SPI接口是一种事实标准，并没有标准协议，大部分厂家都是参照Motorola的SPI 接口定义来设计的。但正因为没有确切的版本协议，不同家产品的SPI接口在技术 上存在一定的差别，容易引起歧义，有的甚至无法直接互连（需要软件进行必要的 修改）。
SPI接口经常被称为4线串行总线，以主/从方式工作，数据传输过程由主机初始化 。如图1所示，其使用的4条信号线分别为： 1) SCLK：串行时钟，用来同步数据传输，由主机输出； 2) MOSI：When master, out line; when slave, in line。主机输出从机输入数据线； 3) MISO：When master, in line; when slave, out line。主机输入从机输出数据线； 比如MOSI，该线上数据一定是Master流向Slave的。因此在电路板上，Master的 MOSI引脚应与Slave的MOSI引脚连接在一起。双方的MISO也应该连在一起，而不是 一方的MOSI连接另一方的MISO。 Motorola的经典命名是MOSI和MISO，这是站在信号线的角度来命名的。 不过，也有一些产家（比如Microchip）是按照类似SDI,SDO的方式来命名，这是 站在器件的角度根据数据流向来定义的。 SDI：串行数据输入 SDO：串行数据输出 在这种情况下，当Master与Slave连接时，就应该用一方的SDO连接另一个方的 SDI。 4) SS：Slave Select, 片选线，用于选择激活某Slave设备，低有效，由Master驱动输 出。只有当SS-信号线为低电平时，对应Slave设备的SPI接口才处于工作状态。
一主多从的SPI传输模式
SPI总线添加从器件：每个器件需要一个单独的从选择信号。总信号数最终为 n+3 个，其中 n 是总线上从器件的数量。在 SPI 总线上添加新的从器件也不方便。 对于额外添加的每个从器件，都需要一条新的从器件选择线。
SPI接口在内部硬件实际上是两个简单的移位寄存器,传输的数据为8位，在主器件产 生的从器件使能信号和移位脉冲下，按位传输，高位在前，低位在后。如下图所示，在 SCLK的下降沿上数据改变，上升沿一位数据被存入移位寄存器。
SPI也支持多Slave应用。多个Slave共享时钟线、数据线，可以直接并接在一起； 而各Slave的片选线SS则单独与Master连接，受Master控制。在一段时间内，Master 只能通过某根SS线激活一个Slave，进行数据传输，而此时其他Slave的时钟线和数据 线端口则都应保持高阻状态，以免影响当前数据传输的进行。 SPI接口采用主从模式（Master Slave）架构；支持多slave模式应用，一般仅支持 单Master。主机通过片选线来确定要通信的从机。这就要求从机的MISO口具有三态特 性，使得该口线在器件未被选通时表现为高阻抗。 SPI的时钟由Master控制，在时钟移位脉冲下，数据按位传输，高位在前，低位在 后（MSB first）；SPI接口有2根单向数据线，为全双工通信，目前应用中的数据速率 可达几Mbps的水平。
在SPI操作中，最重要的两项设置就是时钟极性（CPOL或UCCKPL）和时钟相位 （CPHA或UCCKPH）。时钟极性设置时钟空闲时的电平，时钟相位设置读取数据和 发送数据的时钟沿。 主机和从机的发送数据是同时完成的，两者的接收数据也是同时完成的。所以为了 保证主从机正确通信，应使得它们的SPI具有相同的时钟极性和时钟相位。
在一个SPI时钟周期内，会完成如下操作： 1) 主机通过MOSI线发送1位数据，从机通过该线读取这1位数据； 2) 从机通过MISO线发送1位数据，主机通过该线读取这1位数据。 这是通过移位寄存器来实现的。如下图所示，主机和从机各有一个移位寄存器，且 二者连接成环。随着时钟脉冲，数据按位传输，高位在前，低位在后（MSB first）， 依次移出主机寄存器和从机寄存器，并且依次移入从机寄存器和主机寄存器。当寄 存器中的内容全部移出时，相当于完成了两个寄存器内容的交换。
SPI时序分析和基础知识总结
一、SPI总线的历史 二、SPI总线接口定义 三、SPI总线的工作方式和传输时序 四、SPI与I2C的异同点 五、SPI总线的优缺点 六、SPI总线的设置 七、SPI与SD卡信号
八、关于QSPI
Байду номын сангаас
SPI ( Serial Peripheral Interface )串行外设接口总线，最早由Motorola提出，出现 在其M68系列单片机中，由于其简单实用，又不牵涉到专利问题，因此许多厂家的 设备都支持该接口，广泛应用于外设控制领域。
在主设备这边配置SPI接口时钟的时候一定要弄清楚从设备的时钟要求，因为主设 备这边的时钟极性和相位都是以从设备为基准的 。 SPI总线有四种工作方式，其中使用的最为广泛的是SPI0和SPI3方式(实线表示)；
四种工作方式时序分别为：
时序详解：
CPOL：时钟极性选择，为0时SPI总线空闲为低电平，为1时SPI总线空闲为高电平 CPHA：时钟相位选择，为0时在SCK第一个跳变沿采样，为1时在SCK第二个跳变沿采样 工作方式1： 当CPHA=0、CPOL=0时SPI总线工作在方式1。MISO引脚上的数据在第一个SPSCK沿跳变 之前已经上线了，而为了保证正确传输，MOSI引脚的MSB位必须与SPSCK的第一个边沿同步， 在SPI传输过程中，首先将数据上线，然后在同步时钟信号的上升沿时，SPI的接收方捕捉位信号 ，在时钟信号的一个周期结束时(下降沿)，下一位数据信号上线，再重复上述过程，直到一个字 节的8位信号传输结束。 工作方式2： 当CPHA=0、CPOL=1时SPI总线工作在方式2。与前者唯一不同之处只是在同步时钟信号的 下降沿时捕捉位信号，上升沿时下一位数据上线。 工作方式3： 当CPHA=1、CPOL=0时SPI总线工作在方式3。MISO引脚和MOSI引脚上的数据的MSB位 必须与SPSCK的第一个边沿同步，在SPI传输过程中，在同步时钟信号周期开始时(上升沿)数据 上线，然后在同步时钟信号的下降沿时，SPI的接收方捕捉位信号，在时钟信号的一个周期结束 时(上升沿)，下一位数据信号上线，再重复上述过程，直到一个字节的8位信号传输结束。 工作方式4： 当CPHA=1、CPOL=1时SPI总线工作在方式4。与前者唯一不同之处只是在同步时钟信号的 上升沿时捕捉位信号，下降沿时下一位数据上线。