SPI通信协议

一、什么是SPI协议

SPI（Serial Peripheral Interface，串行外围设备接口）通讯协议，是 Motorola 公司提出的一种同步串行接口技术，是一种高速、全双工、同步通信总线，只需要4根信号线即可，节约引脚，利于PCB布局。广泛用于 EEPROM、Flash、RTC（实时时钟）、ADC（数模转换 器）、DSP（数字信号处理器）以及数字信号解码器。

优点：

• 支持全双工通信和半双工通信；
• 通讯方式较为简单，数据传输方式灵活，不限于8位数据，可以是任意大小的字；
• 数据传输速率较快（相对于UART、IIC）；

缺点：

• 没有指定的流控制；
• 没有应答机制，在数据可靠性上有一定缺陷；
• 只支持一个主设备；
• 引脚相对较多；

二、SPI物理层

SPI通信设备之间采用主从通信模式，通讯双方有主从之分，根据从机设备的数量，SPI 通讯设备之间的连接方式可分为一主一从和一主多从。

SPI通信需要四根信号线：
sclk：由主机产生的同步时钟，用于同步数据；不同的从机设备所支持的最高时钟频率不同。
cs_n：片选信号，用于控制从机是否被主机选中进行通信，当片选信号有效时，主机对从机的操作才有效。有多少个从机就有多少条片选信号线。
mosi：主机输出/从机输入，主机输出数据给从机，数据方向由主机到从机。
miso：主机输入/从机输出，主机接收从机发送的数据，数据方向由从机到主机。
注意：传输数据时，以MSB的形式传输。

MSB：Most Significant Bit，高位在前传输。
LSB：Last(Least) Significant Bit，低位在前传输。

三、SPI协议层

SPI通信一般有4种不同的模式，不同的从设备在出厂时被厂家配置为其中几种通信模式，通信模式是不允许用户修改的。主设备和从设备必须在同一模式下进行通信，否则数据会接收错误。SPI的通信模式是由CPOL：时钟极性和CPHA：时钟相位决定；CPOL控制SCLK的时钟极性，CPHA控制数据与时钟的对齐模式。
CPOL = 0：SCLK空闲时为低电平，第一个时钟沿为上升沿。
CPOL = 1：SCLK空闲时为高电平，第一个时钟沿为下降沿。
CPHA = 0：时钟变化的第一个变化沿改变数据，第二个变化沿锁存数据。
CPHA = 1：时钟变化的第一个变化沿锁存数据，第二个变化沿改变数据。

• 模式0：CPOL = 0，CPHA = 0；SCLK空闲时为低电平，时钟前沿采样，时钟后沿输出。
• 模式1：CPOL = 0，CPHA = 1；SCLK空闲时为低电平，时钟前沿输出，时钟后沿采样。
• 模式2：CPOL = 1，CPHA = 0；SCLK空闲时为高电平，时钟前沿采样，时钟后沿输出。
• 模式3：CPOL = 1，CPHA = 1；SCLK空闲时为高电平，时钟前沿输出，时钟后沿采样。

我们经常用到的是模式0和模式3。