1. SPI总线概述

SPI，全称是Serial Peripheral Interface，串行外设接口。这玩意儿在嵌入式系统里太常见了，几乎每个工程师都会打交道。我最早接触SPI是在做一款工业传感器采集板的时候，当时选型时对比了好几种总线，最后还是用了SPI——原因很简单，它够快、够简单、够可靠。

说白了，SPI是一种全双工、同步、主从式的串行通信总线。由Motorola公司在上世纪80年代推出，一直用到现在。你想想看，三十多年了还没被淘汰，说明它确实有两把刷子。

1.1 四线制功能解析

标准的SPI总线就四根线，不多不少。我见过不少新手工程师把这四根线搞混，结果调了两天发现是MOSI和MISO接反了——嗯，我也干过这种事。

信号线	全称	方向	功能说明
SCLK	Serial Clock	Master → Slave	时钟信号，由Master产生，决定通信速率
MOSI	Master Out Slave In	Master → Slave	主设备输出，从设备输入
MISO	Master In Slave Out	Slave → Master	从设备输出，主设备输入
CS	Chip Select	Master → Slave	片选信号，低电平有效，选中对应从设备

这里有个关键点：SCLK和CS都由Master控制。从设备是被动的，它只能等Master给它时钟才能干活。我曾经在一个项目里遇到过从设备没反应的情况，查了半天发现是CS引脚的上拉电阻没焊——CS浮空，从设备一直处于复位状态。

1.2 SPI四种工作模式详解

SPI的四种模式，核心就是两个参数：CPOL（Clock Polarity，时钟极性）和CPHA（Clock Phase，时钟相位）。

• CPOL：决定SCLK空闲时的电平
  • CPOL=0：空闲时SCLK为低电平
  • CPOL=1：空闲时SCLK为高电平
• CPHA：决定数据在哪个时钟沿采样
  • CPHA=0：在第一个时钟沿采样（上升沿或下降沿，取决于CPOL）
  • CPHA=1：在第二个时钟沿采样

组合起来就是四种模式。我建议你直接记这张表，比看时序图快得多：

模式	CPOL	CPHA	空闲时钟电平	数据采样沿	数据输出沿
模式0	0	0	低电平	上升沿	下降沿
模式1	0	1	低电平	下降沿	上升沿
模式2	1	0	高电平	下降沿	上升沿
模式3	1	1	高电平	上升沿	下降沿

最常见的模式是模式0和模式3。为什么？因为很多Flash芯片、ADC芯片默认就支持这两种。我个人习惯先用模式0，如果通信不稳定再换模式3试试。

1.3 SPI模式选择与设备匹配

实际项目中怎么选模式？我一般按这个步骤来：

1. 查从设备数据手册——手册里一定会写明支持的SPI模式
2. 看时序图——确认数据采样沿和输出沿
3. 配置主控——在Linux设备树或MCU寄存器里设置对应的CPOL和CPHA
4. 用示波器验证——抓SCLK和MOSI/MISO，确认时序正确

举个例子，某款常见的SPI Flash芯片W25Q64，它支持模式0和模式3。你配置成模式0，SCLK空闲低，数据在上升沿采样；配置成模式3，SCLK空闲高，数据在上升沿采样。两种都能用，但要注意：一旦选定，整个通信过程中不能切换。

1.4 SPI知识体系总览

下面这张图是我自己整理的SPI知识框架，涵盖了本章的核心内容。你可以把它当作一个快速索引：

1.5 本章小结

这一章我们聊了SPI总线最基础的东西：四根信号线各自干什么、四种工作模式怎么配。这些东西看起来简单，但实际项目中出问题往往就出在这些基础环节上。

我记得有一次帮同事排查一个SPI通信问题，他调了两天没搞定。我过去一看，CS引脚在原理图上标的是CS#，他以为是高电平有效，结果代码里配成了高电平选通——嗯，从设备一直没被选中，当然没反应。所以，永远不要想当然，永远以数据手册为准。