STM32：SPI总线、W25Q64（FLASH）的详细介绍
一、环境介绍
编程软件: keil5
操作系统: win10
mcu型号: stm32f103zet6
stm32编程方式: 寄存器开发 (方便程序移植到其他单片机)
spi总线: stm32本身支持spi硬件时序，本文示例代码里同时采用模拟时序和硬件时序两种方式读写w25q64。
模拟时序更加方便移植到其他单片机，更加方便学习理解spi时序，通用性更高，不分mcu；
硬件时序效率更高，每个mcu配置方法不同，依赖mcu硬件本身支持。
存储器件： 采用华邦w25q64 flash存储芯片。
w25q64这类似的flash存储芯片在单片机里、嵌入式系统里还是比较常见，可以用来存储图片数据、字库数据、音频数据、保存设备运行日志文件等。
二、华邦w25q64介绍(flash存储类型) 2.1 w25q64芯片功能介绍
w25q64是为系统提供一个最小空间、最少引脚，最低功耗的串行flash存储器，25q系列比普通的串行flash存储器更灵活，性能更优越。
w25q64支持双倍/四倍的spi，可以储存包括声音、文本、图片和其他数据；芯片支持的工作电压 2.7v 到 3.6v，正常工作时电流小于5ma，掉电时低于1ua，所有芯片提供标准的封装。
w25q64的内存空间结构: 一页256字节，4k(4096 字节)为一个扇区，16个扇区为1块，容量为8m字节，共有128个块，2048 个扇区。
w25q64每页大小由256字节组成，每页的256字节用一次页编程指令即可完成。
擦除指令分别支持: 16页（1个扇区）、128页、256页、全片擦除。
w25q64支持标准串行外围接口（spi），和高速的双倍/四倍输出，双倍/四倍用的引脚：串行时钟、片选端、串行数据 i/o0(di)、i/o1(do)、i/o2(wp)和 i/o3(hold)。
spi 最高支持 80mhz，当用快读双倍/四倍指令时，相当于双倍输出时最高速率160mhz，四倍输出时最高速率 320mhz。这个传输速率比得上8位和16位的并行flash存储器。
w25q64支持 jedec 标准，具有唯一的 64 位识别序列号，方便区别芯片型号。
2.2 w25q64芯片特性详细介绍 ●spi串行存储器系列
-w25q64:64m 位/8m 字节
-w25q16:16m 位/2m 字节
-w25q32:32m 位/4m 字节
-每 256 字节可编程页
●灵活的4kb扇区结构
-统一的扇区擦除（4k 字节）
-块擦除（32k 和 64k 字节）
-一次编程 256 字节
-至少 100,000 写/擦除周期
-数据保存 20 年
●标准、双倍和四倍spi
-标准 spi:clk、cs、di、do、wp、hold
-双倍 spi:clk、cs、io0、io1、wp、hold
-四倍 spi:clk、cs、io0、io1、io2、io3
●高级的安全特点
-软件和硬件写保护
-选择扇区和块保护
-一次性编程保护(1)
-每个设备具有唯一的64位id(1)
●高性能串行flash存储器
-比普通串行flash性能高6倍
-80mhz时钟频率
-双倍spi相当于160mhz
-四倍spi相当于320mhz
-40mb/s连续传输数据
-30mb/s随机存取（每32字节）
-比得上16位并行存储器
●低功耗、宽温度范围
-单电源 2.7v-3.6v
-工作电流 4ma，掉电<1μa（典型值）
-40℃～+85℃工作
2.3 引脚介绍 下面只介绍w25q64标准spi接口，因为目前开发板上的封装使用的就是标准spi接口。
引脚编号
引脚名称
i/o
功能
1
/cs
i
片选端输入
2
do(io1)
i/o
数据输出（数据输入输出 1）*1
3
/wp(io2)
i/o
写保护输入（数据输入输出 2）*2
4
gnd
地
5
di(io0)
i/o
数据输入（数据输入输出 0）*1
6
clk
i
串行时钟输入
7
/hold(io3)
i/o
保持端输入（数据输入输出 3）*2
8
vcc
电源
2.2.1 spi片选（/cs）引脚用于使能和禁止芯片操作 cs引脚是w25q64的片选引脚，用于选中芯片；当cs为高电平时，芯片未被选择，串行数据输出（do、io0、io1、io2 和 io3）引脚为高阻态。未被选择时，芯片处于待机状态下的低功耗，除非芯片内部在擦除、编程。当/cs 变成低电平，芯片功耗将增长到正常工作，能够从芯片读写数据。上电后， 在接收新的指令前，/cs 必须由高变为低电平。上电后，/cs 必须上升到 vcc，在/cs 接上拉电阻可以完成这个操作。
2.2.2 串行数据输入、输出和 ios（di、do 和 io0、io1、io2、io3） w25q64、w25q16 和 w25q32 支持标准 spi、双倍 spi 和四倍 spi。
标准的 spi 传输用单向的 di（输入）引脚连续的写命令、地址或者数据在串行时钟（clk）的上升沿时写入到芯片内。
标准的spi 用单向的 do（输出）在 clk 的下降沿从芯片内读出数据或状态。
2.2.3 写保护（/wp） 写保护引脚（/wp）用来保护状态寄存器。和状态寄存器的块保护位（sec、tb、bp2、bp1 和bp0）和状态寄存器保护位（srp）对存储器进行一部分或者全部的硬件保护。/wp 引脚低电平有效。当状态寄存器 2 的 qe 位被置位了，/wp 引脚（硬件写保护）的功能不可用。
2.2.4 保持端（/hold） 当/hold 引脚是有效时，允许芯片暂停工作。在/cs 为低电平时，当/hold 变为低电平，do 引脚将变为高阻态，在 di 和 clk 引脚上的信号将无效。当/hold 变为高电平，芯片恢复工作。/hold 功能用在当有多个设备共享同一 spi 总线时。/hold 引脚低电平有效。当状态寄存器 2 的 qe 位被置位了，/ hold 引脚的功能不可用。
2.2.5 串行时钟（clk） 串行时钟输入引脚为串行输入和输出操作提供时序。（见 spi 操作）。
设备数据传输是从高位开始，数据传输的格式为 8bit,数据采样从第二个时间边沿开始，空闲状态时，时钟线 clk 为高电平。
2.3 内部结构框架图
2.4 w25q64的标准spi操作流程 w25q64标准spi总线接口包含四个信号: 串行时钟（clk）、片选端（/cs）、串行数据输入（di）和串行数据输出（do）。
di输入引脚在clk的上升沿连续写命令、地址或数据到芯片内。
do输出引脚在clk的下降沿从芯片内读出数据或状态。
w25q64分别支持spi总线工作模式0和工作模式3。模式0和模式3的主要区别在于常态时的clk信号不同；对于模式0来说，当spi主机已准备好数据还没传输到串行flash中时，clk信号常态为低；
设备数据传输是从高位开始，数据传输的格式为8bit，数据采样从第二个时间边沿开始，空闲状态时，时钟线clk为高电平。
2.5 部分控制和状态寄存器介绍 2.5.1 w25q64的指令表
指令名称
字节 1
（代码）
字节 2
字节 3
字节 4
字节 5
字节 6
写使能
06h
write_enabled
禁止写
04h
读状态寄存器 1
05h
(s7-s0)（2）
读状态寄存器 2
35h
(s15-s8)（2）
写状态寄存器
01h
(s7-s0)
(s15-s8)
页编程
02h
a23-a16
a15-a8
a7-a0
(d7-d0)
四倍页编程
32h
a23-a16
a15-a8
a7-a0
(d7-d0,…)(3)
块擦除(64kb)
d8h
a23-a16
a15-a8
a7-a0
块擦除(32kb)
52h
a23-a16
a15-a8
a7-a0
扇区擦除(4kb)
20h
a23-a16
a15-a8
a7-a0
全片擦除
c7h/60h
暂停擦除
75h
恢复擦除
7ah
掉电模式
b9h
高性能模式
a3h
2.5.2 读状态寄存器1 状态寄存器1的内部结构如下：
状态寄存器1的s0位是当前w25q64的忙状态；为1的时候表示设备正在执行程序(可能是在擦除芯片)或写状态寄存器指令，这个时候设备将忽略传来的指令， 除了读状态寄存器和擦除暂停指令外，其他写指令或写状态指令都无效, 当 s0 为 0 状态时指示设备已经执行完毕，可以进行下一步操作。
读状态寄存器1的时序如下：
读取状态寄存器的指令是 8 位的指令。发送指令之前，先将/cs 拉低，再发送指令码“05 h” 或者“35h”。设备收到读取状态寄存器的指令后，将状态信息(高位)依次移位发送出去，读出的状态信息，最低位为 1 代表忙，最低位为 0 代表可以操作，状态信息读取完毕，将片选线拉高。
读状态寄存器指令可以使用在任何时候，即使程序在擦除的过程中或者写状态寄存器周期正在进行中。这可以检测忙碌状态来确定周期是否完成，以确定设备是否可以接受另一个指令。
2.5.3 读制造商id和芯片id 时序图如下：
读取制造商/设备 id 指令可以读取制造商 id 和特定的设备 id。读取之前，拉低 cs 片选信号，接着发送指令代码“90h” ，紧随其后的是一个 24 位地址(a23-a0)000000h。 设备收到指令之后，会发出华邦电子制造商 id(efh) 和设备id(w25q64 为 16h)。如果 24 位地址设置为 000001h ，设备 id 会先发出，然后跟着制造商 id。制造商和设备id可以连续读取。完成指令后，片选信号/ cs 拉高。
2.5.4 全片擦除（c7h/60h）
全芯片擦除指令，可以将整个芯片的所有内存数据擦除，恢复到 0xff 状态。写入全芯片擦除指令之前必须执行设备写使能(发送设备写使能指令 0x06)，并判断状态寄存器(状态寄存器位最低位必须等于 0 才能操作)。发送全芯片擦除指令前，先拉低/ cs，接着发送擦除指令码”c7h”或者是”60h”， 指令码发送完毕后，拉高片选线 cs/,，并判断状态位，等待擦除结束。全片擦除指令尽量少用，擦除会缩短设备的寿命。
2.5.5 读数据（03h）
读取数据指令允许按顺序读取一个字节的内存数据。当片选 cs/拉低之后，紧随其后是一个 24 位的地址(a23-a0)(需要发送 3 次，每次 8 个字节，先发高位)。芯片收到地址后，将要读的数据按字节大小转移出去，数据是先转移高位，对于单片机，时钟下降沿发送数据，上升沿接收数据。读数据时，地址会自动增加，允许连续的读取数据。这意味着读取整个内存的数据,只要用一个指令就可以读完。数据读取完成之后，片选信号/ cs 拉高。
读取数据的指令序列,如上图所示。如果一个读数据指令而发出的时候，设备正在擦除扇区,或者(忙= 1)，该读指令将被忽略,也不会对当前周期有什么影响。
三、spi时序介绍 spi是串行外设接口（serial peripheral interface）的缩写，是一种高速的，全双工，同步的通信总线，并且在芯片的管脚上只占用四根线，节约了芯片的管脚，同时为pcb的布局上节省空间。
spi是一种高速、高效率的串行接口技术，一共有4根线。通常由一个主模块和一个或多个从模块组成，主模块选择一个从模块进行同步通信，从而完成数据的交换。spi是一个环形结构，通信时需要至少4根线（在单向传输时3根线也可以）。分别是miso（主设备数据输入）、mosi（主设备数据输出）、sclk（时钟）、cs（片选）。
（1）miso– master input slave output,主设备数据输入，从设备数据输出；
（2）mosi– master output slave input，主设备数据输出，从设备数据输入；
（3）sclk – serial clock，时钟信号，由主设备产生；
（4）cs – chip select，从设备使能信号，由主设备控制。
其中，cs是从芯片是否被主芯片选中的控制信号，也就是说只有片选信号为预先规定的使能信号时（高电位或低电位），主芯片对此从芯片的操作才有效。这就使在同一条总线上连接多个spi设备成为可能。接下来就负责通讯的3根线了。通讯是通过数据交换完成的，这里先要知道spi是串行通讯协议，也就是说数据是一位一位的传输的。这就是sclk时钟线存在的原因，由sclk提供时钟脉冲，sdi，sdo则基于此脉冲完成数据传输。数据输出通过 sdo线，数据在时钟上升沿或下降沿时改变，在紧接着的下降沿或上升沿被读取。完成一位数据传输，输入也使用同样原理。因此，至少需要8次时钟信号的改变（上沿和下沿为一次），才能完成8位数据的传输。
时钟信号线sclk只能由主设备控制，从设备不能控制。这样的传输方式有一个优点，在数据位的传输过程中可以暂停，也就是时钟的周期可以为不等宽，因为时钟线由主设备控制，当没有时钟跳变时，从设备不采集或传送数据。spi还是一个数据交换协议：因为spi的数据输入和输出线独立，所以允许同时完成数据的输入和输出。芯片集成的spi串行同步时钟极性和相位可以通过寄存器配置，io模拟的spi串行同步时钟需要根据从设备支持的时钟极性和相位来通讯。spi通信原理比i2c要简单，iic有应答机制，可以确保数据都全部发送成。spi接口没有指定的流控制，没有应答机制确认是否接收到数据，速度上更加快。
spi总线通过时钟极性和相位可以配置成4种时序：
stm32f103参考手册，spi章节介绍的时序图：
spi时序比较简单，cpu如果没有硬件支持，可以直接写代码采用io口模拟，下面是模拟时序的示例的代码：
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编程软件: keil5
操作系统: win10
mcu型号: stm32f103zet6
stm32编程方式: 寄存器开发 (方便程序移植到其他单片机)
spi总线: stm32本身支持spi硬件时序，本文示例代码里同时采用模拟时序和硬件时序两种方式读写w25q64。
模拟时序更加方便移植到其他单片机，更加方便学习理解spi时序，通用性更高，不分mcu；
硬件时序效率更高，每个mcu配置方法不同，依赖mcu硬件本身支持。
存储器件： 采用华邦w25q64 flash存储芯片。
w25q64这类似的flash存储芯片在单片机里、嵌入式系统里还是比较常见，可以用来存储图片数据、字库数据、音频数据、保存设备运行日志文件等。
二、华邦w25q64介绍(flash存储类型) 2.1 w25q64芯片功能介绍
w25q64是为系统提供一个最小空间、最少引脚，最低功耗的串行flash存储器，25q系列比普通的串行flash存储器更灵活，性能更优越。
w25q64支持双倍/四倍的spi，可以储存包括声音、文本、图片和其他数据；芯片支持的工作电压 2.7v 到 3.6v，正常工作时电流小于5ma，掉电时低于1ua，所有芯片提供标准的封装。
w25q64的内存空间结构: 一页256字节，4k(4096 字节)为一个扇区，16个扇区为1块，容量为8m字节，共有128个块，2048 个扇区。
w25q64每页大小由256字节组成，每页的256字节用一次页编程指令即可完成。
擦除指令分别支持: 16页（1个扇区）、128页、256页、全片擦除。
w25q64支持标准串行外围接口（spi），和高速的双倍/四倍输出，双倍/四倍用的引脚：串行时钟、片选端、串行数据 i/o0(di)、i/o1(do)、i/o2(wp)和 i/o3(hold)。
spi 最高支持 80mhz，当用快读双倍/四倍指令时，相当于双倍输出时最高速率160mhz，四倍输出时最高速率 320mhz。这个传输速率比得上8位和16位的并行flash存储器。
w25q64支持 jedec 标准，具有唯一的 64 位识别序列号，方便区别芯片型号。
2.2 w25q64芯片特性详细介绍 ●spi串行存储器系列
-w25q64:64m 位/8m 字节
-w25q16:16m 位/2m 字节
-w25q32:32m 位/4m 字节
-每 256 字节可编程页
●灵活的4kb扇区结构
-统一的扇区擦除（4k 字节）
-块擦除（32k 和 64k 字节）
-一次编程 256 字节
-至少 100,000 写/擦除周期
-数据保存 20 年
●标准、双倍和四倍spi
-标准 spi:clk、cs、di、do、wp、hold
-双倍 spi:clk、cs、io0、io1、wp、hold
-四倍 spi:clk、cs、io0、io1、io2、io3
●高级的安全特点
-软件和硬件写保护
-选择扇区和块保护
-一次性编程保护(1)
-每个设备具有唯一的64位id(1)
●高性能串行flash存储器
-比普通串行flash性能高6倍
-80mhz时钟频率
-双倍spi相当于160mhz
-四倍spi相当于320mhz
-40mb/s连续传输数据
-30mb/s随机存取（每32字节）
-比得上16位并行存储器
●低功耗、宽温度范围
-单电源 2.7v-3.6v
-工作电流 4ma，掉电<1μa（典型值）
-40℃～+85℃工作
2.3 引脚介绍 下面只介绍w25q64标准spi接口，因为目前开发板上的封装使用的就是标准spi接口。
引脚编号
引脚名称
i/o
功能
1
/cs
i
片选端输入
2
do(io1)
i/o
数据输出（数据输入输出 1）*1
3
/wp(io2)
i/o
写保护输入（数据输入输出 2）*2
4
gnd
地
5
di(io0)
i/o
数据输入（数据输入输出 0）*1
6
clk
i
串行时钟输入
7
/hold(io3)
i/o
保持端输入（数据输入输出 3）*2
8
vcc
电源
2.2.1 spi片选（/cs）引脚用于使能和禁止芯片操作 cs引脚是w25q64的片选引脚，用于选中芯片；当cs为高电平时，芯片未被选择，串行数据输出（do、io0、io1、io2 和 io3）引脚为高阻态。未被选择时，芯片处于待机状态下的低功耗，除非芯片内部在擦除、编程。当/cs 变成低电平，芯片功耗将增长到正常工作，能够从芯片读写数据。上电后， 在接收新的指令前，/cs 必须由高变为低电平。上电后，/cs 必须上升到 vcc，在/cs 接上拉电阻可以完成这个操作。
2.2.2 串行数据输入、输出和 ios（di、do 和 io0、io1、io2、io3） w25q64、w25q16 和 w25q32 支持标准 spi、双倍 spi 和四倍 spi。
标准的 spi 传输用单向的 di（输入）引脚连续的写命令、地址或者数据在串行时钟（clk）的上升沿时写入到芯片内。
标准的spi 用单向的 do（输出）在 clk 的下降沿从芯片内读出数据或状态。
2.2.3 写保护（/wp） 写保护引脚（/wp）用来保护状态寄存器。和状态寄存器的块保护位（sec、tb、bp2、bp1 和bp0）和状态寄存器保护位（srp）对存储器进行一部分或者全部的硬件保护。/wp 引脚低电平有效。当状态寄存器 2 的 qe 位被置位了，/wp 引脚（硬件写保护）的功能不可用。
2.2.4 保持端（/hold） 当/hold 引脚是有效时，允许芯片暂停工作。在/cs 为低电平时，当/hold 变为低电平，do 引脚将变为高阻态，在 di 和 clk 引脚上的信号将无效。当/hold 变为高电平，芯片恢复工作。/hold 功能用在当有多个设备共享同一 spi 总线时。/hold 引脚低电平有效。当状态寄存器 2 的 qe 位被置位了，/ hold 引脚的功能不可用。
2.2.5 串行时钟（clk） 串行时钟输入引脚为串行输入和输出操作提供时序。（见 spi 操作）。
设备数据传输是从高位开始，数据传输的格式为 8bit,数据采样从第二个时间边沿开始，空闲状态时，时钟线 clk 为高电平。
2.3 内部结构框架图
2.4 w25q64的标准spi操作流程 w25q64标准spi总线接口包含四个信号: 串行时钟（clk）、片选端（/cs）、串行数据输入（di）和串行数据输出（do）。
di输入引脚在clk的上升沿连续写命令、地址或数据到芯片内。
do输出引脚在clk的下降沿从芯片内读出数据或状态。
w25q64分别支持spi总线工作模式0和工作模式3。模式0和模式3的主要区别在于常态时的clk信号不同；对于模式0来说，当spi主机已准备好数据还没传输到串行flash中时，clk信号常态为低；
设备数据传输是从高位开始，数据传输的格式为8bit，数据采样从第二个时间边沿开始，空闲状态时，时钟线clk为高电平。
2.5 部分控制和状态寄存器介绍 2.5.1 w25q64的指令表
指令名称
字节 1
（代码）
字节 2
字节 3
字节 4
字节 5
字节 6
写使能
06h
write_enabled
禁止写
04h
读状态寄存器 1
05h
(s7-s0)（2）
读状态寄存器 2
35h
(s15-s8)（2）
写状态寄存器
01h
(s7-s0)
(s15-s8)
页编程
02h
a23-a16
a15-a8
a7-a0
(d7-d0)
四倍页编程
32h
a23-a16
a15-a8
a7-a0
(d7-d0,…)(3)
块擦除(64kb)
d8h
a23-a16
a15-a8
a7-a0
块擦除(32kb)
52h
a23-a16
a15-a8
a7-a0
扇区擦除(4kb)
20h
a23-a16
a15-a8
a7-a0
全片擦除
c7h/60h
暂停擦除
75h
恢复擦除
7ah
掉电模式
b9h
高性能模式
a3h
2.5.2 读状态寄存器1 状态寄存器1的内部结构如下：
状态寄存器1的s0位是当前w25q64的忙状态；为1的时候表示设备正在执行程序(可能是在擦除芯片)或写状态寄存器指令，这个时候设备将忽略传来的指令， 除了读状态寄存器和擦除暂停指令外，其他写指令或写状态指令都无效, 当 s0 为 0 状态时指示设备已经执行完毕，可以进行下一步操作。
读状态寄存器1的时序如下：
读取状态寄存器的指令是 8 位的指令。发送指令之前，先将/cs 拉低，再发送指令码“05 h” 或者“35h”。设备收到读取状态寄存器的指令后，将状态信息(高位)依次移位发送出去，读出的状态信息，最低位为 1 代表忙，最低位为 0 代表可以操作，状态信息读取完毕，将片选线拉高。
读状态寄存器指令可以使用在任何时候，即使程序在擦除的过程中或者写状态寄存器周期正在进行中。这可以检测忙碌状态来确定周期是否完成，以确定设备是否可以接受另一个指令。
2.5.3 读制造商id和芯片id 时序图如下：
读取制造商/设备 id 指令可以读取制造商 id 和特定的设备 id。读取之前，拉低 cs 片选信号，接着发送指令代码“90h” ，紧随其后的是一个 24 位地址(a23-a0)000000h。 设备收到指令之后，会发出华邦电子制造商 id(efh) 和设备id(w25q64 为 16h)。如果 24 位地址设置为 000001h ，设备 id 会先发出，然后跟着制造商 id。制造商和设备id可以连续读取。完成指令后，片选信号/ cs 拉高。
2.5.4 全片擦除（c7h/60h）
全芯片擦除指令，可以将整个芯片的所有内存数据擦除，恢复到 0xff 状态。写入全芯片擦除指令之前必须执行设备写使能(发送设备写使能指令 0x06)，并判断状态寄存器(状态寄存器位最低位必须等于 0 才能操作)。发送全芯片擦除指令前，先拉低/ cs，接着发送擦除指令码”c7h”或者是”60h”， 指令码发送完毕后，拉高片选线 cs/,，并判断状态位，等待擦除结束。全片擦除指令尽量少用，擦除会缩短设备的寿命。
2.5.5 读数据（03h）
读取数据指令允许按顺序读取一个字节的内存数据。当片选 cs/拉低之后，紧随其后是一个 24 位的地址(a23-a0)(需要发送 3 次，每次 8 个字节，先发高位)。芯片收到地址后，将要读的数据按字节大小转移出去，数据是先转移高位，对于单片机，时钟下降沿发送数据，上升沿接收数据。读数据时，地址会自动增加，允许连续的读取数据。这意味着读取整个内存的数据,只要用一个指令就可以读完。数据读取完成之后，片选信号/ cs 拉高。
读取数据的指令序列,如上图所示。如果一个读数据指令而发出的时候，设备正在擦除扇区,或者(忙= 1)，该读指令将被忽略,也不会对当前周期有什么影响。
三、spi时序介绍 spi是串行外设接口（serial peripheral interface）的缩写，是一种高速的，全双工，同步的通信总线，并且在芯片的管脚上只占用四根线，节约了芯片的管脚，同时为pcb的布局上节省空间。
spi是一种高速、高效率的串行接口技术，一共有4根线。通常由一个主模块和一个或多个从模块组成，主模块选择一个从模块进行同步通信，从而完成数据的交换。spi是一个环形结构，通信时需要至少4根线（在单向传输时3根线也可以）。分别是miso（主设备数据输入）、mosi（主设备数据输出）、sclk（时钟）、cs（片选）。
（1）miso– master input slave output,主设备数据输入，从设备数据输出；
（2）mosi– master output slave input，主设备数据输出，从设备数据输入；
（3）sclk – serial clock，时钟信号，由主设备产生；
（4）cs – chip select，从设备使能信号，由主设备控制。
其中，cs是从芯片是否被主芯片选中的控制信号，也就是说只有片选信号为预先规定的使能信号时（高电位或低电位），主芯片对此从芯片的操作才有效。这就使在同一条总线上连接多个spi设备成为可能。接下来就负责通讯的3根线了。通讯是通过数据交换完成的，这里先要知道spi是串行通讯协议，也就是说数据是一位一位的传输的。这就是sclk时钟线存在的原因，由sclk提供时钟脉冲，sdi，sdo则基于此脉冲完成数据传输。数据输出通过 sdo线，数据在时钟上升沿或下降沿时改变，在紧接着的下降沿或上升沿被读取。完成一位数据传输，输入也使用同样原理。因此，至少需要8次时钟信号的改变（上沿和下沿为一次），才能完成8位数据的传输。
时钟信号线sclk只能由主设备控制，从设备不能控制。这样的传输方式有一个优点，在数据位的传输过程中可以暂停，也就是时钟的周期可以为不等宽，因为时钟线由主设备控制，当没有时钟跳变时，从设备不采集或传送数据。spi还是一个数据交换协议：因为spi的数据输入和输出线独立，所以允许同时完成数据的输入和输出。芯片集成的spi串行同步时钟极性和相位可以通过寄存器配置，io模拟的spi串行同步时钟需要根据从设备支持的时钟极性和相位来通讯。spi通信原理比i2c要简单，iic有应答机制，可以确保数据都全部发送成。spi接口没有指定的流控制，没有应答机制确认是否接收到数据，速度上更加快。
spi总线通过时钟极性和相位可以配置成4种时序：
stm32f103参考手册，spi章节介绍的时序图：
spi时序比较简单，cpu如果没有硬件支持，可以直接写代码采用io口模拟，下面是模拟时序的示例的代码：
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