SPI 协议详解

Posted 2021-08-28 行稳方能走远

参考：SPI 协议详解
作者：一只青木呀
发布时间： 2020-09-21 17:20:07
网址：https://blog.csdn.net/weixin_45309916/article/details/108713843

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• 1、SPI 简介
• 2、SPI四线
• 3、SPI四种工作模式
• 4、SPI时序图

同I2C 一样，SPI 是很常用的通信接口，也可以通过SPI 来连接众多的传感器。相比I2C 接口，SPI 接口的通信速度很快，I2C 最多400KHz，但是SPI 可以到达几十MHz。I.MX6U 也有4 个SPI 接口，可以通过这4 个SPI 接口来连接一些SPI 外设。I.MX6U-ALPHA 使用SPI3 接口连接了一个六轴传感器ICM-20608，本章我们就来学习如何使用I.MX6U 的SPI 接口来驱动
ICM-20608，读取ICM-20608 的六轴数据。

1、SPI 简介

上一章我们讲解了I2C，I2C 是串行通信的一种，只需要两根线就可以完成主机和从机之间的通信，但是I2C 的速度最高只能到400KHz，如果对于访问速度要求比价高的话I2C 就不适合了。本章我们就来学习一下另外一个和I2C 一样广泛使用的串行通信：SPI。

SPI 全称是 Serial Perripheral Interface，也就是串行外围设备接口。 SPI 是 Motorola 公司推出的一种同步串行接口技术，是一种高速、全双工的同步通信总线， SPI 时钟频率相比 I2C 要高很多，最高可以工作在上百 MHz。 SPI 以主从方式工作，通常是有一个主设备和一个或多个从设备，一般 SPI 需要4 根线，但是也可以使用三根线(单向传输)。

2、SPI四线

• ①、 CS/SS， Slave Select/Chip Select，这个是片选信号线，用于选择需要进行通信的从设备。I2C 主机是通过发送从机设备地址来选择需要进行通信的从机设备的， SPI 主机不需要发送从机设备，直接将相应的从机设备片选信号拉低即可。
• ②、 SCK， Serial Clock，串行时钟，和 I2C 的 SCL 一样，为 SPI 通信提供时钟。
• ③、 MOSI/SDO， Master Out Slave In/Serial Data Output，简称主出从入信号线，这根数据线只能用于主机向从机发送数据，也就是主机输出，从机输入。
• ④、 MISO/SDI， Master In Slave Out/Serial Data Input，简称主入从出信号线，这根数据线只能用户从机向主机发送数据，也就是主机输入，从机输出。

SPI 通信都是由主机发起的，主机需要提供通信的时钟信号。主机通过 SPI 线连接多个从设备的结构如下图所示：

3、SPI四种工作模式

SPI 有四种工作模式，通过串行时钟极性(CPOL)和相位(CPHA)的搭配来得到四种工作模式：

• ①、 CPOL=0，串行时钟空闲状态为低电平。
• ②、 CPOL=1，串行时钟空闲状态为高电平，此时可以通过配置时钟相位(CPHA)来选择具体的传输协议。
• ③、 CPHA=0，串行时钟的第一个跳变沿(上升沿或下降沿)采集数据。
• ④、 CPHA=1，串行时钟的第二个跳变沿(上升沿或下降沿)采集数据。

这四种工作模式如下图所示：

4、SPI时序图

以 CPOL=0， CPHA=0 这个工作模式为例， SPI 进行全双工通信的时序如下图所示：

从上图可以看出， SPI 的时序图很简单，不像 I2C 那样还要分为读时序和写时序，因为 SPI 是全双工的，所以读写时序可以一起完成。图中CS 片选信号先拉低，选中要通信的从设备，然后通过 MOSI 和 MISO 这两根数据线进行收发数据， MOSI 数据线发出了0XD2 这个数据给从设备，同时从设备也通过 MISO 线给主设备返回了 0X66 这个数据。这个就是 SPI 时序图。