SPI

SPI (Serial Peripheral Interface)

SPI 是一种高速、全双工、同步的通信总线，由摩托罗拉在 1980 年代推出。它通常用于短距离、高速的数据传输。

协议概述

• 物理层：通常需要 4 根线（有时 3 根）。
  • SCLK (Serial Clock)：时钟线，由主机产生。
  • MOSI (Master Out Slave In)：主机输出，从机输入。
  • MISO (Master In Slave Out)：主机输入，从机输出。
  • CS/SS (Chip Select / Slave Select)：片选线，低电平有效。
• 架构：单主多从（Single-Master, Multi-Slave）。
• 速率：非常高，通常可达 10 Mbps 甚至更高（取决于器件）。

通信模式：全双工交换

SPI 的本质是移位寄存器的数据交换。在时钟脉冲下，主机和从机的数据同时移出和移入。

sequenceDiagram
    participant Master as 主机 (MCU)
    participant Slave as 从机 (Flash)

    Note over Master: 拉低 CS 选中从机
    Master->>Slave: CS = Low
    
    loop 每个时钟周期
        Master->>Slave: MOSI 发送 1 bit
        Slave->>Master: MISO 发送 1 bit
    end
    
    Note over Master: 拉高 CS 结束通信
    Master->>Slave: CS = High

特点：

• 全双工：发送和接收同时进行。
• 无地址：通过独立的 CS 片选线 来选择从设备。每个从设备需要一根独立的 CS 线。
• 四种模式：根据时钟极性 (CPOL) 和相位 (CPHA) 的不同，有 4 种工作模式 (Mode 0-3)。

优缺点

优点	缺点
速度快：比 I2C 和 UART 快得多。	引脚多：每个从机需要一根 CS 线，占用 MCU 引脚多。
全双工：数据传输效率高。	无应答：没有硬件 ACK 机制，无法确认从机是否接收。
协议简单：硬件实现简单，无复杂的起始/停止位。	距离短：仅限于板级通信，抗干扰能力弱。

典型应用

• 高速存储器（Flash, SD 卡）
• 高速传感器（IMU）
• 显示屏驱动（TFT LCD）
• 网络控制器（Ethernet）