注：本文針對xilinx的zynqMP系列芯片講解SPI驅動
一、引言
SPI接口是Motorola 首先提出的全雙工三線同步串行外圍接口，採用主從模式（Master Slave）架構。支持多slave模式應用，一般僅支持單Master。時鐘由Master控制，在時鐘移位脈衝下，數據按位傳輸，高位在前，低位在後（MSB first）。SPI接口有2根單向數據線，爲全雙工通信，目前應用中的數據速率可達幾Mbps的水平。
二、SPI總線結構
三、SPI接口
SPI接口共有4根信號線，分別是：設備選擇線、時鐘線、串行輸出數據線、串行輸入數據線。
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MOSI |
主器件數據輸出，從器件數據輸入 |
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MISO |
主器件數據輸入，從器件數據輸出 |
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SCLK |
時鐘信號，由主器件產生 |
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SS |
從器件使能信號，由主器件控制 |
四、SPI工作原理
SPI接口在內部硬件實際上是兩個簡單的移位寄存器,傳輸的數據爲8位，在主器件產生的從器件使能信號和移位脈衝下，按位傳輸，高位在前，低位在後。如下圖所示，在SCLK的下降沿上數據改變，上升沿一位數據被存入移位寄存器。
在一個SPI時鐘週期內，會完成如下操作：
- 主機通過MOSI線發送1位數據，從機通過該線讀取這1位數據；
- 從機通過MISO線發送1位數據，主機通過該線讀取這1位數據。這是通過移位寄存器來實現的。如下圖所示，主機和從機各有一個移位寄存器，且二者連接成環。隨着時鐘脈衝，數據按照從高位到低位的方式依次移出主機寄存器和從機寄存器，並且依次移入從機寄存器和主機寄存器。當寄存器中的內容全部移出時，相當於完成了兩個寄存器內容的交換。
五、SPI接口的優缺點
- 優點：
- 支持全雙工操作；
- 操作簡單；
- 數據傳輸速率較高（相對的）。
- 缺點：
- 多個spi設備需要佔用主機較多的管腳（每個從機都需要一根片選線）；
- 只支持單個主機；
- 沒有指定的流控制，沒有應答機制確認是否接收到數據。
六、SPI工作模式
SPI有四種工作模式,具體由CPOL(Clock Polarity 時鐘極性)，CPHA(Clock Phase時鐘相位)決定
| MODE0 | CPOL=0,CPHA=0 |
| MODE1 | CPOL=0,CPHA=1 |
| MODE2 | CPOL=1,CPHA=0 |
| MODE3 | CPOL=1,CPHA=1 |
- 當CPOL爲0時，空閒的時候SCLK電平是低電平;
- 當CPOL爲1時，空閒的時候SCLK電平是高電平;
- 當CPHA爲0時，採集數據發生在時鐘週期的前邊緣（第一個邊緣，可能是上升緣也可能是下降緣，由CPOL決定），這同時意味着輸出數據發生在後邊緣;
- 當CPHA爲1時，採集數據發生在時鐘週期的後邊緣（第二個邊緣，可能是上升緣也可能是下降緣，由CPOL決定），這同時意味着輸出數據發生在前邊緣;
摘抄一張網上的圖：
我們編寫spi接口的設備驅動程序的時候，最需要關心的就是spi控制器的部分是spi設備採用的是那種模式，確定模式後，我們得將spi控制器配置成一樣的模式才能正常工作。所以說如何選擇SPI控制器的工作模式，是根據從設備的工作模式來定的，一般從設備是FLASH、eeprom之類的存儲介質，其工作模式是在出廠時就確定的，所以只能通過修改SPI控制器的工作模式，來適應從設備，從而實現SPI通信流程。
二、zynqMP芯片的SPI控制器