SPI协议

物理层：

1.四线制或三线制：四线制时3条总线分别为SCK、MOSI、MISO，片选线为NSS（CS）。三线制与其不同的是MOSI和MISO合并为一条线，端口为双向端口，可输入输出。

（1）NSS：从设备选择信号线，常称为片选信号线，当有多个SPI从设备与SPI主机相连时，设备的其他信号线SCK、MOIS及MISO同时并联到相同的SPI总线上，即无论有多少个从设备，都共同使用这3条总线，而每个从设备都有独立的一条NSS信号线，本信号线独占主机的一个引脚，即有多少个从设备，就有多少条片选线。SPI协议使用NSS信号线来寻址，当主机要选择从设备时，把该从设备的NSS信号线设置为低电平，该从设备即被选中，即片选有效，主机便开始与被选中的从机通信。所以SPI通信以NSS线置低电平为开始信号，以NSS线被拉高作为结束信号。

（2）SCK：时钟信号线，用于通信数据同步。它由通信主机产生，决定了通信速率，两个设备之间通信时，通信速率受限于低速设备。

（3）MOSI：主设备发送，从设备接收。

（4）MISO：主设备接收，从设备发送。

2.四线制时为全双工方向同步通信，三线制时为半双工方向同步通信。

协议层：

1.SPI基本通信过程

NSS、SCK、MOSI信号都由主机控制产生，而MISO的信号由从机产生，主机通过该信号线读取从机的数据。MOSI与MISO的信号只在NSS为低电平的时候才有效，在SCK的每个时钟周期，MOSI和MISO传输一位数据。

2.通信的起始和停止信号

NSS又由高变低，是SPI通信的起始信号。NSS由低变高，是SPI通信的停止信号，表示本次通信结束。

3.数据有效性

SPI使用MOSI及MISO信号线来传输数据，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，且数据输入输出是同时进行的。数据传输时，MSB先行或LSB先行并没有作硬件规定，但要保证两个SPI通信设备之间使用同样的协定，一般都会采用MSB先行模式。SPI每次数据传输可以为8位或者16位为单位，每次传输的单位数不受限制。

4.CPOL时钟极性和CPHA时钟相位

时钟极性CPOL是指SPI通信设备处于空闲状态时，SCK信号线的电平信号。CPOL为1时，空闲时SCK为高电平；为0时，空闲时SCK为低电平。

时钟相位CPHA是指数据的采样时刻。当CPHA=0时，MOSIO或者MISO数据线上的信号将会在SCK时钟线的“奇数边沿”被采样，当CPHA=1时，数据在SCK的“偶数边沿”被采样。

所以，SPI共四种通信模式，可自行分析下面两图。主机与从机需要工作在相同的模式下才可以正常通信。