【初入电子坑之通信入门篇（四）】理解SPI协议

简介

SPI 协议(Serial Peripheral Interface)，即串行外设接口，是一种高速串行全双工的通信总线。它被广泛地使用在 ADC、LCD 等设备与 MCU 间，要求通讯速率较高的场合。

物理层

上面是SPI的物理连接图。主要可以分为四部分：

• SCK：由主机产生，协议不设上面，频率上限主要看设备。
• MISO：master input slave output
• MOSI：master output slave input
• SS：也称为NSS、CS，片选信号线。用于选择从机，一条片选线对应一个从机。

拓扑结构上比I2C稍微复杂一丢丢，但十分好理解。

协议层

I2C协议只有两根总线，所有信息传输更是只能通过那一根数据总线进行，所以规定了3种传输方式。

而SPI协议有四根线，可操作空间大，自然不比像I2C一样限定多种模式。在传输模式上比较自由，没有固定的传输模式，只需学习原子操作即可。（PS：传输模式其实是有的，不过具体到每个外设的传输模式都不同，还需要具体情况具体分析。）

原子操作

1）起始和停止信号

非常简单易看。以连接主机和从机的NSS线状态为准：

• 高——>低：起始信号
• 低——>高：停止信号

2）数据有效性

由于SPI线多，财大气粗，所以相对而言比较随心所欲，没有固定的表示0/1电平的形式。

但究其通信本质，数据信号线的状态无非就三种：

• 空闲没东西发
• 数据有效
• 数据无效：01切换的时间

所以SPI定义了两个概念：

• CPOL：clock pole，时钟极性。
• CPHA：clock phase，时钟相位。

CPOL时钟极性

定义了时钟线空闲状态时的电平情况。

• CPOL=0：低电平空闲
• CPOL=1：高电平空闲

CPHA时钟相位

SPI的0/1信号 由边沿触发时表示。我们知道，边沿有两不同的状态——上下边沿。而一个时钟周期有两个边沿（上下边沿）。所以要精确的进行数据表示的话，我们必须留出一个边沿来作为电平切换用，即数据无效区。说白的就是一个时钟周期只能传输1位数据。

而CPHA就是定义了具体数据线MOSI和MISO在哪个边沿表示的数据有效。

• CPHA=0：奇数边沿采样
• CPHA=1：偶数边沿采样

这个边沿的计数从SS片选线的起始信号开始后，SCK的第一个边沿开始计算。

总结

至此，对于SPI协议的主干内容就结束了。。。没错，结束了。。。官方文档其余的内容，更多的是关于寄存器和相关参数的内容，协议本身的核心内容就辣么点。

跟I2C相比，SPI协议本身连应答确认机制都没有，十分的简单的粗暴。。。好处是，相对于无标准状态下，各路厂家自由放飞导致的不同厂家间接口不兼容，SPI提供了一个相对普适的基础通信框架。既统一了标准，又给足了厂家们根据自身产品需求对该框架魔改的空间。