SPI（Serial Peripheral Interface，串行外设接口）是一种同步、串行、全双工的通信方式。得益于其高速、协议简单的特点，它被广泛应用于存储芯片（如FLASH、SD卡）、显示模块（如LCD、OLED）等设备与主控芯片之间的数据交换。
SPI通信区分主机（Master）和从机（Slave），产生并输出时钟信号的一方为主机。标准的SPI通信需要4根信号线：
- SCLK：串行时钟，由主机产生。
- MOSI：主设备输出、从设备输入。
- MISO：主设备输入、从设备输出。
- CS/SS：从设备选择（Slave Select）信号，也称为片选（Chip Select）信号。
通信过程由主机发起。从机需要检测CS/SS信号，仅当该信号有效（通常为低电平）时，才会响应通信。同时，通信双方必须约定并遵守相同的时钟极性（Clock Polarity，CPOL）和时钟相位（Clock Phase，CPHA）特性：
- CPOL：时钟极性，决定了总线空闲时SCLK的电平状态（0=低电平，1=高电平）。
- CPHA：时钟相位，决定了数据在时钟的哪个边沿被采样（0=第一个边沿，1=第二个边沿）。
CPOL与CPHA的不同组合，构成了SPI的四种工作模式。其中，Mode 0和Mode 3在实际应用中最为常见。
深刻理解时序是掌握任何通信协议的关键。对于开发者而言，配置正确的SPI模式是确保设备间正常通信的第一步。
SPI 模式0详解
在模式0下，总线空闲时SCLK保持低电平（CPOL=0），数据在SCLK的第一个边沿（即上升沿）被采样（CPHA=0）。这意味着数据在时钟的上升沿时刻必须保持稳定。
SPI 模式1详解
模式1与模式0的时钟空闲状态相同（CPOL=0），但数据采样点不同。在模式1中，数据在SCLK的第二个边沿（即下降沿）被采样（CPHA=1）。
SPI 模式2详解
在模式2下，总线空闲时SCLK为高电平（CPOL=1）。数据在SCLK的第一个边沿（此时为下降沿）被采样（CPHA=0）。
SPI 模式3详解
模式3的时钟空闲状态与模式2相同（CPOL=1），但数据采样点移到了第二个边沿（此时为上升沿，CPHA=1）。这种模式与模式0在数据采样边沿上是一致的（都是上升沿采样），但时钟空闲状态相反。
SPI通信特性小结
- 传输单位：SPI以字节为单位进行传输，通常采用高位在前（MSB First）的格式。
- 流式传输：进行多字节传输时，字节之间通常无需插入等待周期，可以实现连续的数据流传输。
- 会话控制：通信的开始和结束由片选信号（CS/SS）的拉低和拉高来控制。
尽管硬件上SPI接口比UART、I²C需要更多的引脚，但它提供了一种更为高效的全双工通信方式，在要求高速数据传输的嵌入式场景（如读写Flash存储器）中具有不可替代的优势。如果你想深入探讨更多底层通信原理或嵌入式开发技术，欢迎在云栈社区交流分享。 | 
发表于 16 小时前
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