SPI接口原理详解
1简介
spi：serial peripheral interface，是串行外设接口。
spi是由摩托罗拉于 1985 年前后开发，是一种适用于短距离、设备到设备通信的同步串行接口。
从那时起，这种接口就已成为许多半导体制造商，特别是微控制器（mcu）和微处理器（mpu）采用的事实标准。
2spi接口
spi总线是一种4线总线，通常有一个主设备和一个或多个从设备，需要至少4根线，事实上3根也可以。
mosi：master output slave input，主设备数据输出，从设备数据输入；
miso：master input slave output，主设备数据输入，从设备数据输出；
sclk：serial clock，时钟信号，由主设备产生；
ss：slave select，从设备选择信号，由主设备控制；
上面的ss信号，也可以理解为cs信号，一般是低电平有效，所以也是nss（非）信号；
cs：chip select，片选信号（从设备使能/选择信号），由主设备控制；
一主一从
最基本的spi通信就是一主一从，比如：一个stm32作为主机，一个w25q16（spi flash）作为从机。还有两个mcu之间进行spi通信等。
上图例子是主机发送一个字节数据（0x53），从机应答一个字节数据（0x46）。
一主多从
spi可以一主一从（一个主机，一个从机），但也可以一主多从。一主多从常见有两种连接方式。
a.常规
通常，每个从机都需要一条单独的ss线，要与指定的从机通信，将该从机的ss线设为低电平，并将其余的保持为高电平即可。
b.一条ss信号
某些应用只需要一条nss即可（比如：移位寄存器），对于这种布局，数据从一个从设备移位到另一个从设备。
3spi数据传输
spi的通信比较简单，一个时钟传输一位数据（主机 -> 从机，或者从机 -> 主机）。
spi时钟
理论上spi的时钟频率可以做到很大，一般几mhz~几百mhz，拿常见的w25q16来说，spi最高支持80mhz。
spi通信速率要结合实际情况，不能超过主机或从机支持的最大时钟频率。
spi数据
spi的数据分两个方向：
mosi：主机 -> 从机
miso：从机 -> 主机
spi通信有一个“缺点”：没有指定的流控制，没有应答机制确认是否接收到数据。
可以理解为：不知道是什么时候主机发给从机，什么时候从机发给主机，到底该发多少字节数据等。
此时，需要通信的主机和从机达成约定，一般由主机进行控制读写的操作。
比如下面这个读写spi flash数据的操作：
前面1字节是指令，紧接着再3字节（24位）地址，都是由主机发送给从机。之后，主机读取数据（由从机发送出来）。
时钟极性和相位
除了设置时钟频率外，主机还必须配置与数据有关的时钟极性和相位。
cpol确定时钟的极性，极性可以通过简单的逆变器进行转换。
cpha确定相对于时钟脉冲的数据位的时序（即相位）。
一般集成有spi外设的处理器，都有spi相关的配置寄存器，拿stm32来说，参考手册里面有详细介绍spi配置的信息。
建议大家结合时序图理解，不要死记硬背。
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mosi：master output slave input，主设备数据输出，从设备数据输入；
miso：master input slave output，主设备数据输入，从设备数据输出；
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ss：slave select，从设备选择信号，由主设备控制；
上面的ss信号，也可以理解为cs信号，一般是低电平有效，所以也是nss（非）信号；
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上图例子是主机发送一个字节数据（0x53），从机应答一个字节数据（0x46）。
一主多从
spi可以一主一从（一个主机，一个从机），但也可以一主多从。一主多从常见有两种连接方式。
a.常规
通常，每个从机都需要一条单独的ss线，要与指定的从机通信，将该从机的ss线设为低电平，并将其余的保持为高电平即可。
b.一条ss信号
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spi数据
spi的数据分两个方向：
mosi：主机 -> 从机
miso：从机 -> 主机
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此时，需要通信的主机和从机达成约定，一般由主机进行控制读写的操作。
比如下面这个读写spi flash数据的操作：
前面1字节是指令，紧接着再3字节（24位）地址，都是由主机发送给从机。之后，主机读取数据（由从机发送出来）。
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cpha确定相对于时钟脉冲的数据位的时序（即相位）。
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