SPI

Introduction

SPI (= Sérial Peripheral Interface) est un bus de données série synchrone fonctionnant en Full-duplex sous un principe de Maître-Esclaves entre plusieurs micro-contrôleurs soit de la même famille soit ayant des interfaces compatibles. Il permet la communication à courte distance entre plusieurs périphériques.

Interface et Fonctionnement

Le bus SPI contient 4 signaux logiques. Il y en à trois généré par le Maître:

• SCLK = horloge
• MOSI = Master Output,Slave Input
• SS = Slave Select, actif à l'état bas

Un généré par l'Esclave:

• MISO = Master Input, Slave Output

Une transmission SPI typique est une communication simultanée entre un Maître et un Esclave. On a le Maître qui génère l'horloge et sélectionne l'Esclave avec qui il veut communiquer. On a aussi l'Esclave qui répond aux requêtes du Maître. A chaque coup d'horloge le Maître et l'Esclave s'échange un bit, à savoir que la vitesse de l'horloge est réglée selon des caractéristiques propres aux périphériques. La configuration est fait sous forme de couple où le bit de poids fort est CPOL(Clock Polarity) et le bit de poids faible CPHA(Clock Phase).

Mode	CPOL	CPHA
0 (0,0)	0	0
1 (0,1)	0	1
2 (1,0)	1	0
3 (1,1)	1	1

La fréquence des modes d'opération du "Maître" dépend de l'adaptateur ou de l'analyseur pouvant aller de 10MHz à 1000MHz.

Avantages et Inconvénients

points positifs:

• Communication Full duplex
• Débit assez important par rapport à i2c
• Flexibilité du nombre de bits à transmettre
• Simplicité de l'interface matérielle
  • Aucun arbitre nécessaire car aucune collision possible
  • Les esclaves utilisent l'horloge du maître et n'ont donc pas besoin d'oscillateur de précision
  • Pas de PHY nécessaire
• Partage d'un bus commun pour l'horloge, MISO et MOSI entre les périphériques

points négatifs:

• Monopolise plus de pattes d'un boîtier que l'i2c qui en utilisent seulement deux.
• Aucun adressage possible, il faut une ligne de sélection par esclave en mode non chaîné.
• Le protocole n'a pas d'acquittement. Le maître peut parler dans le vide sans le savoir.
• Il ne peut y avoir qu'un seul maître sur le bus.
• Ne s'utilise que sur de courtes distances contrairement aux liaisons RS-232, RS-485 ou bus CAN
• Néanmoins, il est possible d'utiliser un driver RS-232 (exemple : MAX208) pour relier un maître et un esclave avec un câble de quelques mètres

Rapport avec le projet

La liaison SPI est donc un autre moyen d'établir la communication entre le FPGA et le micro-contrôleur tout comme l'i2c, tout en ayant un débit plus important et étant plus facile à réaliser que l'i2c. C'est donc ces deux critères qui nous ont permis de choisir entre les deux, ainsi nous utiliserons cette technologie pour établir la liaison.

Exemple de programme Arduino (liaison SPI)

Programme Maître (langage C)

#include <SPI.h>
void setup (void)
{  
        pinMode(8,OUTPUT);  
	pinMode(7,INPUT);  	
        digitalWrite(SS, HIGH);
        // ensure SS stays high for now  
        // Put SCK, MOSI, SS pins into output mode 
        // also put SCK, MOSI into LOW state, and SS into HIGH state.  
        // Then put SPI hardware into Master mode and turn SPI on  	
        SPI.begin (); 
 	Serial.begin(9600);  
        // Slow down the master a bit  	
        SPI.setClockDivider(SPI_CLOCK_DIV128);   
}  // end of setup

void loop (void)
{  	
        //déclaration variable  		
        unsigned char dataByte; 
        // enable Slave Select  	
        digitalWrite(SS, LOW); 	 
        // SS is pin 10  	
    	dataByte=SPI.transfer (85);
    	Serial.println(dataByte,DEC);
  	digitalWrite(SS, HIGH);
       	delay (200);
	// 1 seconds delay
}  
// end of loop

Exemple de programme FPGA (liaison SPI)

Programme Esclave (VHDL) :

• .sym
• .sch
• .ucf
• .vhd

Media: spi_esclave_fpga.zip

Exemple de transfert de donnée

• Signal bleu => Horloge (Sck)
• Signal jaune => Donnée envoyée (ici A9) du maître(Arduino) à l'esclave(FPGA)

Adaptation de tension Arduino/FPGA

Pour effectuer la communication entre Arduino/FPGA, il a fallu faire une adaptation de tension.

Arduino 5 V => FPGA 3,3 V

FPGA 3,3 V => Arduino 5 V

Media: Cartes adaptation.zip

Assemblage Communication Codeur

Le FPGA utilisé avec le moteur, étant de la marque Altera, il a fallu changer de logiciel. En effet nous sommes passés sous Quartus II, et nous avons assemblé notre module de communication avec un codeur, puis rajouté quelques modules pour régler les différents problèmes.

Voici le rendu final : Media: Quartus.zip

Référence

• http://fr.wikipedia.org/wiki/Serial_Peripheral_Interface
• http://www.google.fr/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=9&cad=rja&sqi=2&ved=0CF4QFjAI&url=http%3A%2F%2Fstsserd.free.fr%2FCours_sts2%2FLogique%2FCours%2520bus%2520SPI%2520STS.pdf&ei=h3lnUtzOBOuI7Aatj4HgAg&usg=AFQjCNEOkDOda4CfAiaN5hYz3_EL-OH-vA&bvm=bv.55123115,d.d2k
• http://arduino.cc/en/Reference/SPI