供了一種串行外設接口spi的傳輸控制裝置，圖2是根據本發明實施例的串行外設接口spi的傳輸控制裝置的框圖，如圖2所示，包括：

配置模塊22，用於為單個spi控制器配置可編程器件；

控制模塊24，用於通過配置的該可編程器件對多片spiflash的傳輸進行控制。

圖3是根據本發明優選實施例的串行外設接口spi的傳輸控制裝置的框圖一，如圖3所示，控制模塊24包括：

訪問單元32，用於通過該可編程器件將該spi控制器的輸出時鐘clk進行分頻，產生多個相位不同的時鐘分別傳入該多片spiflash訪問該多片spiflash。

本發明實施例還提供了一種串行外設接口spi的傳輸控制系統，包括：一個spi控制器、可編程器件和多片spiflash，其中，

該spi控制器與該可編程器件連接；

該可編程器件分別與該多片spiflash連接，用於通過該可編程器件對該多片spiflash的數據傳輸進行控制。

進一步地，該spi控制器的時鐘信號clk，輸入miso，輸出的片選ss經該可編程器件處理後，分別與該多片spiflash連接；該spi控制器的輸出mosi直接輸出到該多片spiflash。

進一步地，該可編程器件為邏輯可編程器件cpld和現場可編程門陣列fpga。

下面以cpld為例，結合具體實施例對本發明實施例進行進一步說明。

本發明實施例提供了一種單spi控制器實現多片spiflash的訪問方法，在不改變spi和flash通信協議的情況下，可以成倍地提高spiflash的讀寫傳輸和擦寫速度。其具體步驟如下：

圖4是根據本發明實施例的spi訪問控制系統連接的框圖，如圖4所示，spi控制器端有四個信號，分別是時鐘信號clk(clock)，spi控制器的輸出mosi(masteroutputslaveinput)，spi控制器的輸入miso(maserinputslaveoutput)，以及spi控制器輸出的片選ss(slaveslect)。其中，mosi信號直接輸出到spiflash，其它三個信號都要經過可編程邏輯器件處理後，再分別與spiflash連接；

可編程邏輯器件將clk信號n分頻，輸出多路相位相差1個clk周期的時鐘，分別輸出連接至多片spiflash的時鐘輸入中，其中，n應為2的整數倍，能夠連接的最大flash數為n片；

傳輸流程與基本spi傳輸基本保持一致，分為三個階段，分別為命令字(command)傳輸階段，地址(address)傳輸階段和數據(data)傳輸階段。命令字和地址傳輸到spiflash端，根據工作模式的不同，在分頻後的clkn的上升沿或下降沿進行採樣和發送。

對於一個典型的寫操作，cpu將需要寫入的數據依次輸出到mosi，直接連接到每片spiflash的mosi0到mosi(n-1)。在該階段，spiflash晶片在各自分頻後的時鐘clkn的驅動下採樣mosi上的信號，作為自己的輸入數據。寫操作只需關注spiflash可正確採樣數據，但對於一個讀操作，還需要將spiflash返回的數據還原為cpu可以 解析的數據。讀操作的數據(data)傳輸階段，spiflash端根據配置的模式的不同，在分頻後的clkn的上升沿或下降沿發送數據，可編程邏輯器件在數據傳輸階段，在每個cpu輸出的時鐘clk的上升沿分別對多路輸出依次採樣，並保持一個周期時間，將多路輸出合成為一路miso輸入到cpu端解析。

本發明實施例提出的單spi控制器實現多片spiflash提速訪問的方法，僅使用單個spi控制器，不需要額外佔用cpu的spi控制器，能夠解決spi傳輸受限於可工作的時鐘的頻率範圍和擦寫速度慢的局限，具有非常好的實用價值。

在一個讀spi操作實例中，系統主要由spi控制器和兩片spiflash組成，spi控制器端時鐘信號clk，miso，ss經cpld處理後，分別與兩片spiflash連接；mosi直接輸出到spiflash。

傳輸階段分為三個階段，第一階段spi控制器(spimaster)輸出命令字信號，第二階段spi控制器(spimaster)輸出訪問地址信號，第三階段spiflash輸出回讀數據。

圖5是根據本發明實施例的spi訪問控制方法的流程圖，如圖5所示，具體傳輸的數據如下：

通過單spi控制器實現多片spiflash提速訪問的方法具體包括如下步驟：

步驟s1，配置spi控制器的工作模式，以配置spi控制器工作在模式1為例，在上升沿發送數據，下降沿採樣數據。

步驟s2，圖6是根據本發明實施例的單片spi連接兩片spiflash的時序示意圖，如圖6所示，在傳輸第一階段，首先將片選ss拉低。spi控制器在上升沿依次發送命令字信號，命令字字長8比特，因為連接有兩片spiflash，所以讀命令字需發送兩遍。其中，兩片spiflash分別稱為a，b，發送方式為：依次發送兩片spiflash命令字的第7(0-base)比特的內容，依次類推，直至發送完兩片spiflash第0(0-base)比特的內容，具體步驟如下。在第一個上升沿，發送給a命令字的第7個比特(0-base)，第二個上升沿,發送給b命令字的第7個比特(0-base)；依次類推，在奇數上升沿發送給a的命令字比特，在偶數上升沿發送給b的命令字比特，發送順序由高比特發送至低比特，即由第7比特發送至第0比特。總共發送16比特字長的命令字信號。

具體傳輸的數據如下：

第一階段傳輸數據：

步驟s3，在傳輸第二階段，spi控制器在上升沿依次發送訪問地址信號，訪問地址字長24比特，發送方式與第一階段(s2)方法相同，地址也需要發送兩遍，按奇偶上升沿依次發送，從高比特位開始發送，總共發送48比特字長的地址信號，具體方法與步驟s2相同。

步驟s4，判斷是讀操作還是寫操作，在判斷結果為寫操作的情況下，執行步驟s5，在判斷結果為讀操作的情況下，執行步驟s6；

步驟s5，在傳輸第三階段，cpu將需要寫入的數據依次輸出到mosi，直接連接到每片spiflash的mosi0到mosi(n-1)。在該階段，spiflash晶片在各自分頻後的時鐘clkn的驅動下採樣mosi上的信號，作為自己的輸入數據。

步驟s6，在傳輸第三階段，n片spiflash依次輸出n路回讀數據miso0到miso(n-1)。在該階段，cpld由spi控制器輸出時鐘clk觸發，依次採集miso0到miso(n-1)的8比特數據，然後保持一個clk周期，從高比特到低比特得到總的8*n比特字長的輸出miso，輸入到spi控制器。

步驟s7，在完成傳輸第三階段，將片選拉高，結束一次完整傳輸。

在傳輸第三階段，spiflash在clkn下降沿輸出回讀數據，a輸出數據miso0，b輸出數據miso1。因為經過偶數倍頻，分頻後的下降沿可與clk的上升沿一一對應，在該階段，cpld由spi控制器輸出時鐘clk的上升沿觸發，依次採集a，b的mison的8比特數據，並保持一個clk周期，得到總的16比特字長的輸出miso，直接輸入到spi控制器。此時完成了一個完整的傳輸過程。

單片spi連接四片spiflash的情況與上述的單片spi連接兩片spiflash類似，圖7是根據本發明實施例的單片spi連接四片spiflash的時序示意圖，如圖7所示，在此不再贅述。

上述的本發明實施例，僅利用單個spi控制器，實現了對多片spiflash傳輸的控制，不需要額外佔用cpu的spi控制器，並通過將cpu時鐘分頻並錯開相位的方法，使用分頻後的低頻時鐘訪問單個spiflash晶片，不僅可以使組合之後的spiflash傳輸頻率倍增，並且多塊晶片組合之後擦寫速度也相應的倍增，適合在嵌入式系統中使用。

顯然，本領域的技術人員應該明白，上述的本發明的各模塊或各步驟可以用通用的計算裝置來實現，它們可以集中在單個的計算裝置上，或者分布在多個計算裝置所組成的網絡上，可選地，它們可以用計算裝置可執行的程序代碼來實現，從而，可以將它們 存儲在存儲裝置中由計算裝置來執行，並且在某些情況下，可以以不同於此處的順序執行所示出或描述的步驟，或者將它們分別製作成各個集成電路模塊，或者將它們中的多個模塊或步驟製作成單個集成電路模塊來實現。這樣，本發明不限制於任何特定的硬體和軟體結合。

以上所述僅為本發明的優選實施例而已，並不用於限制本發明，對於本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。