SPI通信协议

SPI是一种高速的，全双工，同步的通信总线，可以在同一时间发送和接收数据，并且没有定义速度限制，通常能达到甚至超过10M/bps。在芯片的管脚上只占用四根线，节约了芯片的管脚，同时为PCB的布局上节省空间，提供方便，主要应用在 EEPROM，FLASH，实时时钟，AD转换器，还有数字信号处理器和数字信号解码器之间。

1.SPI特性

SPI总线包括4条逻辑线，定义如下：

MISO：Master input slave output 主机输入，从机输出（数据来自从机）；

MOSI：Master output slave input 主机输出，从机输入（数据来自主机）；

SCLK ：Serial Clock 串行时钟信号，由主机产生发送给从机；

SS：Slave Select 片选信号，由主机发送，以控制与哪个从机通信，通常是低电平有效信号。

2.SPI工作流程

SPI是一个同步的数据总线，它是用一条单独的数据线和一条单独的时钟信号来保证发送端和接收端的完美同步。

时钟是一个振荡信号，它告诉接收端在确切的时机对数据线上的信号进行采样。

SPI有主、从两种模式，通常由一个主模块（主机）和一个或多个从模块（丛机）组成（SPI不支持多主机），提供时钟的为主设备（Master），接收时钟的设备为从设备（Slave），SPI接口的读写操作，都是由主设备发起，当存在多个从设备时，通过各自的片选信号进行管理。

整体的传输大概可以分为以下几个过程：

1、主设备发起信号，将CS/SS拉低，启动通信。

2、主设备通过发送时钟信号，来告诉从设备进行写数据或者读数据操作（采集时机可能是时钟信号的上升沿（从低到高）或下降沿（从高到低），它将立即读取数据线上的信号，这样就得到了一位数据（1bit）。

3、主机（Master）将要发送的数据写到发送数据缓存区（Menory），缓存区经过移位寄存器，串行移位寄存器通过MOSI信号线将字节一位一位的移出去传送给从机，同时MISO接口接收到的数据经过移位寄存器一位一位的移到接收缓存区。

4、从机（Slave）也将自己的串行移位寄存器中的内容通过MISO信号线返回给主机。同时通过MOSI信号线接收主机发送的数据，这样，两个移位寄存器中的内容就被交换。

下图简单模拟SPI通信流程，主机拉低CS片选信号，启动通信，并且产生时钟信号，上升沿触发边沿信号，主机在MOSI线路一位一位发送数据0X53，在MISO线路一位一位接收数据0X46，如下图所示：

数据在传输中，高位在先还是低位在先，SPI协议并无明确规定，但是数据要在主从机中正确传输，自然双方要先约定好，一般会采用高位在先(MSB)方式传输。

3.SPI四种工作模式

除了配置串行时钟速率（频率）外，SPI主设备还需要配置时钟极性和时钟相位。

时钟极性 CKP/Clock Polarit

时钟极性通常写为CKP或CPOL。时钟极性和相位共同决定读取数据的方式，比如信号上升沿读取数据还是信号下降沿读取数据,CKP可以配置为1或0。可以根据需要将时钟的默认状态设置为高或低。极性反转可以通过简单的逻辑逆变器实现。

CKP = 0：时钟空闲IDLE为低电平0；

CKP = 1：时钟空闲IDLE为高电平1；

时钟相位 CKE /Clock Phase (Edge)

除配置串行时钟速率和极性外，SPI主设备还应配置时钟相位（或边沿）。根据硬件制造商的不同，时钟相位通常写为CKE或CPHA；

顾名思义，时钟相位/边沿，也就是采集数据时是在时钟信号的具体相位或者边沿；

CKE = 0：在时钟信号SCK的第一个跳变沿采样；

CKE = 1：在时钟信号SCK的第二个跳变沿采样；