[導讀] 前面總結了UART/I2C的技術要點，SPI相對I2C而言，比較簡單。本文來總結一下SPI總線我的認爲比較重要的一些技術要點。node
什麼是SPI？
SPI(Serial Peripheral Interface) 是一種嵌入式系統中應用普遍的同步串行通訊、主從架構式總線接口。80年代由摩托羅拉開發，已成爲事實標準。web
這句話裏有幾個關鍵要點：編程
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同步 -
串行 -
通訊 -
主從 -
總線
要理解這些要點，先上圖，一圖勝千言：安全
常見的SPI接口有這樣幾個引腳：微信
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SCLK: 串行時鐘，老是主端負責輸出(Master)。老是由主端控制該信號，從端爲輸入採樣。 -
MOSI:主出從入（Master Output Slave Input)。老是由主端控制該信號，從端爲輸入採樣。 -
MISO:主入從出(Master Input Slave Output)。老是由從端控制該信號，主端爲輸入採樣。 -
:從選擇信號(Slave Select)。老是由主端控制該信號，從端爲輸入採樣。
要理解上面這幾個信號引腳的內涵，結合時序圖，就比較容易理解了：數據結構
數字電路中，同步電路是一種經過時鐘信號同步存儲元件狀態變化的數字電路。架構
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主端>從端：app
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：主端發送低電平先選通從芯片，上面加帽表示低有效。啥意思呢？就是這個腳低電平期間選中從設備，主設備發送的時序報文對選中的從設備有效，其餘掛載在總線上的設備忽略總線報文。 -
SCLK/SCK：發送同步移位時鐘。 -
MOSI：將數據按照SCLK移位時鐘週期，將數據移位發送至該引腳。被 選中的從設備依照SCLK/SCK上升沿或者降低沿，按位採樣，通常字節的高位在前，具體須聽從芯片手冊時序定義。從端依賴SCK/SCLK對MOSI上的信號逐位採樣，採樣的位依次進入接收移位寄存器，完成對字節的重組。當字節接收完成，再由後續數字電路進行處理。後續處理芯片實現各異，如是一個單片機則可能引起中斷請求，如是特定功能數字芯片，則依據接收報文完成相應的功能處理。 -
從端>主端:less
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：主芯片發送低電平先選通從芯片。 -
SCLK/SCK：發送同步移位時鐘。 -
MISO: 相似MOSI發送位流，依賴SCLK/SCK將位流依次發送至引腳上，主設備在同步時鐘的跳變邊沿採樣該引腳，進而移位接收位流。 -
採樣沿：SPI採用邊沿觸發採樣，對MOSI/MISO上的位序列進行採樣，實際芯片有下面兩種方式：編輯器
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CPHA=0，表示上升沿採樣 -
CPHA=1，表示降低沿採樣
通過這些描述，解釋了串行、同步、主從的概念。
什麼是通訊？
衆所周知，計算機是一個二進制系統，全部的信息都是基於0/1進行編碼、進行運行管理的。由0/1編碼進而表示字符、文本、文件。那麼SPI實現了底層的0/1碼流的傳遞機制，能傳遞0/1，經過應用控制、很天然就能交換信息。
這是否有種一輩子2、二生3、三生萬物的意思呢？
因此在研究各類通訊總線的物理層時，就其本質而言都是界定如何對信息流的基本單元0/1進行編碼、解碼、收發的。
什麼是SPI總線呢？
對於SPI總線而言，有兩種拓撲：
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獨立片選拓撲：總線拓撲須要更多片選引腳，但通訊效率高。信息直接在主從間傳遞 -
菊花鏈拓撲：節省引腳，但效率較低，數據信息傳遞須要級聯傳遞。
獨立片選拓撲
如上圖：
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每一個從設備都有獨立的片選引腳 ，主機同一時間段內，與一個從設備進行通訊，也即選中一個從設備。 -
MOSI/MISO/SCLK並聯在一塊兒 -
MISO須是三態門，當從設備未選中時，該腳須設置爲高阻態，而不能是輸出態，不然會影響總線，這句話對於多從設備應用而言，請重點理解。尤爲當用GPIO模擬SPI應用而言，須特別注意這一點！ -
對於MOSI/SCLK，雖然並聯在一塊兒，可是因爲僅一個輸出，多輸入。輸入引腳的阻抗原本就是高阻，因此不會有問題。
菊花鏈拓撲
有的芯片支持菊花鏈拓撲鏈接，這是何意呢？啥是菊花鏈呢？在電氣和電子工程中，雛菊鏈是一種佈線方案，其中多個設備按順序或按環鏈接在一塊兒，相似於雛菊的花環。其信息傳遞在鏈中流轉。
那麼對於SPI總線而言，具體是如何鏈接的呢？
其本質就是主從級聯：
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共用SCLK/ ，這兩根線並聯在一塊兒 -
主MOSI連次級MOSI，次級MISO連次次級的MOSI....,而後由最後一級的MISO再送回到主設備的MISO。
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某級從設備在第N組時鐘週期用MISO發送第N-1組時鐘週期接收到位給下級設備，同時把本組時鐘週期期間前級設備經過MISO移位進來的數據保存按位序保存進接收寄存器中。其實在底層是按照位進行流轉的。這個傳遞過程當 變爲高電平時則中止，各從設備當前寄存器中內容鎖定了。具體應用時，若是要將某一字節傳遞到某個設備，則須要組織好傳遞的碼流，以及時鐘控制。 -
對於菊花鏈數據傳遞過程，其實相似於擊鼓傳花遊戲。鼓點的做用就是同步時鐘，花則是要傳遞的信息數據，鼓點的起停則相似於片選控制，惟一不一樣的是，擊鼓傳花傳的是一朵花，而菊花鏈總線傳遞的是二進制流，至於從設備究竟要怎麼應用這些數據流，則具體實現各異。
其實熟悉數據結構的同窗可能會想，這個拓撲咋很像首尾相連的環形鏈表呢？確實很像，雖然沒啥直接關係。
引腳的別名
對於SPI的引腳，不一樣的芯片廠商在DATASHEET上定義的引腳名字可能不一樣，這裏將常見的別名整理一下：
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MOSI主出從入:
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SIMO, MTSR -
SDI, DI, DIN, SI -
SDO, DO, DOUT, SO -
MISO主入從出
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SOMI, MRST -
SDO, DO, DOUT, SO -
SDI, DI, DIN, SI -
片選
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S̅S̅, SSEL, CS, C̅S̅, CE, nSS, /SS, SS
不少功能芯片可能沒有MISO引腳，也即沒法支持讀操做，僅僅支持寫入操做。
SPI優缺點
優點：
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傳輸速度高，SPI並未限定最高速度。有的應用甚至高達10Mbps。 -
全雙工，但有的芯片沒有MISO，則不支持。 -
相較於I2C而言，SPI簡單一些，編程容易，控制簡單 -
信號爲單向信號，易於電隔離。尤爲在工業產品中電氣隔離在抗干擾方面、以及本質安全方面要求比較高。 -
沒有複雜的總線仲裁機制，相對健壯。
劣勢：
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無尋址機制，須要額外的片選信號 -
SPI總線對於多從模式支持很差，兩種拓撲都沒法支持不少從設備，並且系統中也僅有一個主設備 -
沒有定義錯誤檢測機制 -
事實上的標準，但無正式標準 -
與I2C同樣也只是芯片間總線，沒法長距離通訊
總結一下
或許有人會說I2C比SPI更好更爲優越，SPI則相對簡單粗暴。事實上作這樣的對比，我的認爲是沒什麼意義。
這兩種協議在魯棒性方面都比較好。I²C之因此優雅，是由於它在極簡的基礎架構（兩線SDA/SCL）上提供了很是先進的功能，例如自動多主機衝突處理和內置地址管理。可是它相對卻很是複雜，在性能上或許有所欠缺。
另外一方面，SPI很是易於理解和實施，而且爲擴展提供了很大的靈活性。SPI的優雅之處在於簡單性。SPI應該被視爲構建用於IC之間通訊的自定義協議棧的良好接口。所以，儘管使用SPI可能須要作更多的工做，但能夠提供更高的數據傳輸性能和靈活的自由度。
若是必定要比較，則SPI和I2C都爲低速設備的通訊提供了良好的接口支持，可是SPI更適合點對點傳輸數據流的應用，而I²C則更適合於多主機「寄存器訪問」應用。
正確使用這兩種協議可提供相同級別的魯棒性，芯片廠商對兩種接口都普遍支持。市面上提供了大量的外圍芯片，好比 EEPROM，ADC，DAC，RTC，微控制器，傳感器，LCD控制器，這些芯片主要提供I²C，SPI或同時支持這2個接口。
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