SPI协议详解

SPI协议简介

SPI 是串行外围设备接口。 SPI 是 Motorola 公司推出的一种同步串行接口技术，是一种高速、全双工的同步通信总线，频率最高可以工作在上百 MHz。一般 SPI 需要4 根线(双工通信)，但是也可以使用三根线(单工通信)。它被广泛地使用在ADC、LCD、存储器等设备中，适用于对通信速率要求较高的场合。

SPI接口特点

1、SCK时钟信号线只由主设备控制，从设备不能控制时钟信号线，在一个SPI的通信中，至少有个主设备。
2、与普通的串行通信不同，普通的串行通讯一次连续传输至少8位数据（比如UART，还有起始位、停止位、校验位(可有可无)），而SPI允许数据一位一位的传送，甚至允许暂停，因为SCK时钟线由主控设备控制，当没有时钟跳变时，从设备不采集或传送数据，也就是说，主设备通过对SCK时钟线的控制可以完成对通讯的控制
3、SPI是全双工通信，因为SPI的数据输入和输出线独立，所以允许同时完成数据的输入和输出。不同的SPI设备的实现方式不尽相同，主要是数据改变和采集的时间不同，在时钟信号上沿或下沿采集有不同的定义。在SCK时钟线的控制下，两个双向移位寄存器进行数据交换
4、在点对点的通信中，SPI接口不需要进行寻址操作，且为全双工通信，显的简单高效。在多个从设备的系统中，每个从设备需要独立的使能信号，硬件上比IIC系统要稍微复杂，SPI的一个缺点；没有指定的流控制，没有应答机制确认是否接收到数据

SPI 的硬件层

SPI是采用主从模式的一种通信方式，它支持一主一从、一主多从，不支持多主机模式。常见的一主多从的连接方式如下：

 CS/SS：从机片选使能信号线。该信号由主机进行控制。在一主对多从的模式下，每一个从机都需要一个CS/SS，用于主机选择和那个从机进行通信（一般为低电平有效）。当多个SPI从设备与SPI主机相连时，设备的其他信号线SCK、MOSI及MISO可以同时并联到相同的SPI总线上，即无论有多少个从设备，都可以共同使用这3条总线；每个从设备都有独立的一条 CS/SS信号线，即有多少个从设备，就有多少条片选信号线。区别于IIC协议通过设备地址进行寻址，从而完成与总线上某个设备进行通信方式的不同，SPI协议中没有设备地址，而是使用片选信号线来寻址，当主机要选择从设备时，通常情况下把该设备的片选信号线设置为低电平，从而使得该设备被选中，即片选有效，这样主机便和从设备之间建立通信。

SCK：时钟信号线。由主机产生并控制。用于通信数据同步，但不同设备支持的通信速率不一致，而且值得注意的是：两设备之间通信时，通信速率受限于低速设备。

MOSI/SDO：主设备输出/从设备输入引脚，这根数据线只能用于主机向从机发送数据。

MISO/SDI：主设备输入/从设备输出引脚，这根数据线只能用户从机向主机发送数据。

spi通信协议

  SPI的协议定义了通信的起始信号、停止信号、数据有效性、时钟同步等。它的通讯时序如下：

起始信号：CS/SS信号由高变低，即为SPI通讯的起始信号；时序图中的①为通信的起始信号，由主机控制CS/SS从高电平到低电平，从而选择要进行通信的从机，再通过主机产生时钟信号SCK，启动一次数据的传输。

停止信号：CS/SS信号由低变高，即为SPI通讯的停止信号；时序图中的⑥为通信的停止信号，由主机控制CS/SS从低电平到高电平，从而结束一次数据的传输。

数据有效性：SPI 使用 MOSI 及 MISO 信号线来传输数据，如信时序图的②③④⑤所示，可知MOSI及MISO的数据在在 SCK 的上升沿期间变化输出【触发】，在 SCK 的下降沿时被采样【采样】。即在 SCK 的下降沿时刻，MOSI 及 MISO 的数据有效，高电平时表示数据“1”，为低电平时表示数据“0”。在其它时刻，数据无效。

时钟同步：SPI 的数据传输是需要 使用 SCK 信号线进行数据同步。MOSI 及 MISO 数据线在 SCK 的每个时钟周期传输一位数据，这一个周期里要完成数据的准备和采样，且数据的输入和输出是同时进行的。SPI中数据是MSB 先行或 LSB先行，在协议中是没有硬性规定，只需通信双方保持统一即可。