[发明专利]增强型SPI控制器、增强型SPI的通讯系统及传送数据方法

说明书

技术领域

本发明涉及串行通讯技术，尤其涉及一种SPI接口(总线)技术。 

背景技术

随着无线通信技术突飞猛进的发展，特别是3G技术的成熟，以及即将到来的LTE宽带无线通信技术，使得无线数据的上下行传输速率迅速提高，下行传输速度达到了几M甚至100Mbps的水平，上行传输速度也达到了几M到几十Mbps的水平。2G时代的利用标准RS232即UART接口在MODEM和AP之间进行数据传输的通信技术在速率上已经无法满足现阶段无线数据传输速率的要求。目前大多数3G MODEM和AP之间都采用了USB接口技术或者UART接口技术作为3G高速MODEM和AP之间的通信接口，但这两种技术的缺陷都非常明显。 

USB接口技术，虽然在PC上获得了广泛的应用，但对于手机终端而言，由于其软件移植的复杂性，以及工作量巨大，AP和MODEM基带芯片往往由于软件问题使得产品上市计划延期，USB技术的软件复杂性已经成为其作为未来高速MODEM和AP之间的通讯接口的巨大障碍。 

UART接口技术，基于其异步传输异步采样的基本原理，为保证UART数据传输的稳定性，其内部采样速率一般都要求达到接口能够支持的波特率的14倍左右，而芯片内部控制器的时钟采样率一般最高也只能够做到100M～200M左右，这样就导致UART接口速率最多只能做到不到20Mbps的波特率。这种速率对于现有的3G技术，还基本够用，但到了LTE，当MODEM和AP之间的通信速率要求达到50Mbps甚至更高时，UART传输技术将会无能为力。 

而SPI接口技术具有高速的，全双工且同步的特点，现在越来越多的芯片集成了这种通信接口。SPI控制器能够支持全双工模式，即在主设备发送数据给从设备时，也同时在接收从设备发送给主设备的数据，收发是同时进行的。但 它也存在一些弊端，当从设备没有数据需要发送给主设备时，主设备依然接收从设备发送的数据导致其接收的数据都是一些废弃的数据，而主设备又无法判别这些收到的数据到底是不是无效数据。因此在实际使用中，SPI控制器基本无法做到真正的有效数据收发同时进行，即无法实现真正的全双工。目前在实际系统使用中要么将SPI配置成半双工传输模式用，要么需要两个SPI接口，一个作为收、一个作为发来实现真正的全双工传输。 

一般而言，传统的SPI控制器有三种传输模式：收发模式，仅发模式和仅收模式，其接口一般只有四根信号线，如图1所示传统的SPI接口框图。从图中可以看出，MASTER和SLAVE之间虽然输出数据线和输入数据线分开独立，即有单独的SDO和SDI信号线。但由于没有控制数据有效的信号，当控制器配置为收发模式时，MASTER端或者SLAVE端对SDI进行读取采样的同时，也通过接口时钟输出可能有效也可能无效的SDO。同理，当MASTER端或者SLAVE端在通过SCLK时钟输出SDO数据时，也对SDI上的可能是无效的也可能是有效的数据进行了采样，这就导致无法清楚区分SDI和SDO上的有效数据和无效数据，因此无法将一个SPI接口应用到需要全双工通信的MODEM和AP之间进行数据通信的场合。 

具体来讲，传统的SPI接口标准，当MASTER端需要对SLAVE端进行写访问时，MASTER端将会在从设备使能信号CS#有效后的第一个时钟信号SLCK的上升沿将数据输出到SDO线上，而SLAVE端则在第一个时钟信号SLCK的下降沿开始采样输入数据。但由于在输出的同时，MASTER端也同时对其侧的SDI数据线进行采样，如果SDI数据线上确实是SLAVE侧要发送给MASTER的，那也就能够实现对SLAVE进行写的同时，也对SLAVE进行读。但往往MASTER对SLAVE端的写和读的触发不是同时触发的，即在的T0时刻(如图2所示)，MASTER端发起了对SLAVE端的写访问，但在T1时刻，MASTER端才有对SLAVE端进行读访问的请求。这样就导致了MASTER端无法判别哪些数据是T1时间段后发出的有效数据，哪些数据是T0和T1时刻之间采样到的无效数据。同理，当MASTER对于SLAVE进行读访问的同时，也同时将发送 FIFO缓冲器中的无效数据一起输到了SDO数据线上，导致SLAVE侧也无法区分其SDI数据线上的数据到底是有效数据还是无效数据，总之，在这种通信模式下，SDO数据线和SDI数据线上的有效和无效数据无法正确区分，因此就无法实现真正的全双工数据传输。 

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种支持真正全双工的增强型SPI控制器、基于增强型SPI的通讯系统及主设备以及从设备之间传送数据的方法。