SPI通信协议详解

SPI协议基本概念

SPI接口
（1）SPI（Serial Peripheral interface）是一种同步串行传输规范，也是单片机外设芯片串行外设扩展接口，该接口是一种高速，全双工，同步的通信总线，并且在芯片的管脚上占用4根线
（2）SPI接口主要应用在EEPROM，Flash，实时时钟，AD转换器，还有数字信号处理器和数字信号解码器之间
（3）SPI由一个主设备和一个或多个从设备组成，主设备启动一个与从设备的同步通讯，从而完成数据的交换
（4）SPI接口由MOSI（串行数据输出），MISO（串行数据输入），SCLK（串行移位时钟），/SS（从设备使能信号），四种信号构成

（5）MOSI（串行数据输出），MISO（串行数据输入），SCL（串行移位时钟）都是公用的，只有SS（从设备使能信号）不是公用的，每增加一个从设备，那么就要增加一个SS使能信号，从而实现寻址的功能，当你的引脚不够用的时候，最好使用IIC（只有两根线）
引脚描述
MOSI：主设备数据输出，从设备数据输入
MISO：主设备数据输入，从设备数据输出
SCLK：时钟信号，由主设备产生
/SS：从设备使能信号，由主设备控制。当有多个从设备的时候，每个从设备都有一个片选接入到主设备机中，当我们的主设备和某个从设备通信时，需要将从设备对应的片选信号拉低或拉高
SPI接口特点
（1）SCLK信号线只由主设备控制，从设备不能控制信号线，同样，在一个基于SPI的设备中，至少有个主设备
（2）与普通的串行通信不同，普通的串行通讯一次连续传输至少8位数据（UART，但是还有一个起始位，一个停止位，还有校验位（可有可无）），而SPI允许数据一位一位的传送，甚至允许暂停，因为SCLK时钟线由主控设备控制，当没有时钟跳变时，从设备不采集或传送数据，也就是说，主设备通过对SCLK时钟线的控制可以完成对通讯的控制
（3）SPI还是一个数据交换协议：因为SPI的数据输入和输出线独立，所以允许同时完成数据的输入和输出。不同的SPI设备的实现方式不尽相同，主要是数据改变和采集的时间不同，在时钟信号上沿或下沿采集有不同的定义。
移位传输

在SCLK的控制下，两个双向移位寄存器进行数据交换
（4）在点对点的通信中，SPI接口不需要进行寻址操作，且为全双工通信，显的简单高效。在多个从设备的系统中，每个从设备需要独立的使能信号，硬件上比IIC系统要稍微复杂，SPI的一个缺点；没有指定的流控制，没有应答机制确认是否接收到数据

SPI的工作模式

概述
SPI通信有4种不同的模式，不同的从设备可能在出厂时就是配置为某种模式，这个不能更改，但我们的通信双方必须是工作在同一模式下，所以我们可以对我们的主设备的SPI模式进行配置，通过CPOL（时钟极性）和CPHA（时钟相位）来控制我们的主设备的通信模式：

时钟极性CPOL是用来配置SCLK的电平出于空闲态或者有效态，时钟相位CPHA是用来配置数据采样是在第几个边沿
CPOL=0；表示当SCLK = 0时，处于空闲态，所以有效态就是SCLK处于高电平
CPOL=1；表示当SCLK = 1时，处于空闲态，所以有效态就是SCLK处于低电平
CPHA=0；表示数据采样是在第1边沿，数据发送在第2个边沿，也就是奇数边沿被采样
CPHA=1；表示数据采样是在第2边沿，数据发送在第1个边沿，偶数边沿被采样
（1）起始信号：NSS信号线由高变低，是SPI通讯的起始信号
（2）借宿信号：NSS信号由低变高，是SPI通讯的停止信号
（3）数据传输：SPI使用MOSI以及MISO信号来传输数据，使用SCK信号线进行数据同步。MOSI及MISO数据线在SCK的每个时钟周期传输一位数据，且数据输入输出时同时进行的。SPI每次传输数据可以8位或16位为单位，每次传输的单位数不受限制
通信模式的设置
由于CPOL以及CPHA的不同状态，SPI分成了四种模式，主机与从机需要工作在相同的模式下才可以正常通信，因此通常主机要按照从机支持的模式去设置

STM32F4-SPI控制器特性

STM32F4的MOSI以及MISO都连接到数据移位寄存器上，数据移位寄存器的数据来源于接收缓冲区与发送缓冲区
（1）通过写SPI的“数据寄存器DR”把数据填充到发送缓冲区
（2）通过读“数据寄存器DR”可以获取接收缓冲区中的内容
（3）其中数据帧长度可以通过“控制寄存器CR1”的“DFF位”配置为8位或16位模式，配置“LSBFIRST位”可选择MSB先行还是LSB先行

内部SPI设置

STM32F429有高达6个SPI（45Mbits/s），其SPI接口提供两个主要功能：支持SPI协议和I2S音频协议。默认情况下，选择的是SPI功能。可通过软件将接口从SPI切换到I2S。
串行外设接口SPI可与外部器件进行半双工/全双工的同步串行通信。该接口可配置为主模式，在这种情况下，它可为外部器件提供通信时钟SCLK。该接口还能够在多主模式下工作
它可用于多种用途，包括基于双线的单工同步传输，其中一条可作为双向数据线，或使用CRC检验实现可靠通信
片选接到了主控制逻辑芯片上面，主控制逻辑芯片又连接到了MOSI和MISO上面，时钟引脚接到了我们的波特率发生器上面，波特率是由SPI_CR1上面产生的，
单个主器件/单个从器件应用

主模式