SPI（Serial Peripheral Interface）串行外设接口是Motorola公司在2000年推出的一种同步接口。这种接口首先由Motorola 公司在80年代中期开发，后来逐步成为行业标准。那么什么是SPI呢？它是一种高速、全双工的同步串行控制总线，主要用于芯片间的传输。相比较其他常用的通讯协议或接口，比如I2C，UART或其他并行总线等，SPI的优缺点列举如下：
优点：
硬件实现简单，
通讯线比较少（通常4 pin，有利于芯片封装），
通讯速度比较快（相对于I2C，UART，有些芯片可以达到133Mbit/s），
PCB 布线比较容易，
驱动程序相对简单。
缺点：
数据没有应答， 需要上层硬件，软件来保证传输数据的正确性。
不适合长距离传输，主要用于板内或板间数据传输。
SPI接口被广泛的应用在串行FLASH存储器、EEPROM、AD转换芯片、液晶显示屏，解码器和各类传感器芯片中。
图1 SPI的应用场景
SPI 一主一从 连接
图2 一主一从SPI接口
其中， 主芯片 发送 SCLK，MOSI， #SS ； 主芯片接收 MISO信号。
SPI接口信号：
SCLK – Serial Clock （时钟信号，由主设备产生输出）；
MOSI– Master Output Slave Input （主设备数据输出，从设备数据输入）；
MISO– Master Input Slave Output （主设备数据输入，从设备数据输出）；
#SS– Chip Select （从设备使能信号，由主设备控制， 输出）。
SPI 是一种同步全双工的接口， 主设备发出时钟（SCLK），片选信号（#SS），MOSI 数据信号；
从设备使用主设备的时钟，返回（输出）MISO 信号 给主设备
SPI 一主多从 连接
图3 一主多从SPI接口
主设备可以有多个片选（#SS ）信号，每个#SS信号分别对应一个从设备， 一般情况下，#SS信号为低电平有效，但不是绝对的， 需要查看相关的设备手册（也有高电平有效的设备）
所有MISO 信号（从设备发出）共用一条MISO 信号线。
没有被#SS选择的设备，设备内部的MISO 需要高阻，这样就不影响其他从设备返回数给主设备。
从设备共用主设备发出的SCLK， MOSI信号 （广播）。
SPI的数据传输
SCLK 由主设备发出，通常情况下， 时钟速率没有强制规定， 主要看从设备的接受能力，不能超过从设备所规定的时钟速率即可。
MOSI和MISO线在SCLK的每个时钟周期传输一位数据，一般情况下（绝大多数）先发送最数据最高位MSB；最后发送数据最低位LSB。
SPI的四种通讯模式
四种模式的主要用来区分总线空闲时SCLK的状态 CPOL（clock polarity）和数据采样位置CPHA（clock phase）。其中CPOL和CPHA又被称为时钟极性CPOL（0，1）和 时钟相位CPHA（0，1）。 这两个概念，主要是用于兼容不同的从设备的需求而产生的通讯模式。 因此，由CPOL和CPHA的组合而产生了四种通讯模式，如图4所示。
CPOL（0，1）：没有数据传输时，空闲状态时，时钟的电平。其中括号中的0和1分别表示低电平和高电平。
CPHA（0，1）：数据在什么位置采样。括号中的0表示片选有效后第一个边沿采样， 1 表示片选有效后第二个边沿采样。
图4 时钟极性和相位时序图
图4中，时钟极性和相位可以分为以下四种组合：
CPHA = 1 ; 表示在片选后（片选信号有效），第二个时钟边沿 采集数据。同时还要看CPOL的初始状态（片选有效时）。
CPOL = 0 , 表示 初始SCLK电平为低，所以在SCLK的下降沿作为数据采样
CPOL = 1 , 表示 初始SCLK电平为高，所以在SCLK的上升沿作为数据采样
CPHA = 0 ; 表示在片选后（片选信号有效），第一个时钟边沿 采集数据。同时还要看CPOL的初始状态（片选有效时）。
CPOL = 0 , 表示 初始SCLK电平为低，所以在SCLK 的上升沿作为数据采样
CPOL = 1 , 表示 初始SCLK电平为高，所以在SCLK的下降沿作为数据采样
四种工作模式如表1所示。表1中所列出的四种模式通常被称作 mode 0，mode 1，mode 2和mode 3。
表1：
SPI 数据通讯方式
所有数据都是根据SCLK时钟信号进行 数据转换， 或者 数据采样的。 即SPI 是同步传输协议。具体情况（时钟上升沿是数据采样或者数据转换， 时钟下降沿是数据采样或者数据转换）根据SPI 的4种通讯模式。
如果需要片选信号，一定是在片选信号有效的情况下，遵循SPI 的4种通讯方式； 在片选无效时， 根据CPOL 的定义， 保持SCLK在高电平（CPOL = 1），或者低电平（CPOL = 0）。在有些一主一从的情况下， 可能不需要片选，这时默认片选是一直有效的。
数据传输没有规定需要多少个时钟周期，算是一个完整的操作。通常是 8， 16，24， 32个SCLK时钟周期等等。 根据从设备的定义，能够完成从设备的操作即可。
举例：
图5
图5所示：主设备发送8-bit命令
图6
图6所示：主设备发送8-bit 命令， 从设备返回24-bit 的数据给主设备。
图7
图7所示：主设备发送8-bit 命令， 发送 24-bit 的地址； 从设备返回24-bit地址所存储的数据。
对于数据传输来说，通讯的内容，由主从设备共同决定（从设备指出什么样的通讯可以被接受，主设备根据从设备的需求，编写相关的驱动）。
数据通讯没有应答信号（这个与IIC是不同的），所以通讯时，无法保证对方一定正确接收到发送的数据。 需要上层（软件， 硬件）校验，来保证数据传输的正确性。
SPI总线是全双工同步通讯总线， 即发送时也可以接收数据。但在一般情况下的应用是问答方式进行的。 即发送时，不接收数据； 接收时，不发送数据。 但没有明确规定，必须以这种半双工模式通讯。
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