SPI通信协议原理讲解

SPI通信协议由摩托罗拉公司于20世纪80年代中期开发而成，包括SD卡、液晶显示器、一般闪存等等都在使用SPI进行通信。

SPI作为串行通信接口脱颖而出的原因很多，全双工比I2C传输速率更高，推挽输出接口能够减少走线分叉，能够保证在高速传输下信号的完整性，传输协议更加灵活，信息帧大小可以任意调节，不需要上拉电阻，功耗可以更低，外围电路和软件配置都更简单。

同时SPI的缺点也很明显，SPI通常仅支持一个主设备，传输距离短，一般只适合板内信号传输，没有硬件级别的错误检查协议，无法内部寻址，多重设备时需要额外的片选信号线。

SPI总线包括四条逻辑线

SPI有两种接线方式，第一种是常规的独立从机配置，每个从机都需要一条单独的CS线，当主机要和特定的从机进行通讯时，将相应的CS信号线拉低，并保持其他CS信号线为高。

同时因为从机的MISO引脚在同一条信号线上，因此要求未被选择的从机的MISO引脚要配置为高阻态输出。

SP的第二种接线方式为菊花链配置，我们一般将信号线以串行的方式从一个设备依次传到下一个设备，直到数据到达目标设备的数据传输方式称为菊花链。

菊花链最大的缺点是如果从机出现单点故障时，低于该设备优先级的从机就掉线了，距离主机越远的从机获得服务的优先级就越低。如果需要设置从线检测器并安排好从今优先级。

如果某个从机超时并及时处理，防止单点故障造成整个链路崩溃。

菊花链模式充分使用了SPI移位寄存器的功能，每个从机在下一个时钟周期将输入数据复制到输出。

SPI可以根据时钟极性CKP和时钟向性CKE配置前四种模式。

CKP用来配置时钟的默认状态，CP=0时空闲电平为低，电平0，CKP=1时空闲电平为高，电平1。

CKE用来配置在哪个时钟边沿进行数据采样，CKE=0时，在时钟信号SCK的第一个跳变沿采样，CT=1时，在时钟信号SCK的第二个跳变沿采样。

SPI是一种同步通信的总线协议，数据线根据不同的配置在时钟的上升沿或下降沿进行采样。

SPI通信的持续过程如下，主机先将对应从机的CS信号拉低，通知从机开始建立连接，数据接收端检测到时钟的边缘信号之后，就立即开始读取数据线上的信号。

因为SPI是全双工的，主机在发送数据的同时也在接收数据，主机可以通过查询的方式来判断从机是否有数据需要发送，如果有，主机会继续发送数据来获取从机想要发送的数据，之后从机只需要丢掉这些无效数据即可。

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审核编辑 ：李倩