SPI通信协议

SPI%E7%AE%80%E4%BB%8B-toc" style="margin-left:0px;">一、SPI简介

二、寻址方式

三、通信过程

SPI%E8%AE%BE%E5%A4%87%E6%97%B6%E9%92%9F-toc" style="margin-left:0px;">四、SPI设备时钟

五、极性和相位

5.1 CPOL=0，CPHA=0

5.2 CPOL=0，CPHA=1

5.3 CPOL=1，CPHA=0

5.4 CPOL=1，CPHA=1

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SPI%E7%AE%80%E4%BB%8B">一、SPI简介

SPI(Serial Peripheral Interface)，全称是“串行外围接口”，是由Motorola公司推出的一种高速、全双工、同步的串行的总线协议。SPI采用主从方式工作，一般有一个主设备和一个或多个从设备；SPI需要至少4跟线，分别是MISO（主设备输入从设备输出）、MOSI（主设备输出从设备输入）、SCLK（时钟）、SS/CS（片选）；SPI使用引脚较少且布线方便，所以越来越多的芯片集成了这种通信协议。

二、寻址方式

当主设备要和从设备进行通信时，主设备需要先将对应的从设备的片选线CS/SS上发送使能信号，即将对应从设备连接的CS管脚拉高或者拉低，表示选中的该从设备。

使能信号为高电平还是低电平根据从机而定。

三、通信过程

通信原理：SPI主设备和从设备都有一个串行移位寄存器，主设备通过向它的SPI串行寄存器写入一个字节来发起一次传输。

        SPI数据传输时先发高位后发低位，例如发送0xAA (10101010B)，先发送高位1，发送顺序为：1 0 1 0 1 0 1 0；
        数据线的高电平表示逻辑 1，低电平表示逻辑 0；
        SPI一个字节传送完成后，无需应答即可开始下一个字节的发送；
        SPI采用同步方式工作，时钟线在上升沿或者下降沿时发送器向数据线上发送数据，紧接着在下降沿或者上升沿时接收器从数据线上读取数据，完成一个数据的传输，8个时钟周期完成一个字节的数据传输。

SPI%E8%AE%BE%E5%A4%87%E6%97%B6%E9%92%9F">四、SPI设备时钟

        SPI时钟特点主要包括：时钟速率、时钟极性和时钟相位三方面。
        时钟速率：SPI总线上的主设备必须在通信开始时候配置并生成相应的时钟信号。从理论上讲，只要实际可行，时钟速率就可以为任何速率，当然这个速率受限于每个系统能提供多大的系统时钟频率，以及最大的SPI传输速率。
        时钟极性：根据硬件制造商的命名规则不同，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。
        时钟相位 ：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。

五、极性和相位

既然是进行数据传输，双方就要明确从机在什么时刻去采样主机发出的数据，主机在什么时刻去读取从机发来的数据。对于STM32等MCU自带的硬件SPI外设来说，可能没有那么重要，只需要配置一下模式就行了，但是对于使用使用GPIO模拟或者FPGA来实现SPI的时序，这一点是非常重要的，这就涉及到SPI标准协议的工作模式了，通过CPOL（Clock Polarity）时钟极性和CPHA（Clock Phase）时钟相位的不同组合，可以分为4种工作模式。

一般从机器件的工作模式是固定的，主机需要采用一样的工作模式，双方才能正常“交流”。

SPI总线有四种不同的工作模式，取决于极性（CPOL）和相位（CPHL）这两个因素。

CPOL表示SCLK空闲时的状态：

CPOL=0，空闲时SCLK为低电平；

CPOL=1，空闲时SCLK为高电平；

CPHA表示采样时刻：

CPHA=0，每个周期的第一个时钟沿采样；

CPHA=1，每个周期的第二个时钟沿采样。