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简介和应用-串行外围接口-SPI (简介和概况)

admin1个月前 (04-18)数码9

大家好,今天我将和大家分享一个在技术面试中常被问到的话题——SPI(ServiceProvider Interface)。这是一个令人着迷的技术领域,也是很多开发者必须要熟悉的概念。下面,让我们一起来揭开SPI的神秘面纱,看看它在实际开发中有哪些精彩的应用场景吧!

什么是SPI?

我们来解释一下SPI的概念。SPI全称ServiceProvider Interface,是Java提供的一种服务发现机制。通过SPI,我们可以定义服务接口,而具体的实现则由各个厂商或模块提供。这种松耦合的设计,让我们的应用更加灵活、可扩展。

在SPI的机制中,核心是通过约定的配置文件来实现服务的注册和发现。通常情况下,我们会在 META-INF/services 目录下创建一个以服务接口全限定名为名字的文件,文件内容是实现类的全限定名。这样,当应用启动时,Java就能够自动扫描这些配置文件,加载相应的实现类,从而完成服务的注册和发现。

SPI的使用场景

既然了解了SPI的基本概念,那么在实际的开发中,我们该如何善加利用呢?下面,我将结合几个典型的使用场景,带大家一探究竟。

扩展框架

在很多开发框架中,SPI的身影随处可见。一个典型的例子是Java的JDBC(Java Database Connectivity)。JDBC定义了一系列标准接口,允许开发者使用不同的数据库。但是各个数据库厂商都有自己的JDBC实现,比如MySQL的Connector/J和Oracle的ojdbc。通过SPI,我们可以将这些不同的实现添加到我们的应用中,而不需要修改任何代码。这样,我们的应用就能够支持多种数据库,而无需关心它们的具体实现细节。

日志记录

日志记录是软件开发中的一个重要方面。不同的日志记录框架,比如Log4j和logback,提供了不同的特性和功能。通过SPI,我们可以将这些不同的日志记录框架无缝地集成到我们的应用中。我们可以定义一个日志记录接口,然后让不同的日志记录框架去实现它。这样,我们的应用就可以根据需要灵活地切换不同的日志记录框架。

加密解密

加密解密也是一个常见的需求。不同的加密算法,比如AES和RSA,提供了不同的安全级别。通过SPI,我们可以将这些不同的加密算法集成到我们的应用中。我们可以定义一个加密解密接口,然后让不同的加密算法去实现它。这样,我们的应用就可以根据不同的安全需求灵活地选择不同的加密算法。

SPI的实战应用

现在,让我们通过一个实际的案例,来看看SPI是如何在代码中发挥作用的。假设我们正在开发一个简单的RPC框架,我们想要支持多种序列化和传输协议。这时候,SPI就可以派上用场了。

我们定义一个Serializer接口和一个Transporter接口,分别表示序列化和传输。接下来,我们让不同的序列化和传输实现类去实现这两个接口。比如,我们有一个JsonSerializer和一个HttpTransporter。我们在 META-INF/services 目录下分别创建两个文件: com.example.rpc.Serializer com.example.rpc.Transporter ,文件内容分别是 com.example.rpc.JsonSerializer com.example.rpc.HttpTransporter 。这样,当我们的RPC框架启动时,就可以通过SPI机制动态加载JsonSerializer和HttpTransporter,而不需要在代码中硬编码它们的实现类。这样的设计,使得我们的RPC框架更加灵活和易于扩展。

总结

通过今天的分享,希望大家对SPI有了更深入的了解。SPI作为一种服务发现机制,不仅在Java的标准库中广泛应用,而且在各种开发框架和应用中也能看到它的身影。通过SPI,我们能够实现高度的可扩展性和灵活性,使得我们的应用更容易应对未来的变化。

当然,SPI并非银弹,也有一些需要注意的地方。比如,在使用SPI时,我们需要小心不同模块之间的命名冲突,避免配置文件中的服务提供者被覆盖。SPI在一些场景下可能会导致性能问题,因为Java在启动时需要扫描整个classpath来加载服务提供者,如果服务提供者过多,可能会造成启动时间过长。

SPI是一项非常有趣且强大的技术,掌握它将有助于我们在面试和实际开发中更加游刃有余。希望大家在今后的学习和工作中,能够灵活运用SPI,发挥它的优势,写出更加健壮、可扩展的代码!


SPI通信四大模式

SPI是由Motorola公司提出的一种同步串行外围接口;它在速度要求不高,低功耗,需要保存少量参数的智能化传感系统中得到了广泛应用; SPI是一个全双工的同步串行接口,在数据传输过程中,总线上只能是一个主机和一个从机进行通信; 通信四种模式: 1、MISO(Master In Slave Out) 主机输入,从机输出; 2、MOSI(Master Out Slave In) 主机输出,从机输入; 3、SCK(Serial Clock) 串行时钟信号 4、SS(Slave Select) 从机选择信号,低电平有效;(即作从机时,该位置低) SPI总线可在软件的控制下构成各种系统 SPI总线与多从机连接 SPI的基本结构相当于两个8位移位寄存器的首尾相接,构成16位的环形移位寄存器,从而实现了主机与从机的数据交换; SPI接口的基本结构图 SPI主从模式 设置MSTR(主设备选择)和SPE位(使能位)来选择是否工作在主模式还是从模式; stm32强大之处:因为从机NSS位必须接0,而主机NSS位接1;stm32可以有软件来设置相应的主从位; SPI下时钟信号的相位和极性(设置由与之通信的具体芯片来设定) SPI接口可由CPOL和CPHA设定4种不同传输格式的时序; CPOL决定时钟脉冲SCK的有效脉冲方式(正脉冲、负脉冲)。 CPHA决定数据线MOSI什么时候输出数据或采集数据; 根据CPOL和CPHA的组合数目,一共四种设置情况; 数据图分析: 数据帧的格式 根据SPI_CR1寄存器中的LSBFIRST位,输出数据位时可以MSB(高位先传)在先也可以是LSB(低位先传),根据SPI_CR1寄存器的DFF位,每个数据帧可以是8位或者16位,所选择的数据帧格式对发送/接收都有效; SPI通信配置步骤:(在主模式下,串行时钟在SCK脚产生) 1、通过SPI_CR1寄存器的BR[2:0]位定义串行时钟波特率; 2、选择CPOL和CPHA位,定义数据传输和串行时钟间的相位关系; 3、设置DFF位来定义8/16位数据帧格式; 4、配置SPI_CR1寄存器的LSBFIRST位定义帧格式; 5、如果NSS引脚需要工作在输入模式,硬件模式中在整个数据帧传输期间应把NSS脚连接到高电平;在软件模式中,需要设置SPI_CR1寄存器的SSM和SSI位,如果NSS引脚工作在输出模式,则只需设置SSOE位; 6、必须设置MSTR和SPE位(只当NSS被连到高电平,这些位才能保存置位)。 在这个配置中,MOSI脚是数据输出,而MISO脚是数据输入; SPI通信过程: stm32之SPI通信视频资料

SPI超详细解析

SPI超详细解析参考如下:

1、SPI基本概念:

SPI=SerialPeripheralInterface,是串行外围设备接口,是一种高速,全双工,同步的通信总线。常规只占用四根线,节约了芯片管脚,PCB的布局省空间。现在越来越多的芯片集成了这种通信协议,常见的有EEPROM、FLASH、AD转换器等。

2、硬件结构:

它以主从方式工作,这种模式通常有一个主设备和一个或多个从设备,有三线制和四线制之分。

信号线包括SDI(串行数据输入SerialDigitalIN)、SDO(串行数据输出SerialDigitalOUT)、SCLK(时钟)、CS(片选)。

SDO/MOSI–主设备数据输出,从设备数据输入

SDI/MISO–主设备数据输入,从设备数据输出

SCLK–时钟信号,由主设备产生;CS/SS–从设备使能信号,由主设备控制。当有多个从设备的时候,因为每个从设备上都有一个片选引脚接入到主设备机中,当主设备和某个从设备通信时将需要将从设备片选引脚电平拉低(一般低有效)。

3、SPI通讯模式:

SPI通信有4种不同的模式,不同的从设备可能在出厂是就是配置为某种模式,这是不能改变的;但我们的通信双方必须是工作在同一模式下,所以我们可以对我们的主设备的SPI模式进行配置,通过CPOL(时钟极性)和CPHA(时钟相位)来控制我们主设备的通信模式

时钟极性CPOL是用来配置SCLK的电平出于哪种状态时是空闲态或者有效态,时钟相位CPHA是用来配置数据采样是在第几个边沿:

CPOL=0,表示当SCLK=0时处于空闲态,所以有效状态就是SCLK处于高电平时;

CPOL=1,表示当SCLK=1时处于空闲态,所以有效状态就是SCLK处于低电平时;

CPHA=0,表示数据采样是在第1个边沿,数据发送在第2个边沿;

CPHA=1,表示数据采样是在第2个边沿,数据发送在第1个边沿。

SPI

1、SPI连接类型:1主1从1主+N从(常规模式和菊花链模式)

2、StandardSPI、DualSPI和QueuedSPI

1、ChipSelect(/CS)

片选信号ChipSelect(/CS)的作用是使能或者不使能设备的操作,当CS为高时,表示设备未被选中,串行数据输出线(DO或IO0,IO1,IO2,IO3)均处于高阻态,当CS为低时,表示设备被选中,主机可以给QSPIFlash发送数据或从QSPIFlash接收数据。

2、串行数据输入信号DI以及串行输出信号DO

标准的SPI协议在串行时钟信号(SCLK)的上升沿把串行输入信号DI上的数据存入QSPIFlash中,在串行时钟信号(SCLK)的下降沿把QSPIFlash中的数据串行化通过单向的DO引脚输出。而在DualSPI与QuadSPI中,DI与DO均为双向信号(既可以作为输入,也可以作为输出)。

3、WriteProject(/WP)

写保护信号的作用是防止QSPIFlash的状态寄存器被写入错误的数据,WP信号低电平有效,但是当状态寄存器2的QE位被置1时,WP信号失去写保护功能,它变成QuadSPI的一个双向数据传输信号。

HOLD信号的作用是暂停QSPIFlash的操作。当HOLD信号为低,并且CS也为低时,串行输出信号DO将处于高阻态,串行输入信号DI与串行时钟信号SCLK将被QSPIFlash忽略。当HOLD拉高以后,QSPIFlash的读写操作能继续进行。

当多个SPI设备共享同一组SPI总线相同的信号的时候,可以通过HOLD来切换信号的流向。和WP信号一样,当当状态寄存器2的QE位被置1时,HOLD信号失去保持功能,它也变成QuadSPI的一个双向数据传输信号。

5、串行时钟线:串行时钟线用来提供串行输入输出操作的时钟

1、standardSPI

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