一、SPI總述
SPI 是一種允許一個主設備啓動一個與從設備的同步通訊的協議，從而完成數據的交換。也就是說，SPI是一種規定好的通訊方式。這種通信方式的優點是佔用端口較少，一般4根就夠基本通訊了。同時傳輸速度也很高。一般來說要求主設備要有SPI控制器（但可用模擬方式），就可以與基於SPI的芯片通訊了。
常見的SPI外圍設備包括FLASHRAM、網絡控制器、LCD顯示驅動器、A/D轉換器和MCU等。
SPI 的通信原理很簡單，它需要至少4根線，事實上3根也可以。也是所有基於SPI的設備共有的，它們是SDI（數據輸入），SDO（數據輸出），SCK（時 鍾），CS（片選）。其中CS是控制芯片是否被選中的，也就是說只有片選信號爲預先規定的使能信號時（高電位或低電位），對此芯片的操作纔有效。這就允許在同一總線上連接多個SPI設備成爲可能。
接下來就負責通訊的3根線了。通訊是通過數據交換完成的，這裏先要知道SPI是串行通訊協議，也就是說數據是一位一位的傳輸的。這就是SCK時鐘線存在的原 因，由SCK提供時鐘脈衝，SDI，SDO則基於此脈衝完成數據傳輸。數據輸出通過SDO線，數據在時鐘上沿或下沿時改變，在緊接着的下沿或上沿被讀取。 完成一位數據傳輸，輸入也使用同樣原理。這樣，在至少8次時鐘信號的改變（上沿和下沿爲一次），就可以完成8位數據的傳輸。
要注意的是，SCK信號線只由主設備控制，從設備不能控制信號線。同樣，在一個基於SPI的設備中，至少有一個主控設備。這就不適用於多處理器的無主控通訊。
這樣傳輸的特點：這樣的傳輸方式有一個優點，與普通的串行通訊不同，普通的串行通訊一次連續傳送至少8位數據，而SPI允許數據一位一位的傳送，甚至允許暫停，因爲SCK時鐘線由主控設備控制，當沒有時鐘跳變時，從設備不採集或傳送數據。也就是說，主設備通過對SCK時鐘線的控制可以完成對通訊的控制。
SPI還是一個數據交換協議：因爲SPI的數據輸入和輸出線獨立，所以允許同時完成數據的輸入和輸出。
不同的SPI設備的實現方式不盡相同，主要是數據改變和採集的時間不同，在時鐘信號上沿或下沿採集有不同定義，需要參考相關器件的文檔。
二、SPI的信號線
之前說過，SPI一共有4根信號線，再回顧下作用：
SCLK：Serial Clock，（串行）時鐘 SDI（MISO）：Master In Slave Out，主設備輸入，從設備輸出SDO（MOSI）：Master Out Slave In，主設備輸出，從設備輸入 CS: Chip Select，選中從設備，片選 GPIO模擬SPI總的來說是比較簡單，把相應的管腳配置成GPIO功能，再按需要配置管腳的輸入輸出方向，然後根據SPI總線的時序設定IO口的電平。例如，要實現一塊LCD的驅動，LCD與主控芯片之間使用SPI協議通信，GPIO就可以這樣配置——由於主控芯片不需要從LCD讀取數據，SDI可以不接；LCD需要一直被控制，CS接地，使LCD一直處於使能狀態。
三、相位和極性
CKPOL (Clock Polarity) = CPOL = POL = Polarity = （時鐘）極性
CKPHA (Clock Phase) = CPHA = PHA = Phase = （時鐘）相位
1、CPOL 極性
先解釋下什麼是SCLK時鐘的空閒。SCLK空閒就是當SCLK在數發送8個bit比特數據之前和之後的狀態，於此對應的，SCLK在發送數據的時候，就是正常的工作的時候，有效active的時刻了。
簡單的說，SPI的CPOL，表示當SCLK空閒的時候，其電平的值是低電平0還是高電平。
CPOL=0，時鐘空閒idle時候的電平是低電平，所以當SCLK有效的時候，就是高電平，就是所謂的active-high
CPOL=1，時鐘空閒idle時候的電平是高電平，所以當SCLK有效的時候，就是低電平，就是所謂的active-low
2、CPHA 相位
相位，對應着數據採樣是在第幾個邊沿（edge），是第一個邊沿還是第二個邊沿，0對應着第一個邊沿，1對應着第二個邊沿。
CPHA=0，表示第一個邊沿：
對於CPOL=0，idle時候的是低電平，第一個邊沿就是從低變到高，所以是上升沿；
對於CPOL=1，idle時候的是高電平，第一個邊沿就是從高變到低，所以是下降沿；
CPHA=1，表示第二個邊沿：
對於CPOL=0，idle時候的是低電平，第二個邊沿就是從高變到低，所以是下降沿；
對於CPOL=1，idle時候的是高電平，第一個邊沿就是從低變到高，所以是上升沿；
如上所述，CPOL和CPHA可構成4種組合，這就是常說的SPI四種傳輸模式——
CPOL=0, CPHA=0
CPOL=0, CPHA=1
CPOL=1, CPHA=0
CPOL=1, CPHA=1
有圖有真相：
四、GPIO模擬SPI驅動
概念瞭解清楚了，我們來上代碼吧
#define SS 252 //定義SS所對應的GPIO接口編號
#define SCLK 253 //定義SCLK所對應的GPIO接口編號
#define MOSI 254 //定義SCLK所對應的GPIO接口編號
#define MISO 255 //定義MISO所對應的GPIO接口編號
#define OUTP 1 //表示GPIO接口方向爲輸出
#define INP 0 //表示GPIO接口方向爲輸入
/* SPI端口初始化 */
void spi_init()
{
set_gpio_direction(SS, OUTP);
set_gpio_direction(SCLK, OUTP);
set_gpio_direction(MOSI, OUTP);
set_gpio_direction(MISO, INP);
set_gpio_value(SCLK, 0); //CPOL=0
set_gpio_value(MOSI, 0);
}
/*
從設備使能
enable：爲1時，使能信號有效，SS低電平
爲0時，使能信號無效，SS高電平
*/
void ss_enable(int enable)
{
if (enable)
set_gpio_value(SS, 0); //SS低電平，從設備使能有效
else
set_gpio_value(SS, 1); //SS高電平，從設備使能無效
}
/* SPI字節寫 */
void spi_write_byte(unsigned char b)
{
int i;
for (i=7; i>=0; i--) {
set_gpio_value(SCLK, 0);
set_gpio_value(MOSI, b&(1<<i)); //從高位7到低位0進行串行寫入
delay(); //延時
set_gpio_value(SCLK, 1); // CPHA=1，在時鐘的第一個跳變沿採樣
delay();
}
}
/* SPI字節讀 */
unsigned char spi_read_byte()
{
int i;
unsigned char r = 0;
for (i=0; i<8; i++) {
set_gpio_value(SCLK, 0);
delay(); //延時
set_gpio_value(SCLK, 1); // CPHA=1，在時鐘的第一個跳變沿採樣
r = (r <<1) | get_gpio_value(MISO); //從高位7到低位0進行串行讀出
delay();
}
}
/*
SPI寫操作
buf：寫緩衝區
len：寫入字節的長度
*/
void spi_write (unsigned char* buf, int len)
{
int i;
spi_init(); //初始化GPIO接口
ss_enable(1); //從設備使能有效，通信開始
delay(); //延時
//寫入數據
for (i=0; i<len; i++)
spi_write_byte(buf[i]);
delay();
ss_enable(0); //從設備使能無效，通信結束
}
/*
SPI讀操作
buf：讀緩衝區
len：讀入字節的長度
*/
void spi_read(unsigned char* buf, int len)
{
int i;
spi_init(); //初始化GPIO接口
ss_enable(1); //從設備使能有效，通信開始
delay(); //延時
//讀入數據
for (i=0; i<len; i++)
buf[i] = spi_read_byte();
delay();
ss_enable(0); //從設備使能無效，通信結束
}