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什么是SPI

SPI 的全称是：Serial Peripheral Interface。是一种高速、全双工、主从结构、同步串行通信协议规范，由摩托罗拉（现 NXP）在 1980 年代提出，主要用于短距离板级设备间通信（如：MCU 连接传感器、存储器、屏幕等）。如下图所示，是 SPI 总线典型的连接关系，图中有 1 个主机和 3 个从机，其中，我们把控制发送节奏的一方叫做Master，把被动通信的一方叫做Slave

SCK

全称：Serial Clock 作用：由主设备 (Master) 产生并输出的时钟信号。

功能：为整个通信过程提供同步时钟节拍。数据位的采样和切换都严格发生在 SCK 的边沿。

方向：Master (m) → Slave (s)。

细节：一些 SPI 接口的芯片，时钟信号名称不一定叫 SCK，可能叫 CLK、SCLK 等，请以芯片手册实际情况为准，为了统一口径，我们这里统一叫做 CLK

MOSI

全称：Master Out / Slave In

作用：主设备发送数据到从设备的数据线。

方向：Master (m) → Slave (s)。对于主设备而言是输出，对于从设备而言是输入。

注意：一些 SPI 接口的芯片，该信号名称不一定叫 MOSI，可能叫 SDI 或者其它的什么，请以芯片手册实际情况为准。

MISO

全称：Master In / Slave Out

作用：从设备发送数据到主设备的数据线。

方向：Slave (s) → Master (m)（只有当该从设备被选中时有效）。对于主设备而言是输入，对于从设备而言是输出。

注意： 一些 SPI 接口的芯片，该信号名称不一定叫 MISO，可能叫 SDO 或者其它的什么，请以芯片手册实际情况为准。

SS

全称：Slave (Chip) select

作用：主设备用来选择和使能特定从设备的信号线，即实现 "片选" 功能 实现：通常低电平有效。当某个从设备的 SS / CS 线被主设备拉低时，该从设备被激活，准备与主设备通信。未被选中的从设备必须将其 MISO（输出）线置于高阻态，以避免总线冲突。

方向：Master (m) → Slave (s)。

数量：每个从设备都需要一个独立的 SS / CS 线。这是 SPI 支持多从机的主要方式（非总线仲裁）。

SPI的最大优点

SPI相比于Usart和I2C到底有什么优点呢？最大的有点就是SPI的速度快

SPI复用GPIO

经过前面对Usart，I2C的学习我们知道SPI复用GP IO是再平常不过的事情。那具体怎么复用的呢？

从图中可以看出，SPI复用了四个GPIO引脚，NSS，SCK，MOSI是复用推挽输出（区别于I2C的开漏模式），MISO则类似于浮空输入。

那复用哪个GPIO是由我们决定的吗？

经过前面的学习，我们知道肯定不是。是由意法半导体决定的。想要知道SPI会复用哪些个引脚，我们应该去找意法半导体提供的数据手册。

以STM32F103ZET6中的 SPI1 为例

如图所示，SPI在一般情况下会复用PA4，PA5，PA6，PA7，。当然这些引脚可以被多个片上外设复用，当这些引脚被复用时，会启用重映射功能，让SPI复用其他引脚。

关于片选

NSS有几个？

默认有一个 NSS，但是 NSS 的逻辑非常简单，可以完全用GPIO Pin取代，只要对应的 GPIO 针脚输出低电平，就可以选中某个从机，那么原则上，一个 MCU 可以挂接很多个从机。这也就是为什么官方参考手册上说SPI 是三线制的原因，因为 NSS 可选可调可扩展

当然，用哪个GPIO Pin是由硬件工程师决定的。

未被选中的从机要保持高阻态

电气角度看，高阻态相当于断开连接。如果未被选中的从机不处于高阻态，万一它的 MISO 强行输出高电平，而当前被选中的从机也正要输出低电平，总线上就会发生短路，或者信息干扰

SPI的极简收发过程

说是极简，所以我们先记住两个准则：1SPI收发数据是边沿触发的（在下面的例子中，我们假设上升沿发送，下降沿接收）

2SPI是全双工的，本质是在交换数据，所以即使你只想读，也要发一些垃圾数据过去，不然无法读数据

过程图

发送数据

接收数据

时钟极性

时钟极性 (Clock Polarity - CPOL) 定义了时钟信号在空闲状态（无数据传输时）时的电平：

1. CPOL = 0：时钟空闲时为低电平，如下图所示。
2. CPOL = 1：时钟空闲时为高电平，如下图所示。

时钟相位

第一边沿和第二边沿

在理解时钟相位之前，我们先来理解两个概念：第一边沿和第二边沿。

第一边沿：一个有效时钟周期开始时的第一个电平跳变边沿

第二边沿：紧跟第一边沿发生的、方向相反的第二个电平跳变边沿

时钟相位

时钟相位 (Clock Phase - CPHA) 定义了数据在时钟信号的哪个边沿被采样（读取、捕获），哪个边沿允许数据变化 (发送)，决定了数据位保持稳定和切换的精确时刻。

CPHA = 0：数据在时钟的第一边沿被采样 (读取)，在第二边沿改变数据位 (发送)

CPHA = 1：数据在时钟的第一边沿改变数据位 (发送)，在第二边沿被采样 (读取)

CPHA 相位规则速记： CPHA=0：0 相当于嘴巴，读书用嘴巴

CPHA=1：1 相当于一支笔，用来写东西