SPI是一种常见的设备通用通信协议。它有一个独特优势就是可以无中断传输数据，可以连续地发送或接收任意数量的位。而在I2C和UART中，数据以数据包的形式发送，有着限定位数。

SPI优缺点

• 优点
  SPI通讯无起始位和停止位，因此数据可以连续流传输而不会中断；没有像I2C这样的复杂的从站寻址系统，数据传输速率比I2C更高（几乎快两倍）。独立的MISO和MOSI线路，可以同时发送和接收数据。

• 缺点
  SPI使用四根线（I2C和UART使用两根线），没有信号接收成功的确认（I2C拥有此功能），没有任何形式的错误检查（如UART中的奇偶校验位等）。
  

SPI通信工作原理

在SPI设备中，设备分为主机与从机系统。

• 主机是控制设备（通常是控制器）

• 从机（通常是传感器或存储芯片）从主机那获取指令。

一套SPI通讯共包含四种信号线：

• MOSI (Master Output/Slave Input) – 信号线，主机输出，从机输入。

• MISO (Master Input/Slave Output) – 信号线，主机输入，从机输出。

• SCLK (Clock) – 时钟信号。

• SS/CS (Slave Select/Chip Select) – 片选信号。

2.1、时钟信号

每个时钟周期传输一位数据，因此数据传输的速度取决于时钟信号的频率。 时钟信号由于是主机配置生成的，因此SPI通信始终由主机启动。
设备共享时钟信号的任何通信协议都称为同步。SPI是一种同步通信协议，还有一些异步通信不使用时钟信号。 例如在UART通信中，双方都设置为预先配置的波特率，该波特率决定了数据传输的速度和时序。

片选信号

主机通过拉低从机的CS/SS来使能通信。 在空闲/非传输状态下，片选线保持高电平。在主机上可以存在多个CS/SS引脚，允许主机与多个不同的从机进行通讯。

2.3、MOSI和MISO

主机通过MOSI以串行方式将数据发送给从机，从机也可以通过MISO将数据发送给主机，两者可以同时进行。所以理论上，SPI是一种全双工的通讯协议。
传输步骤:
以传输模式：CPOL = 0、CPHA = 0 为例：

数据传输

为了开始通信，总线上的主设备需要使用从设备支持的频率来配置时钟，这个频率最高为几兆赫兹左右。然后主设备将某个从设备的SS线置为低电平，来选中这个从设备。如果等待时间是必要的话（例如进行模数转换），主设备必须在这段时间结束后，才可以发出时钟周期信号。
在每个SPI时钟周期内，都会发生全双工数据传输。主设备在MOSI线上发送一个位，从设备读取它，同时从机在MISO线上发送一位数据，主机读取它。即使只有单向数据传输的目的，主从机之间的通信工作方式仍然是双工的。

传输通常会使用给定字长的两个移位寄存器，一个在主设备中，一个在从设备中，这两个寄存器连接成一个虚拟的环形缓冲器。数据通常先从最高位移出。在时钟信号边沿，主机和从机均移出一位，然后在传输线上输出给对方。在下一个时钟沿，每个接收器都从传输线接受对方发出的数据位，并且从移位寄存器的最低位推入。每完成这样一个移出——推入的周期后，主机和从机就交换寄存器中的一位数据。当所有数据位都经过了这样的移出——推入过程后，主机和从机就完成了寄存器上的数据交换。如果需要交换的数据比寄存器的位数还要长的话，则需要重新加载移位寄存器并重复该过程。传输可能会持续任意数量的时钟周期。完成后，主设备会停止发送时钟信号，并通常会取消选择从设备。

传输寄存器通常包含8位。但是其他字长也很常见，例如触摸屏控制器或音频编解码器通常采用16位字长（如德州仪器的TSC2101），许多数模转换或者模数转换的设备则会采用12位字长。
所有在总线上的没有被片选线激活的从设备必须忽略输入时钟和MOSI信号，并且不得从MISO发送数据。

模式

分别是 CPOL （Clock POlarity）和 CPHA （Clock PHAse）。

• CPOL配置SPI总线的极性

• CPHA配置SPI总线的相位

SPI*总线的极性*

极性，会直接影响SPI总线空闲时的时钟信号是高电平还是低电平。

• CPOL = 1：表示空闲时是高电平

• CPOL = 0：表示空闲时是低电平

SPI*总线的相位*

一个时钟周期会有2个跳变沿。而相位，直接决定SPI总线从那个跳变沿开始采样数据。

• 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

4种模式

CPOL 和 CPHA 的不同组合，形成了SPI总线的不同模式。

模式0 (CPOL=0; CPHA=0)

特性：

CPOL = 0：空闲时是低电平，第1个跳变沿是上升沿，第2个跳变沿是下降沿
CPHA = 0：数据在第1个跳变沿（上升沿）采样

模式1 (CPOL=0; CPHA=1)

特性：

Copy
CPOL = 0：空闲时是低电平，第1个跳变沿是上升沿，第2个跳变沿是下降沿
CPHA = 1：数据在第2个跳变沿（下降沿）采样

模式2 (CPOL=1; CPHA=0)

特性：

Copy
CPOL = 1：空闲时是高电平，第1个跳变沿是下降沿，第2个跳变沿是上升沿
CPHA = 0：数据在第1个跳变沿（下降沿）采样