ESP SPI 从机 HD（半双工）模式协议
乐鑫芯片的 SPI 从机功能支持概况
ESP32 |
ESP32-S2 |
ESP32-C3 |
ESP32-S3 |
ESP32-C2 |
ESP32-C6 |
ESP32-H2 |
ESP32-P4 |
|
SPI 从机 HD |
N |
Y (v2) |
Y (v2) |
Y (v2) |
Y (v2) |
Y (v2) |
Y (v2) |
Y (v2) |
Tohost intr |
N |
N |
N |
N |
N |
N |
N |
|
Frhost intr |
2 * |
2 * |
2 * |
2 * |
2 * |
2 * |
2 * |
|
TX DMA |
Y |
Y |
Y |
Y |
Y |
Y |
Y |
|
RX DMA |
Y |
Y |
Y |
Y |
Y |
Y |
Y |
|
共享寄存器 |
72 |
64 |
64 |
64 |
64 |
64 |
64 |
概述
在半双工模式下，主机须使用从机定义的协议与从机通信。每个传输事务按顺序可能包括以下阶段：
命令阶段：8 位，主机到从机
此阶段决定事务的其它阶段。参见 支持的命令。
地址阶段：8 位，主机到从机，可选
对于某些命令（如 WRBUF、RDBUF），此阶段指定要写入/读取的共享寄存器地址。对于其他包括此阶段的命令，这没有实际意义，但仍必须存在于事务中。
Dummy 阶段：8 位，浮动，可选
此阶段是主机和从机在总线上的周转时间，并为从机向主机发送数据提供了充分的准备时间。
数据阶段：长度可变，方向由命令确定。
这一阶段可以输出数据（OUT，方向为由从机向主机），或者输入数据（IN，方向为由主机向从机）。
方向 是指哪一方（主机或从机）控制 MOSI、MISO、WP 和 HD 管脚。
数据 IO 模式
在某些 IO 模式下，可以使用更多数据线来发送数据。因此，与 1 位模式相比，发送相同数据量所需的 SPI 时钟周期更少。例如，在 QIO 模式下，地址和数据（IN 和 OUT）应发送到全部 4 条数据线上（MOSI、MISO、WP 和 HD）。下表展示了 ESP32-S2 SPI 从机支持的模式，以及相应模式下使用的数据线数量。
Mode |
命令线数 |
地址线数 |
dummy 线数 |
数据线数 |
1-bit |
1 |
1 |
1 |
1 |
DOUT |
1 |
1 |
4 |
2 |
DIO |
1 |
2 |
4 |
2 |
QOUT |
1 |
1 |
4 |
4 |
QIO |
1 |
4 |
4 |
4 |
QPI |
4 |
4 |
4 |
4 |
除 QPI 模式外，使用哪种模式通常取决于主机发送的命令（请参考 支持的命令）。
QPI 模式
QPI 模式是 SPI 从机的一种特殊状态。主机可发送 ENQPI 命令，使从机进入 QPI 模式。在 QPI 模式下，命令以 4 位形式发送，因此与其他正常模式不兼容。只有在从机处于 QPI 模式时，主机才能发送 QPI 命令。主机可发送 EXQPI 命令退出 QPI 模式。
支持的命令
备注
命令名称是从主机视角确定的。例如，WRBUF 表示由主机向从机的缓冲区写入。
名称 |
描述 |
命令 |
地址 |
数据 |
WRBUF |
写入缓冲区 |
0x01 |
Buf addr |
主到从，不超过缓冲区大小 |
RDBUF |
读取缓冲区 |
0x02 |
Buf addr |
从到主，不超过缓冲区大小 |
WRDMA |
写入 DMA |
0x03 |
8 位 |
主到从，不超过从机提供的长度 |
RDDMA |
读取 DMA |
0x04 |
8 位 |
从到主，不超过从机提供的长度 |
SEG_DONE |
段完成 |
0x05 |
||
ENQPI |
进入 QPI 模式 |
0x06 |
||
WR_DONE |
写入段完成 |
0x07 |
||
CMD8 |
中断 |
0x08 |
||
CMD9 |
中断 |
0x09 |
||
CMDA |
中断 |
0x0A |
||
EXQPI |
退出 QPI 模式 |
0xDD |
此外，WRBUF、RDBUF、WRDMA 和 RDDMA 命令都有 2 位和 4 位版本。要在 2 位或 4 位模式下操作，请用下表中的对应命令掩码与原始命令按位或 (bit OR) 后发送。例如，命令 0xA1 表示 QIO 模式下的 WRBUF。
模式 |
掩码 |
1-bit |
0x00 |
DOUT |
0x10 |
DIO |
0x50 |
QOUT |
0x20 |
QIO |
0xA0 |
QPI |
0xA0 |
段事务模式
目前，SPI 从机 HD 驱动程序仅支持段事务模式。在此模式下，对于从机加载到 DMA 的事务，主机可以分段读取或写入。这样，主机就无需准备与从机数据大小相同的大缓冲区。主机在一个缓冲区的读取/写入完成后，须向从机发送相应的终止命令作为同步信号。在从机收到终止命令后，从机驱动程序会将新数据（如有）更新到 DMA 上。
WRDMA 的终止命令是 WR_DONE (0x07)，RDDMA 的终止命令是 CMD8 (0x08)。
以下是主机自从机 DMA 读取数据的流程示例：
从机将 4092 字节数据加载到 RDDMA。
主机进行七次 RDDMA 事务，每个事务长 512 字节，并自从机读取前 3584 字节。
主机进行最后一次 RDDMA 事务，长度为 512 字节（长度可以与从机相同、更长或更短）。前 508 字节是从机发送的有效数据，最后 4 字节无意义。
主机向从机发送 CMD8。
从机将其他的 4092 字节数据加载到 RDDMA。
主机发送 CMD8 后，可以开始新的读取事务。