SPI通信讲解

了解SPI通信对于我们了解通信有非常重要的意义。

SPI（Serial Peripheral Interface）是由Motorola公司（摩托罗拉）开发的一种通用数据总线

四根通信线：

SCK（Serial Clock）：时钟线；

MOSI（Master Output Slave Input）：主机输出从机输入线；

MISO（Master Input Slave Output）：主机输入从机输出线；

SS（Slave Select）：从机选择线；（代替了I2C的从机寻址机制）

另外由于SPI是单端通信所以SPI还需要另外的共地，GND线。

注意：

1.SPI是全双工，不支持多主机；

输出引脚就是输出，输入就是输入，不需要像I2C还需要输入输出转换，唯一冲突在于SS从机线

2.SPI不存在数据应答机制的设计，只有接收和发送数据。

不同设备名称可能不同，却决于明确该设备身份为从机还是主机。

有时候对于数据线接口有很多不同我们往往有着更多的写法，到底什么意思还是需要自己根据使用芯片是作为主机还是从机。

这里我们拿一个W25QXX一个外挂的Flash存储器为例子，它一般作为从机，所以DO就是从机输出主机输入，DI就是从机输入主机输出。具体还是需要看设备本省需要作为从机还是主机。

当实在不清楚的时候我们可以查看具体的芯片手册。对于STM32来说，STM32常常作为主机，当然也有作为从机（支持身份转换），不过我们往往用做主机比较多。

硬件电路：

所有SPI设备的SCK、MOSI、MISO分别连在一起主机另外引出多条SS控制线，分别接到各从机的SS引脚，代替了从机寻址的软件操作，但是需要多一根从机选择线的硬件资源。

输出引脚MOSI配置为推挽输出（I2C为开漏输出是需要兼顾于多主机仲裁等等），输入引脚MISO配置为浮空或上拉输入。

同样需要注意的地方，SPI为单端信号（他们的高低电平都是相对于各自GND），需要，要求通信双方共地。

SCLK时钟线为主机绝对掌控，对于主机而言时钟线SCLK为输出，对于从机而言SCLK时钟线为输入。

（如果从机没有供电，还需要引脚引出来，主机引出供电线，给予从机寄生供电）

下面是大概框图：

需要注意：

在平时当中，SS为高电平，当主机需要时候会对相应的SS从机线置低电平，当完成通信以后主机就会将SS拉回高电平代表通信结束。就不需要像I2C需要发送从机位地址进行选择从机（从机寻址）。

输出引脚配置为推挽输出，高低电平均有很强的驱动能力，上升/下降沿速度非常快

（拉高拉低电平就会非常迅速）信号变化的快，就使得通信速度大大能达到MHZ，但是由于I2C是半双工只有两根线经常需要切换输入输出模式，同时需要兼顾多主机的时钟同步和仲裁问题，就使得其只能使用开漏输出，而开漏输出拉低非常迅速，但是拉高就比较慢，所以通信速度没有SPI那么快。

SPI不支持多主机，不要考虑冲突，唯一的冲突点在于，主机的MISO，主机一个输入而从机三个或者多个输出，就会导致冲突，因此SPI协议规定当从机未被选中，从机的MISO引脚必须切换为高阻态（不允许输出）。

软件实现：

主要就是理解一个移位的过程：

SPI一般是高位先行，我们利用时钟，当时钟产生上升沿，主机移出最高位的一个数据放在MOSI线上同时数据整体左移一位，从机移出最高位的数据放到MISO上，并且整体数据左移一位。当时钟产生下降沿，主机从MISO线上把从机放在MISO线上数据移入，放在最低位上，同样的，下降沿的时候，从机从MOSI线上把主机放在线上的高位，移入放在低位。

主机和从机都会进行采样输入直到数据完成交换过程，这就是实际的过程。

SPI时序基本单元：

起始条件：SS从高电平切换到低电平