SPI数据传输协议解析

SPI数据传输协议 

一、同步串行全双工

同步通信：双方在同一个时钟信号的控制下，进行数据的接收和发送，来一个时钟，发送端发送，接收端接收

异步通信：异步通信在发送字符时，所发送的字符之间的时间间隔可以是任意的

串行：就是一根数据线，类似于单车道 

并行：就是多车道了一般是8根数据线 类比于8车道

全双工是指host（主设备）与外围从设备之间的发送线和接受线各自独立，发送数据的同时也能够接收数据，两者同步进行。全双工模式可以保证主从同步读写比特流。

当数据流量不大，双向传输的频率较低时，建议采用半双工模式，它的优点是节省传输资源，传输效率高，缺点是单向传输，不能同时进行双向数据传输。当数据流量大，双向传输的频率较高时，建议采用全双工模式，它的优点是可以双向传输数据，支持实时性高的应用，缺点是传输资源受限。

SPI是串行外设接口(Serial Peripheral Interface)的缩写。是Motorola 公司推出的一种同步串行接口技术，是一种高速的，全双工，同步的通信总线。

下图为一主多从的模式

SPI Flash的本质就是使用SPI的协议去对Flash 存储器进行各种读写操作。

二、SPI协议的整个工作过程如下：

当CS# go low之后，输入到从器件的CLK开始有效，全双工的传输过程开始。主器件在信号线SI上输入数据并被从器件读取，从器件输出数据到SO信号线并被主器件读取。当CS# go high之后，从器件不再被选中，结束整个传输过程。在传输的时候，不管是输入输出，通常都是以一个byte的最高有效位（MSB）开始传输。

SPI总线支持mode 0和3。这里的mode 0和3是指时钟模式，SPI协议通常有4种模式，可以通过CPOL（时钟极性 Clock Polarity）和CPHA（时钟相位 Clock Phase）来定义：

时钟极性和相位共同决定读取数据的方式，比如信号上升沿读取数据还是信号下降沿读取数据；

模式0（CPOL=0, CPHA=0）：时钟空闲低电平，数据在上升沿采样，下降沿切换。

模式3（CPOL=1, CPHA=1）：时钟空闲高电平，数据在上升沿采样，下降沿切换。

以下是MODE0 下仿真结果

三、整体的传输大概可以分为以下几个过程：

Step1:主机先将片选CS信号拉低，这样保证开始接收数据

Step2:当接收端检测到时钟的边沿信号时，它将立即读取数据线上的信号，这样就得到了一位数据（1bit）;

Step3:主机发送到从机时：主机产生相应的时钟信号，然后数据一位一位地将从MOSI信号线上进行发送到从机；

Step4:主机接收从机数据：如果从机需要将数据发送回主机，则主机将继续生成预定数量的时钟信号，并且从机会将数据通过MISO信号线发送；