串行外設接口總線是一種以全雙工方式運行的同步串行通信鏈路，這意味著設備同時發送和接收數據。這些設備作為主/從設備進行通信，其中主設備通過選擇帶有硬件線路的從設備來啟動通信，并且還提供用于將數據位移入和移出從設備的同步時鐘。

通信所需的信號是從選擇（SS）、主輸入從輸出（MISO）、主輸出從輸入（MOSI）和串行時鐘（SCK）。SPI 相對于其他通信協議的優勢在于，尋址是在硬件中通過 SS 線執行的，從而可以更快地尋址設備，并且通信是全雙工的，從而可以更快地傳輸數據（圖 1）。

圖 1 串行外設接口總線

SPI 通信開始于主機斷言 SS 線。根據器件的不同，SS 線可能是高電平有效或低電平有效。在開始通信之前，主設備必須等待至少一個時鐘周期。與 SS 線的活動極性非常相似，SS 激活后的等待時間因設備而異。例如，模數轉換器可能要求主設備在其 SS 線被斷言后等待轉換完成。接下來，主機將開始將數據移出 MOSI 線，并將數據移入 MISO。數據始終以全雙工方式傳輸，即使該數據沒有意義。例如，為了讓主設備從從設備接收 24 位數據，它還必須向從設備發送 24 位數據（圖 2 和圖 3）。

圖 2 階段 0 時序

第一階段時間

沒有關于使用哪個時鐘邊沿來發送和接收數據的標準，因此根據時鐘極性和時鐘相位，有四種可能的操作模式。請參閱下面圖 4 中的表格。

SPI 模式

圖 4 SPI 模式

以模式 1 為例，主機將在 SCK 線為低電平時空閑總線。當主機將 SCK 線推高時，它也會將最高有效位放在 MOSI 線上。同時，Slave 將把最重要的放在 MISO 線上。接下來，Master 拉動 SCK 線并從 MISO 線上的 Slave 讀取穩定位。同時，Slave 在 MOSI 線上讀取 Master 生成的穩定位。當 SS 線路停用時，通信終止，因此它必須在整個通信幀期間保持活動狀態。

編輯：hfy