LinuxSPI协议介绍与访问方法-RZMPU工业控制教程连载（11）

SPI（Serial Peripheral Interface，串行外设接口）是由摩托罗拉（Motorola）在1980前后提出的一种全双工同步串行通信接口，它用于MCU与各种外围设备以串行方式进行通信以交换信息，通信速度最高可达25MHz以上。

SPI接口主要应用在EEPROM、FLASH、实时时钟、网络控制器、OLED显示驱动器、AD转换器，数字信号处理器、数字信号解码器等设备之间。

SPI通常由四条线组成，一条主设备输出与从设备输入（Master Output Slave Input，MOSI），一条主设备输入与从设备输出（Master Input Slave Output，MISO），一条时钟信号（Serial Clock，SCLK），一条从设备使能选择（Chip Select，CS）。假设现在主控芯片要传输一个0x56数据给SPI Flash，时序如下：

首先拉低CS0选中SPI Flash，0x56的二进制就是0b0101 0110，因此在每个SCK时钟周期，DO输出对应的电平。SPI Flash 会在每个时钟周期的上升沿读取D0上的电平。

SPI和I²C对比如下表所示。SPI可以同时发出和接收数据，因此SPI的理论传输速度比I²C更快。SPI通过片选引脚选择从机，一个片选一个从机，因此在多从机结构中，需要占用较多引脚，而I²C通过设备地址选择从机，只要设备地址不冲突，始终只需要两个引脚。

主机发送N字节给从机时，必定能接收到N字节，至于接收到的N字节是否有意义由从机决定。如果主机只想对从机进行写操作，主机只需忽略接收的从机数据即可。如果主机只想读取从机数据，它也要发送数据给从机（发送的数据可以是空数据）。

6.1.3 SPI的数据传输模式

SPI有四种传输模式，如下表所示，主要差别在于CPOL和CPHA的不同。

⚫ CPOL（Clock Polarity，时钟极性）表示SCK在空闲时为高电平还是低电平。当CPOL=0，SCK空闲时为低电平，当CPOL=1，SCK空闲时为高电平。

⚫ CPHA（Clock Phase，时钟相位）表示SCK在第几个时钟边缘采样数据。当CPHA=0，在SCK第一个边沿采样数据，当CPHA=1，在SCK第二个边沿采样数据。

⚫ CPHA=1时，表示在时钟第二个时钟边沿采样数据。

⚫ 当CPOL=1，即空闲时为高电平，从高电平变为低电平再变为高电平，第二个时钟边沿（上升沿）即进行采样。

⚫ 当CPOL=0，即空闲时为低电平，从低电平变为高电平再变为低电平，第二个时钟边沿（下降沿）即进行采样，如图所示：

应用程序怎么访问SPI设备？有两种方法：

① 使用驱动程序：SPI设备有对应的驱动程序，应用程序根据这个驱动程序的规范，使用普通的open/read/write等接口函数即可。

② 使用用户态接口：没有为SPI设备编写驱动程序时，应用程序根据芯片规范，直接操作SPI Controller的驱动程序进行数据收发。

要理解这两种方式，先看如下图的结构：

① SPI Device1接入SPI控制器1，SPI Device2接入SPI控制器2。

② 对于SPI Device1，有对应的驱动程序“Device1 Driver”。

③ 对于SPI Device2，没有对应的驱动程序。

④ 对于SPI控制器1、SPI控制器2，有一个驱动“spidev.c”，它把控制器的接口暴露给用户。