【科普贴】SPI接口详解

大家好，又见面了，我是你们的朋友全栈君。

一、SPI接口简介

SPI接口是一种同步串行总线（Serial Peripheral Interface）多用于Flash存储器（如NOR Flash&Nand Flash），ADC、LCD控制器等外围器件的通讯接口。大大增强了处理器的外设扩展能力。
SPI接口缩写
SSEL：slave select，常常也被写作CS（chip select）或SS（slave select）
SCK：serial clock，常常也写作SCLK或SCL
MISO：master input slave output，常常被简写为SO（slave output，也有说是serial output）
MOSI：master output slave input，常常被简写为SI（slave input，也有说是serial input）

在SPI总线上，当一个主机和多个从机进行通讯时，通过CS来选择和那个设备进行通讯，可以将CS理解为enable信号，低电平有效。当多个从机存在时，这就要求从机的MISO口具有三态特性，使得该接口在器件未被选通时表现为高阻抗。当前多数SPI设备在不做通讯时，默认的状态通常就是高阻抗状态。
如下图是某个SPI Nand Flash中的Timing图。

SPI接口通常少有被用作一主多从的状态。常常被用作一对一的SPI通讯，常常的连接方式如下方式。

二、SPI通讯方式

标准的SPI通讯协议，通常会采用时钟的极性和采样的相位，将SPI分为四种工作模式
说人话就是：时钟的空闲状态分为高电平和低电平两种状态。采样方式可以选择上升沿采样或者是下降沿采样两种方式，进行排列组合就是四种状态。详细见下。

通常设备手册是中会描述SPI设备支持那些模式。下图是某家SPI NAND所支持的SPI模式。
下图中
CPOL ：Clock Polarity（时钟极性 ）
CPHA ：Clock Phase（时钟相位）
时钟极性（CPOL）对传输协议没有重大的影响。如果CPOL=0，串行同步时钟的空闲状态为低电平；如果CPOL=1，串行同步时钟的空闲状态为高电平。时钟相位（CPHA）能够配置用于选择两种不同的传输协议之一进行数据传输。如果CPHA=0，在串行同步时钟的第一个跳变沿（上升或下降）数据被采样；如果CPHA=1，在串行同步时钟的第二个跳变沿（上升或下降）数据被采样。SPI主模块和与之通信的外设音时钟相位和极性应该一致。
输入数据在上升沿的时候保持，数据在下降沿的时候允许变化。说白了就是上升沿采样。
SPI通讯常用到的被分为四种通讯方式1）单线模式，2）标准模式，3）双线模式，4）四线模式，各自的应用场景不同。SPI标准模式上面有介绍过这里不过多累述。
SPI单线通讯模式
SPI单线模式是将原来的两根数据线改成一根，通讯方式变成了半双工的通讯方式，在接线上，只需要三根线分别是SCLK、I/O、CS。时钟频率通常可以做到10MHz

SPI双线通讯模式（Dual SPI）
SPI双线模式，是将原来的SI、SO两个数据线单线数据线，改成双向数据线。也是一种半双工的通讯模式。下图是某家SPI NAND中对于这种模式的描述。

SPI四线通讯模式
SPI四线模式，通常是Flash使用较多，SPI NOR Flash和SPI NAND Flash都有使用，这种方式是将SI、SO、WP、HOLD全部改成双向IO进行通讯。也是一种半双工通讯模式。下图是某家SPI NAND中对于这种模式的描述。