Communication SPI

Introduction

SPI, ou Serial Peripheral Interface, est un des plus populaires protocoles de communication implémenté sur les microcontrôleurs. Il est couramment utilisé pour interagir avec des périphériques (capteurs, afficheurs, etc).

SPI est un protocole de communication synchrone, ce qui signifie qu’il existe une ligne horloge dédiée (voir les protocoles de communication synchrones/asynchrones). Les liens de communications du SPI sont :

MISO = Master In Slave Out
MOSI = Master Out Slave In
SS = Slave Select
SCK ou SCLK = Serial Clock

A la lecture des noms on voit qu’il existe un composant maître (MASTER) et un composant esclave (SLAVE). Le maître est le composant qui contrôle le lien horloge, donc c’est lui qui contrôle la communication.

SPI est un protocole « full duplex », car deux liens de données existent – un pour chaque direction de communication (master vers slave et slave vers master). Il est ainsi possible d’envoyer et de recevoir des données en même temps.

Le bus SPI

Plusieurs modules esclaves peuvent être connectés au même maitre avec les mêmes liens de communication SCK, MISO et MOSI (appelés bus SPI). Un lien distinct « Slave select » (SS) est toutefois nécessaire pour chaque esclave ; le maitre active les liens Slave Select (qui est actif à l’état bas – c.a.d. bas pour sélectionner et haut pour désélectionner) en fonction de l’esclave avec lequel il souhaite communiquer.

En pratique il est rare que des données soient à la fois transmises et reçues en même temps (le scénario habituel est qu’une instruction soit suivie d’une réponse, ou juste que le maître lise l’état de l’esclave). Cependant un des avantages du SPI est qu’il est simple à déboguer et dépanner (avec un oscilloscope par exemple) car on dispose de liens de communication dédiés. Les protocoles tels que I2C nécessitent moins de lignes mais sont plus difficiles à dépanner du fait leur complexité.

Un autre avantage du SPI est que toutes les lignes de communication sont actives à l’état haut ou bas. Par opposition, par exemple, à l’I2C dont les liens de communication sont uniquement pilotées à l’état bas et des résistances de tirage sont utilisées pour les mettre à l’état haut lorsqu’elles ne sont pas actives (voir notre article sur le bus I2C). Comme les lignes sont toujours actives, cela signifie qu’il est possible d’obtenir des débits de données supérieurs.

Dual et Quad SPI

Il existe des variations du SPI appelées Dual et Quad SPI, lorsque plus d’un lien de données est utilisé pour transmettre des données dans une direction en même temps (techniquement en parallèle), ce qui accroit le débit (la vitesse de communication). Ces variantes sont populaires, par exemple dans les composants mémoire FLASH qui nécessitent un débit important. Dans un Dual SPI la communication débute Off comme pour le Single SPI, cependant elle peut passer en Dual mode après qu’une commande soit envoyée au module esclave (voir la documentation du composant esclave). En mode Dual, les liens MISO et MOSI (half duplex) deviennent bidirectionnels, de nom SIO0 (Serial I/O 0) et SIO1. Pour chaque octet, les bits pairs sont transmis sur SIO0 et les bits impairs sur SIO1.

Le Quad SPI est similaire, excepté qu’il existe deux liens de communication supplémentaires (SIO2 et SIO3), et que la moitié d’un octet est transmis à la fois.

Configuration SPI

Certains paramètres du protocole SPI sont configurables, tels que la façon dont la donnée est émise/reçue ou si l’horloge est inactive à l’état haut ou bas. Il est aussi possible de configurer si la donnée est transmise avec le LSB ou le MSB en premier – habituellement le MSB en premier est utilisé.

Si vous n’êtes pas familiers avec les termes LSB et MSB, lisez notre article Signification de bit & Endian.

Regardez la bibliothèque des exemples de projets Proteus pour charger des exemples sur la communication avec des capteurs SPI ainsi que sur l’utilisation générale du protocole avec divers microcontrôleurs.

Article dont l’auteur est Dane du Plooy – eiTech Systems

Traduction française