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Liaison SPI: un nœud principal et un noeud secondaire
Une liaison SPI (pour Serial Peripheral Interface) est un bus de donnéessérie synchrone baptisé ainsi par Motorola, au milieu des années 1980 qui opère en mode full-duplex. Les circuits communiquent selon un schéma principal-secondaire, où le nœud contrôle la communication. Plusieurs nœuds secondaires peuvent coexister sur un même bus, dans ce cas, la sélection du destinataire se fait par une ligne dédiée entre le principal et le secondaire appelée « Slave Select (SS) ».
Interface
Liaison SPI avec un nœud principal et trois secondaires
Le bus SPI utilise quatre signaux logiques:
SCLK — Serial Clock, Horloge (généré par le nœud principal)
MOSI — Master Output, Slave Input (généré par le nœud principal)
MISO — Master Input, Slave Output (généré par le nœud secondaire)
SS — Slave Select, Actif à l'état bas (généré par le nœud principal)
Il existe d'autres noms qui sont souvent utilisés:
SCK, SCL — Horloge (généré par le nœud principal)
SDO, SDA, DO, SO — Serial Data OUT, MOSI
SDI, DI, SI — Serial Data IN, MISO
nCS, CS, nSS, STE, CSN— SS
Dans le cas de la convention de nommage SDI/SDO, le SDO du nœud principal doit être relié au SDI du secondaire 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; pour exemple, une librairie graphique écrite par Adafruit, prend en charge plusieurs références de contrôleurs d'écrans qui, malgré leurs actions similaires, ne possède pas toujours les mêmes noms de broches. Afin d'éviter ce "problème" les développeurs ont renommé les broches MISO/MOSI par RD et WR signifiant respectivement ReaD (lire) et WRite (écrire); en conclusion, on se demande si la broche Lire permet au Microcontroleur de Lire le ModuleLCD ou alors si elle permet au Module de Lire et donc au Microcontroleur de lui Écrire une donnée?
Fonctionnement
Une transmission SPI typique est une communication simultanée entre un nœud principal et un nœud secondaire:
Le principal génère l'horloge et sélectionne un nœud secondaire avec qui il veut communiquer par l'utilisation du signal SS
Le secondaire répond aux requêtes du principal
À chaque coup d'horloge le nœud principal et le secondaire s'échangent un bit. Après huit coups d'horloges le principal a transmis un octet au secondaire et vice versa. La vitesse de l'horloge est réglée selon des caractéristiques propres aux périphériques.
Polarité et phase de l'horloge
Chronogramme des différentes configurations d'horloge
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.
Partage d'un bus commun pour l'horloge, MISO et MOSI entre les périphériques
Inconvénients
Monopolise plus de broches d'un boîtier que l'I2C ou une UART qui en utilisent seulement deux.
Aucun adressage possible, il faut une ligne de sélection par nœud secondaire en mode non chaîné.
Le protocole n'a pas d'acquittement. Le nœud principal peut parler dans le vide sans le savoir.
La plupart des implémentations ne tolèrent la présence que d'un seul nœud principal SPI sur le bus. Néanmoins, on trouve des circuits intégrés supportant le mode « multi-master », permettant de partager le bus SPI entre plusieurs nœuds principaux. Les implémentations pratiques de ce genre restent rares.
Ne s'utilise que sur de courtes distances contrairement aux liaisons RS-232, RS-485 ou bus CAN. Néanmoins, il est possible d'utiliser des tampons de bus, comme des adaptateurs RS-232 (exemple: MAX208, MAX3110E ou MAX3111E de TI), RS-485 ou LVDS pour relier un nœud principal et un secondaire avec un câble de quelques mètres. La mise en œuvre de ces circuits reste délicate car il devient nécessaire de procéder à des adaptations d'impédance pour éviter les oscillations parasites.
Outils de développement
Il existe une grande variété d'instruments contrôlés par PC permettant d'agir comme nœud principal 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.
Analyseurs de protocole SPI
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.
Notes et références
↑Adafruit library for 8-bit TFT LCDs such as ILI9325, ILI9328, etc, Adafruit Industries, (lire en ligne)
