一、SPI簡介
SPI 的全稱是"Serial Peripheral Interface"，意為串行外圍接口,是Motorola 首先在其MC68HCXX 系列處理器上定義的。SPI 接口主要應用在EEPROM、FLASH、實時時鍾、AD 轉換器，還有數字信號處理器和數字信號解碼器之間。SPI是一種高速，全雙工，同步的通信總線，並且在芯片的管腳上只占用四根線，節約了芯片的管腳，同時為PCB 的布局上節省空間，提供方便，正是出於這種簡單易用的特性，如今越來越多的芯片集成了這種通信協議，比如STM32 系列芯片等。SPI內部結構圖如下：
二、SPI通信協議詳情
如上圖所示，SPI接口一般使用4條線進行通信，使用3條線也可以進行SPI通信（單向傳輸），其中3 條為SPI 總線（MISO、MOSI、SCLK），一條為SPI 片選信號線（CS）。其功能作用分別如下：
（1）MISO：主設備輸入/從設備輸出引腳。主機從這條信號線讀入數據，從機的數據由這條信號線輸出到主機，即在這條線上數據的方向為：從機到主機。
（2）MOSI：主設備輸出/從設備輸入引腳。主機的數據從這條信號線輸出，從機由這條信號線讀入主機發送的數據，即這條線上數據的方向為：主機到從機。
（3）SCLK：時鍾信號線，用於通信數據同步。它由主機產生，決定了通信的速率，不同的設備支持的最高時鍾頻率不一樣，如STM32 的SPI 時鍾頻率最大為fpclk/2，兩個設備之間通訊時，通訊速率受限於低速設備。
（4）CS：從設備選擇信號線，常稱為片選信號線，也稱為NSS 或CS，以下用CS表示。當有多個SPI 從設備與SPI 主機相連時，設備的其它信號線SCK、MOSI及MISO 同時並聯到相同的SPI 總線上，即無論有多少個從設備，都共同只使用這3 條總線；而每個從設備都有獨立的這一條CS 信號線，本信號線獨占主機的一個引腳，即有多少個從設備，就有多少條片選信號線。I2C 協議中通過設
備地址來尋址、選中總線上的某個設備並與其進行通訊；而SPI 協議中沒有設備地址，它使用CS 信號線來尋址，當主機要選擇從設備時，把該從設備的CS 信號線設置為低電平，該從設備即被選中，即片選有效，接着主機開始與被選中的從設備進行SPI 通信。所以SPI 通信以NSS 線置低電平為開始信號，以CS 線被拉高作為結束信號。
總而言之，當有多個設備使用SPI進行通信時，SCK、MOSI、MISO三條線可共用，CS線單獨掛接。（簡稱：三加一）。
三、SPI使用方法
SPI 使用MOSI 及MISO 信號線來傳輸數據，使用SCK 信號線進行數據同步。MOSI 及MISO 數據線在SCK 的每個時鍾周期傳輸一位數據，且數據輸入輸出是同時進行的。數據傳輸時， MSB 先行或LSB 先行並沒有作硬性規定，但要保證兩個SPI 通訊設備之間使用同樣的協定，一般都會采用MSB 先行模式。
從上圖可以看出，主機和從機都有一個串行移位寄存器，主機通過向它的SPI 串行寄存器寫入一個字節來發起一次傳輸。寄存器通過MOSI 信號線將字節傳送給從機，從機也將自己的移位寄存器中的內容通過MISO 信號線返回給主機。這樣，兩個移位寄存器中的內容就被交換。外設的寫操作和讀操作是同步完成的。如果只進行寫操作，主機只需忽略接收到的字節；反之，若主機要讀取從機的一個字節，就必須發送一個空字節來引發從機的傳輸。
四、SPI與IIC的比較
（1）SPI 主要特點有： 可以同時發出和接收串行數據； 可以當作主機或從機工作； 提供頻率可編程時鍾； 發送結束中斷標志； 寫沖突保護； 總線競爭保護等。
（2）與I2C 總線相比它的缺點是：沒有指定的流控制，沒有應答機制確認是否接收到數據。
五、SPI總線工作方式（四種）
SPI 總線有四種工作方式，SPI 模塊為了和外設進行數據交換，根據外設工作要求，其輸出串行同步時鍾極性和相位可以進行配置。
時鍾極性（ CPOL）對傳輸協議沒有重大的影響。如果CPOL=0，串行同步時鍾的空閑狀態為低電平；如果CPOL=1，串行同步時鍾的空閑狀態為高電平。
時鍾相位（ CPHA）能夠配置用於選擇兩種不同的傳輸協議之一進行數據傳輸。如果CPHA=0，在串行同步時鍾的第一個跳變沿（上升或下降）數據被采樣；如果CPHA=1，在串行同步時鍾的第二個跳變沿（上升或下降）數據被采樣。SPI 主模塊和與之通信的外設備時鍾相位和極性應該一致。SPI四種工作方如下圖所示：
