代码收藏家 最详细解读SPI通信协议
SPI（Serial Peripheral Interface，串行外围接口）是一种高速、全双工、同步的通信总线，主要应用在EEPROM、FLASH、实时时钟、AD转换器上，以及数字信号处理器和数字信号解码器之间。
信号线
SPI有四根信号线：
MOSI：Master Output Slave Input，主机向信号线上输出数据，从机读取。
MISO：Master Input Slave Output，从机向信号线上输出数据，主机读取。
SCLK：Serial Clock，串行时钟信号。由主机产生并发送给从机。
SS/CS：Slave Select，片选信号。通常是低电平有效，由主机输出，在主设备连接多个从设备时用来控制与哪个从设备通信。
如果主机连接多个从设备时，则每个从设备上都需要有一个片选引脚接入到主设备机中，当我们的主设备希望和某个从设备通信时，需要将对应从设备的片选引脚电平拉低。同时，SPI协议还规定时钟信号必须由主机提供给从机，从机自身不能产生和控制时钟信号，没有时钟信号同步从机不能正常工作。
传输方式
SPI总线上的主机必须在通信开始时候配置并生成相应的时钟信号，然后再进行数据传输。主机向MOSI信号线传送数据给从机，同时，从机也必须将一些内容通过MISO信号线返回给主机，也就是说，每隔时钟周期内，都在发生全双工数据通信。时钟信号的作用就是保证两个设备之间的传输始终是同步的。
即使只进行单向数据传输，也要保证主机和从机时刻都有数据交换，两者必须要互相发送一些东西，接收方只需要忽略即可。这种情况我们称为虚拟数据。
时钟配置
SPI协议需要对时钟进行配置，一般配置下面三个参数：
时钟频率：理论上讲，时钟频率可以任何想要的速率，实际上会受限于每个系统能提供多大的系统时钟频率，以及最大的SPI传输速率。
时钟极性：Clock Polarity，CPOL，表示SPI总线的极性。CPOL = 0，表示时钟空闲时是低电平；CPOL = 1，表示时钟空闲时是高电平。
时钟相位：Clock Phase，CPHA，表示SPI总线的相位。一个时钟周期会有2个跳变沿，SPHA决定了接收端在时钟信号的哪一个跳变沿对接收数据进行采样。CPHA = 0，表示从第一个跳变沿开始采样；CPHA = 1：表示从第二个跳变沿开始采样。
CPOL和CPHA可以组合出四种工作模式，可以根据不同器件的支持情况和自己的需求进行选择和配置。
举例
优缺点
SPI的优点：
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支持全双工通信，独立的MISO、MOSI可以同时发送和接收数据。
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通信简单。
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数据传输速率快，比I2C快几乎两倍。
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无起始位和停止位，因此数据可以持续传输不会中断。
SPI的缺点：
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没有指定的流控制，没有应答机制确认是否接收到数据，与I2C相比在数据可靠性上有一定的缺陷。
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使用四根线，I2C、UART只使用两根线。
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没有任何形式的错误检查，UART有奇偶校验位。
I2C和SPI异同点
相同点
串行、同步
采用TTL电平，传输距离近
采用主从方式（I2C一个或多个主机和一个或多个从机；SPI一个主机和一个或多个从机）
不同点
I2C半双工；SPI全双工
I2C有应答机制；SPI无应答机制
I2C通过向总线广播从机地址来寻址（节省硬件资源）；SPI通过向对应从机发送使能信号来寻址（寻址速度快）
I2C时钟极性和时钟相位固定；SPI时钟极性和时钟相位不固定（主从一致）
