SPI通信协议详解(四)

最新推荐文章于 2025-10-22 16:51:15 发布

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#通信协议

本文详细介绍了SPI（Serial Peripheral Interface）协议，包括其基本原理、4线与3线模式、4种工作模式、传输速率、基本时序和升级版协议。SPI协议常用于FPGA和MCU与各种芯片间的高速通讯，支持全双工数据传输。STM32等MCU配置SPI模式简单，而FPGA实现则需要精确控制时序。与IIC相比，SPI速度更快但没有响应机制，适合高速数据传输场景。

1.SPI协议简介
板卡内不同芯片间通讯最常用的三种串行协议：UART、I2C、SPI，之前写过串口协议及其FPGA实现，今天我们来介绍SPI协议，SPI是Serial Perripheral Interface的简称，是由Motorola公司推出的一种高速、全双工的总线协议。
与IIC类似，SPI也是采用主从方式工作，主机通常为FPGA、MCU或DSP等可编程控制器，从机通常为EPROM、Flash，AD/DA，音视频处理芯片等设备。一般由SCLK、CS、MOSI，MISO四根线组成，有的地方可能是：SCK、SS、SDI、SDO等名称，都是一样的含义，当有多个从机存在时，通过CS来选择要控制的从机设备。和标准SPI类似的协议，还有TI的SSP协议，区别主要在片选信号的时序上。

2.4线还是3线？
当我们谈到SPI时，默认情况下都是指标准的4线制Motorola SPI协议，即SCLK，MOSI，MISO和CS共4根数据线，标准4线制的好处是可以实现数据的全双工传输。当只有一个主机和一个从机设备时，只需要一个CS，多个从机需要多个CS，各数据线的介绍：
SCLK，时钟信号，时钟频率即SPI速率，和SPI模式有关
MOSI，主机输出，从机输入
MISO，主机输入，从机输出
CS，从机设备选择，低电平有效
3线制SPI，根据不同的应用场景，主要有以下2种类型：
只有3根线：SCLK，CS和DI或DO，适用于单工通讯，主机只发送或接收数据。
只有3根线：SCLK，SDIO和CS，这里的SDIO作为双向端口，适用于半双工通讯，比如ADI的多款ADC芯片都支持双向传输。在使用FPGA操作双向端口时，作为输入时要设置为高阻态z。