SPI多从机通信：SDNAND片选(CS)应用详解

完全可以，您所设想的这种连接方式是绝对可行且非常常见的SPI标准用法。SPI总线的一大优势就是支持多从设备，通过独立的片选信号（CS/SS）进行选择。

您的连接方案：MCU的SPI0主设备 -> 连接SD NAND芯片和另一个传感器，通过CS选择，是标准的SPI多从机配置。

详细说明和工作原理

1. 硬件连接方式

您需要将MCU的SPI0总线（MOSI, MISO, SCK）并行地连接到两个从设备（SD NAND芯片和传感器）的对应引脚上。

然后，为每个设备分配一个独立的GPIO引脚作为片选信号（CS）：

• MCU_GPIO1 -> SD_NAND_CS

• MCU_GPIO2 -> SENSOR_CS

连接示意图：

2. 软件操作流程（如何工作）

SPI协议规定，任何时候总线上只能有一个从设备被激活并进行通信。这是通过片选信号（CS）来控制的：CS引脚为低电平有效（大多数情况下），当MCU将某个设备的CS引脚拉低时，该设备就被“选中”，开始监听SCK时钟并响应MOSI上的数据或通过MISO发送数据。

在您的代码中，操作顺序应该是这样的：

1. 初始化SPI0外设（设置模式、时钟极性、相位、波特率等）。

2. 初始化两个CS引脚（MCU_GPIO1和MCU_GPIO2）为输出模式，并将它们的初始状态都设置为高电平（即不选中任何设备）。

3. 当需要读写SD NAND时：

• 将MCU_GPIO2（传感器CS）置高（先确保取消选择传感器）。

• 将MCU_GPIO1（SD NAND CS）置低（选中SD NAND）。

• 通过SPI0发送SD NAND的命令和数据（例如CMD0, CMD17等）。

• 操作完成后，将MCU_GPIO1置高（取消选择）。

• 当需要读取传感器时：

• 将MCU_GPIO1（SD NAND CS）置高（先确保取消选择SD NAND）。

• 将MCU_GPIO2（传感器CS）置低（选中传感器）。

• 通过SPI0发送传感器特定的指令或读取其数据寄存器。

• 操作完成后，将MCU_GPIO2置高（取消选择）。

核心要点：在切换操作对象前，必须确保先取消选择当前设备，再选中下一个设备。

需要注意的关键点

1. SPI模式与时钟速度：

• 确保SD NAND和您的传感器支持相同的SPI模式（CPOL和CPHA）。最常见的是Mode 0 (CPOL=0, CPHA=0) 或 Mode 3 (CPOL=1, CPHA=1)。如果两者的模式要求不同，您需要在驱动程序里动态切换MCU的SPI模式，这会比较麻烦。

• 时钟速度需要兼容。SD NAND在初始化时通常需要较低的速率（如400kHz），之后可以切换到高速（如几十MHz）。而传感器可能有固定的最高时钟频率。您需要确保MCU设置的SCK速率不超过两个设备中速度较慢的那个的最高允许频率。通常可以在操作不同设备前动态修改SPI的波特率寄存器。

• 电气特性：

• 当总线上挂载多个设备时，要注意总线负载（尤其是电容负载）。设备增多可能会导致信号边沿变缓，在高速（如>10MHz）情况下容易引起通信错误。PCB布线时，SPI走线应尽量短。

• 确保所有设备共地。

• 上拉电阻：

• MISO线是多个从设备的输出连接到MCU的一个输入。为了避免冲突，必须保证在任何时候只有一个从设备在驱动MISO线。这就是CS信号的关键作用。

• 有些设计会在MISO线上加一个弱上拉电阻，防止在没有任何设备被选中时（所有CS为高），MISO线处于浮空状态，引入噪声。但大多数现代MCU的IO口可以配置为内部上拉，通常不需要外接。

• 软件驱动：

• 如果您使用的是现成的SD NAND芯片厂家提供的驱动（或FatFS等文件系统）和传感器驱动，您需要仔细阅读它们的代码，确保它们在操作期间会控制好自己的CS引脚，并且在操作结束后会释放它。

• 最好的做法是在你的驱动层实现一个锁或互斥机制，防止在操作一个设备时被另一个任务打断而去操作另一个设备，造成CS信号混乱。

总结

您的想法完全正确且可行。 通过共用SPI总线的MOSI, MISO, SCK三条线，并为SD NAND和传感器分配独立的CS引脚，通过MCU的GPIO控制这些CS引脚的电平来分时选择不同的设备进行通信，这是一种标准、高效且节省MCU引脚资源的做法。

在实现时，只需重点关注SPI模式/速度的兼容性和软件上对CS信号的严格管理即可。

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