Serial Peripheral Interface

Serial Peripheral Interface (skratka SPI) je synchrónne sériové periférne rozhranie, primárne využívané v rámci vstavaných systémov pre komunikáciu na krátke vzdialenosti medzi riadiacimi mikrokontrolérmi a ostatnými integrovanými obvodmi resp. modulmi (EEPROM, A/D prevodníky, pamäťové karty, displeje, a pod.). Vyvinuté bolo na prelome 70. a 80. rokov 20. storočia spoločnosťou Motorola a v krátkom čase sa stalo de facto štandardom. Obojsmerná full-duplex komunikácia prebieha na spoločnej zbernici, adresácia obvodov je riešená prostredníctvom samostatných vodičov, ktoré zmenou stavu na logickú nulu aktivujú príjem a vysielanie zvoleného zariadenia (vývody SS alebo CS).^[1]

Zbernica SPI: jedno riadiace (Master) a jedno podriadené (Slave) zariadenie

Zbernica SPI: jedno riadiace (Master) a tri podriadené (Slave) zariadenia

Role zariadení na zbernici

Master

• riadi časovanie prenášaných dát generovaním hodinového signálu
• vyberá, s ktorým zariadením na zbernici bude komunikácia prebiehať pomocou signálu SS – Slave Select (niekedy CS – Chip Select)

Slave

• prijíma/vysiela podľa hodinového signálu, pokiaľ je aktivovaný pomocou SS/CS

Priebeh komunikácie

• Master nastaví log. 0 na SS zariadenia, s ktorým chce komunikovať.
• Následne začne generovať hodinový signál na SCLK v ktorého takte vyšlú obe zariadenia svoje dáta, pričom MOSI (Master Out, Slave In) vývody zariadení figurujú ako výstup na strane Mastra a vstup na strane Slave a MISO (Master In, Slave Out) naopak ako vstup na strane Mastra a výstup na strane Slave.
• Akonáhle sú dáta odoslané, môže komunikácia buď ďalej pokračovať (Master ďalej dodáva hodinový signál, hodnota SS sa nemení) alebo skončiť (Master prestane generovať hodinový signál a vráti SS na log. 1).
• Dĺžka prenášaných dát je typicky buď 8 bitov (bajt) alebo celočíselný násobok 8 bitov.

Polarita, fáza a frekvencia hodinového signálu

Časový diagram zobrazujúci polaritu a fázu hodinového signálu

Vzťah medzi hodinovým signálom a dátami sa určuje dvomi konfiguračnými bitmi, ktoré sa v pôvodnej dokumentácii k SPI označujú ako CPOL a CPHA. Túto konvenciu definuje firma Freescale Semiconductor (pôvodne Motorola) v dokumente „SPI Block Guide“.^[2]

• CPOL = 0; pokojová úroveň hodinového signálu je log. 0
• CPOL = 1; pokojová úroveň hodinového signálu je log. 1
• CPHA = 0; vysielajúci mení hodnotu pri zostupnej hrane (predošlého cyklu), prijímajúci číta hodnotu pri nábehovej hrane hodinového signálu
• CPHA = 1; vysielajúci mení hodnotu pri nábehovej hrane, prijímajúci číta hodnotu pri zostupnej hrane hodinového signálu

Niektoré logické analyzátory, vývojové nástroje alebo katalógové listy súčiastok používajú namiesto samostatných CPOL a CPHA príznakov číselný režim (Mode) podľa nasledovnej tabuľky:

Mode	CPOL	CPHA
0	0	0
1	0	1
2	1	0
3	1	1

64 kB (512 kb) sériová flash pamäť 25F512AN spoločnosti Atmel s 33 MHz SPI rozhraním

Maximálna frekvencia hodinového signálu, určujúca dátovú priepustnosť zbernice, závisí od limitov komunikujúcich obvodov, zvlášť Slave zariadení (Master môže pre komunikáciu s jednotlivými Slave zariadeniami používať rôzne hodinové takty). Limity sú spravidla uvedené v katalógových listoch obvodov a bývajú v praxi v rádoch jednotiek až desiatok MHz, existujú však aj periférie umožňujúce hodinové takty SPI do 100 MHz.^[3]