SPI 簡介－拾人牙慧

SPI (Serial Peripheral Interface)

SPI 是 SPI Bus 簡稱，是一種用於晶片通信的同步串行通信介面規範，SPI 裝置之間使用全雙工模式通信，是一個 master 搭配一個或多個 slave 的模式。

SPI 使用四根訊號線，如下：
1, SCLK (Serial CLocK)：串列時脈，由 master 發出。
2, MOSI (Master Output Slave Input)：由 master 輸出訊號到 slave。
3, MISO (Master Input Slave Output)：由 slave 輸出訊號到 master。
4, CS/SS (Chip/Slave Select)：選擇 chip/slave，由主機發出。

下圖為 SPI 線路範例，由一個 master 裝置及三個 slave 裝置組成：
SPI 簡介
可以看到對 SPI Master 來說，MOSI, SCLK, SS 為 output，MISO 為 input。

SPI 的線路圖範例為：
SPI 簡介

SPI 只是硬體的傳輸協定，完全沒有提及定址(選擇晶片/暫存器位址)，指令，資料長度...等等，這一部份是完全由 slave 晶片制定，master 想要控制 slave 動作必需完全依據 slave 晶片 datasheet 上的規範。

SPI 的資料是 MSB 先傳，且 SPI 不提供交握機制，無法確認 slave 晶片是否有跟上。
另一方面， I2C 則有雙向的確認機制。

極性與相位

使用 SPI，最麻煩一件事是確認周邊晶片的工作模式。

SPI 可以分為 4 種工作模式：
1，依其時脈 (Clock) 的極性 (polarity)，分成 2 種，CPOL = 0 或 1。
2，再依其時脈 (Clock) 的相位 (phase)，分成 2 種，CPHA = 0 或 1。

SPI slave 晶片一般只支援一種工作模式，所以通常 master 必需遷就 slave 把工作模式設成和 slave 一致，才能正常運作。

第一個不同是 SCLK 的極性 (polarity)，所謂極性其實是指 SPI 不工作時，SCLK 是停留在高電位還是低電位：
在不工作時，CPOL=0 是指 SCLK 停留在低電位，CPOL=1 則是指 SCLK 停留在高電位。

再來要注意 Slave 晶片是在 SCLK 的下降緣栓鎖資料，還是在 SCLK 的上升緣栓鎖資料。
如果 Slave 晶片在 SCLK 的下降緣栓鎖資料，相對的 master 就必需要在上升緣送出資料。
反之，slave 晶片在 SCLK 的上升緣栓鎖資料，相對的 master 就必需要在下降緣送出資料。

CPHA=0 是 SPI 的第一個 bit 讀取的步驟會發生在 clock 訊號開始變化的第一個邊緣。
CPHA=1 是 SPI 的第一個 bit 讀取的步驟會發生在 clock 訊號開始變化的第二個邊緣。

整體來看，如下圖：

SPI 簡介
從 CS 被拉低後，SCLK 開始動作，依 CPOL 的值 0 或 1，來決定要拉 LOW 還是 HIGH。
接著看依 CPHA 的值 0 或 1，來決定資料讀取的步驟是要在 SCLK 訊號開始變化的第一個邊緣還是第二個邊緣。而這同時也間接地決定了資料寫入步驟的時間點。