一款 SoC 芯片，会支持多种方式启动，比如从 NAND Flash、SPI Flash、eMMC、USB、UART 启动。对于 SPI Flash 启动，BootROM 需要知道 SPI Flash 的型号、容量、页大小、擦除大小等信息，以便正确读取、写入、擦除 SPI Flash。但是，不同厂家的 SPI Flash，这些参数可能不同，而 ROM 中的代码是无法修改的，并且容量有限，如何以最小的代码量，适配不同厂家的 SPI Flash 呢？

SPI 开发流程

• SPI 控制器初始

  • SPI 控制器有自己的寄存器，可以配置 SPI 的页，块的擦除时间，是否需要 DMA，是否开启中断，单次读写的大小等等。

• 使用 SPI 对 Flash 进行配置

  • BootROM 的 SPI 支持三种模式：Single、Dual、Quad，这不仅要配置 SPI 本身的寄存器，也需要配置 Flash 的寄存器。配置 Flash 的寄存器就需要使用 SPI 来完成。
    • BootROM 中配置 SPI 控制器的 SPIC_CSR_01 寄存器的spi_bus_mode 位可以配置 SPI 的模式；
    • 查阅 Flash 手册，找到配置总线模式的寄存器以及操作它的命令，如 WINBOND-W25Q128JW 这款 Flash 的配置寄存器为 Status Register-2，Flash 的寄存器是无法直接读写的，所以需要在 Flash 手册中找到操作这个寄存器的命令，在手册的 Instructions 章节可以找到这款 Flash 的配置命令为 Write Status Register-2，命令码为 0x31，只要我们向 Flash 发送 0x31，就可以配置 Flash 的总线模式了。
      
      
    • 如何向 Flash 发送指令？需要将真正要发送的指令写入 SPI 的寄存器SPIC_CSR_06，该寄存器的各个 Bit 可以配置命令码，命令类型，命令是否有效等信息。我们将之前的命令码0x31写入到SPIC_CSR_06的command_code位，然后将SPIC_CSR_06的command_type位设置为write status register，SPI 就会自动将这些信息发送给 Flash。Flash 接收到命令后，会根据命令码执行配置寄存器的操作。

• SPI 读写 Flash

  • 和配置 Flash 总线模式一样，读写 Flash 也需要配置 SPI 控制器的寄存器，以及配置 Flash 的寄存器。SPI 控制器的寄存器配置和配置 Flash 总线模式一样，只是命令码和命令类型不同。稍有不同的是需要先配置好 SPI 寄存器，配置读写的大小以及读写的地址，然后再配置SPIC_CSR_06。Flash接收到命令后，会根据命令码执行读写操作。主设备只需要读写 Flash 的指定地址即可读写到数据。

SPI 驱动如何适配不同的 Flash

在开发流程中我们并未考虑不同厂家的 Flash 如何操作，只是关心了 WINBOND-W25Q128JW 这款 Flash 的操作。在操作过程中我们可以发现，不同厂家的 Flash 的操作基本一致，只是命令码、页大小、擦除大小等参数不同。我们只要针对不同的 Flash，配置不同的参数即可。但是，如何知道当前 Flash 的参数呢？这就需要用到 SFDP 了。

SFDP 是 JEDEC 发布的 JESD216 的一个新标准，目前的版本号是 V1.0。简而言之，SFDP（Serial Flash Discoverable Parameters）就相当于一张存储了 FLASH 部分属性的表，此表是不占用 FLASH 本身的存储空间的。SFDP 中的信息自出厂就被固定，只供读取，开发人员可通过发送操作指令 0x5A 来读取当前 FLASH 的 SFDP 相关内容，这有利于开发人员了解 FLASH 之间的差异，提高开发效率，缩短整个开发周期。

也就是只要 Flash 研发时遵循了 JESD216 这个标准，我们都可以通过发送 0x5A 这个命令码，去获取Flash相关参数。最为关键的就是其中会保存 Flash 厂商的 ID，当我们获取到 Flash 厂商的 ID 时，我们就可以根据 ID 执行不同的配置操作。

对于 WINBOND-W25Q128JW 这款 Flash，在数据手册的Feature里就可以看到它是支持 SFDP 的：

SPI 是一种同步的、全双工的、高速的串行通信总线。

4 线制 SPI 四个信号：

• SCLK：串行时钟信号，由主设备产生，用于同步数据传输。
• CS：片选信号，由主设备产生，用于选择从设备。
• MOSI：主设备输出，从设备输入，用于主设备向从设备传输数据。
• MISO：主设备输入，从设备输出，用于从设备向主设备传输数据。

除了四线式 SPI 总线之外，还有三线式 SPI 总线和双线式 SPI 总线。

• 四线式 SPI 总线，也称为标准 SPI 总线，由 SCLK、MOSI、MISO 和 SS（Slave Select）四个信号线组成。其中，SCLK 是时钟信号线；MOSI 是主设备向从设备发送数据的信号线；MISO 是从设备向主设备发送数据的信号线；SS 是从设备的片选信号线，用于选择要通信的从设备。

• 三线式 SPI 总线将 MOSI 和 MISO 合并为单一的信号线。这种 SPI 总线有一个专门的叫做 MOMI 的信号线，既可以作为主设备向从设备发送数据的信号线，又可以作为从设备向主设备发送数据的信号线。

• 双线式 SPI 总线（也称为 MICROWIRE 或 uWire），由一个串行数据线和一个时钟线组成。在这种 SPI 总线上，没有单独的片选信号线，而是使用一个帧选择控制位来选择相应的从设备。

他们传输速率有差别吗？ 是的，SPI 总线的不同类型之间存在传输速率上的差别。一般情况下，四线式 SPI 总线的传输速度最快，而双线式 SPI 总线的传输速度最慢。但具体的传输速度会受到很多因素的影响，例如工作频率、数据线长度等等。如果要在实际应用中选择合适的 SPI 总线类型，需要考虑诸如这些因素的影响，并根据具体情况进行权衡取舍。 SPI 总线的传输速度快慢与其信号线数量有关。双线式 SPI 总线一共只有两条信号线：一个主设备 (Master) 输出时钟信号 (SCLK)，一个主设备通过该信号线读取从设备 (Slave) 的应答信号。而四线式 SPI 总线除了上述两条信号线外，还有两条用于数据传输的信号线：主设备通过 MOSI 信号线向从设备发送数据，从设备则通过 MISO 信号线将数据返回给主设备。由于四线式 SPI 总线有专门的数据传输信号线，故可以通过同时在这两条信号线上传输数据来实现更高的传输速率，从而比双线式 SPI 总线快一些。

时钟极性和时钟相位

在 SPI 中，主机可以选择时钟极性和时钟相位。在空闲状态期间，CPOL 位设置时钟信号的极性。空闲状态是指传输开始时 CS 为高电平且在向低电平转变的期间，以及传输结束时 CS 为低电平且在向高电平转变的期间。CPHA 位选择时钟相位。根据 CPHA 位的状态，使用时钟上升沿或下降沿来采样和/或移位数据。主机必须根据从机的要求选择时钟极性和时钟相位。根据 CPOL 和 CPHA 位的选择，有四种 SPI 模式可用。表 1 显示了这 4 种 SPI 模式。

CPOL 和 CPHA 可以通过 SPI 的状态寄存器设置。

显示了四种 SPI 模式下的通信示例。在这些示例中，数据显示在 MOSI 和 MISO 线上。传输的开始和结束用绿色虚线表示，采样边沿用橙色虚线表示，移位边沿用蓝色虚线表示。

下图给出了 SPI 模式 1 的时序图。在此模式下，时钟极性为 0，表示时钟信号的空闲状态为低电平。此模式下的时钟相位为 1，表示数据在下降沿采样（由橙色虚线显示），并且数据在时钟信号的上升沿移出（由蓝色虚线显示）。

多从机配置

标准 SPI 模式

在常规模式下，主机需要为每个从机提供单独的片选信号。一旦主机使能（拉低）片选信号，MOSI/MISO 线上的时钟和数据便可用于所选的从机。如果使能多个片选信号，则 MISO 线上的数据会被破坏，因为主机无法识别哪个从机正在传输数据。

从上图可以看出，随着从机数量的增加，来自主机的片选线的数量也增加。这会快速增加主机需要提供的输入和输出数量，并限制可以使用的从机数量。可以使用其他技术来增加常规模式下的从机数量，例如使用多路复用器产生片选信号。

菊花链模式

在菊花链模式下，所有从机的片选信号连接在一起，数据从一个从机传播到下一个从机。在此配置中，所有从机同时接收同一 SPI 时钟。来自主机的数据直接送到第一个从机，该从机将数据提供给下一个从机，依此类推。

使用该方法时，由于数据是从一个从机传播到下一个从机，所以传输数据所需的时钟周期数与菊花链中的从机位置成比例。为使第 3 个从机能够获得数据，需要 24 个时钟脉冲，而常规 SPI 模式下只需 8 个时钟脉冲。下图显示了时钟周期和通过菊花链的数据传播。并非所有 SPI 器件都支持菊花链模式。请参阅产品数据手册以确认菊花链是否可用。

SPI 实现

参考资料

SPI 接口简介 | 亚德诺半导体

SPI 协议 - 杰哥的{运维，编程，调板子}小笔记