SPI 是一個環形總線結構，以主從方式工作，這種模式通常有一個主設備和一個或多個 從設備，需要至少 4 根線(單向傳輸時，3 根線也可以），由ss（cs）、sck、sdi、sdo 構成， 其時序其實很簡單，主要是在 sck 的控制下，兩個雙向移位寄存器進行數據交換，允許 MCU 以全雙工的同步串行方式。只規定了每一幀數據如何傳輸，并未對幀結構的組成做介紹。

兩個 SPI 設備之間通信必須由主設備來控制次設備。一個主設備可以通過提供 Clock 以 及對從設備進行片選(SlaveSelect/ss)來控制多個從設備，SPI 協議還規定從設備的 Clock 由 Master 設備通過 SCK 管腳提供給從設備，從設備本身不能產生或控制 Clock，沒有 Clock 則從設備不能正常工作。

Master 設備會根據將要交換的數據來產生相應的時鐘脈沖(ClockPulse)，時鐘脈沖組成 了時鐘信號(Clock Signal)，時鐘信號通過時鐘極性(CPOL)和時鐘相位(CPHA)控制著兩個 SPI 設備間何時數據交換以及何時對接收到的數據進行采樣，來保證數據在兩個設備之間是同步 傳輸的。

SPI 設備間的數據傳輸之所以又被稱為數據交換，是因為 SPI 協議規定一個 SPI 設備不 能在數據通信過程中僅僅只充當一個"發送者(Transmitter)"或者"接收者(Receiver)"。在每個 Clock 周期內，SPI 設備都會發送并接收一個 bit 大小的數據，相當于該設備有一個 bit 大小 的數據被交換了。

一個從設備要想能夠接收到 Master 發過來的控制信號，必須在此之前能夠被 Master 設 備進行訪問(Access)。所以，Master 設備必須首先通過 SS/CSpin 對從設備進行片選，把想要 訪問的從設備選上。

接收到的數據沒有被讀取，那么這些已經接收完成的數據將有可能會被丟棄，導致 SPI 物理 模塊最終失效。因此，在程序中一般都會在 SPI 傳輸完數據后，去讀取 SPI 設備里的數據， 即使這些數據(Dummy Data)在我們的程序里是無用的。

SSPBUF（Synchronous Serial Port Buffer），泛指 SPI 設備里面的內部緩沖區，一般在物 理上是以 FIFO 的形式，保存傳輸過程中的臨時數據；

Controller，泛指 SPI 設備里面的控制寄存器，可以通過配置它們來設置 SPI 總線的傳輸 模式。

通常情況下，我們只需要對上圖所描述的四個管腳(pin)進行編程即可控制整個 SPI 設備 之間的數據通信：SCK，Serial Clock，主要的作用是 Master 設備往從設備傳輸時鐘信號， 控制數據交換的時機以及速率；

SS/CS，Slave Select/Chip Select，用于 Master 設備片選從設備，使被選中的從設備能夠 被 Master 設備所訪問；

SDO/MOSI，Serial Data Output/Master Out Slave In，在 Master 上面也被稱為 Tx-Channel， 作為數據的出口，主要用于 SPI 設備發送數據；

SDI/MISO，Serial Data Input/Master In Slave Out，在 Master 上面也被稱為 Rx-Channel， 作為數據的入口，主要用于 SPI 設備接收數據；

CPOL：時鐘極性，表示 SPI 在空閑時，時鐘信號是高電平還是低電平。若 CPOL 被設 為 1，那么該設備在空閑時 SCK 管腳下的時鐘信號為高電平。當CPOL 被設為 0 時則正好 相反。

CPHA：時鐘相位，表示 SPI 設備是在 SCK 管腳上的時鐘信號變為上升沿時觸發數據 采樣，還是在時鐘信號變為下降沿時觸發數據采樣。若 CPHA 被設置為 1，則 SPI 設備在時 鐘信號變為下降沿時觸發數據采樣，在上升沿時發送數據。當 CPHA 被設為 0 時也正好相 反。

SSPSR 是 SPI 設備內部的移位寄存器(ShiftRegister)。它的主要作用是根據 SPI 時鐘信號 狀態 ， 往 SSPBUF 里 移入或者 移出數據 ， 每次移動的 數據大小由 Bus-Width 以及 Channel-Width 所決定。

Bus-Width 的作用是指定地址總線到 Master 設備之間數據傳輸的單位。 例如，我們想要往 Master 設備里面的 SSPBUF 寫入 16Byte 大小的數據：首先，給Master

設備的配置寄存器設置 Bus-Width 為 Byte；然后往 Master 設備的 Tx-Data 移位寄存器在地 址總線的入口寫入數據，每次寫入 1Byte 大小的數據(使用 writeb 函數)；寫完 1Byte 數據之 后，Master 設備里面的 Tx-Data 移位寄存器會自動把從地址總線傳來的 1Byte 數據移入 SSPBUF 里；上述動作一共需要重復執行 16次。

Channel-Width 的作用是指定 Master 設備與從設備之間數據傳輸的單位。與 Bus-Width 相似，Master 設備內部的移位寄存器會依據 Channel-Width 自動地把數據從 Master-SSPBUF 里通過 Master-SDO 管腳搬運到從設備里的 Slave-SDI 引腳，Slave－SSPSR 再把每次接收的 數據移入 Slave-SSPBUF 里。

通常情況下，Bus-Width 總是會大于或等于 Channel-Width，這樣能保證不會出現因 Master 與 Slave 之間數據交換的頻率比地址總線與 Master 之間的數據交換頻率要快，導致 SSPBUF 里面存放的數據為無效數據這樣的情況。

我們知道，在每個時鐘周期內，Master 與 Slave 之間交換的數據其實都是 SPI 內部移位 寄存器從 SSPBUF 里面拷貝的。我們可以通過往 SSPBUF 對應的寄存器(Tx-Data/Rx-Data register)里讀寫數據，間接地操控 SPI 設備內部的 SSPBUF。例如，在發送數據之前，我們 應該先往 Master 的 Tx-Data 寄存器寫入將要發送出去的數據，這些數據會被 Master-SSPSR 移位寄存器根據 Bus-Width 自動移入 Master-SSPBUF 里，然后這些數據又會被 Master-SSPSR 根據 Channel-Width從 Master-SSPBUF 中移出，通過 Master-SDO 管腳傳給 Slave-SDI 管腳， Slave-SSPSR 則把從 Slave-SDI 接收到的數據移入 Slave-SSPBUF 里 。 與此同時 ，Slave-SSPBUF 里面的數據根據每次接收數據的大小(Channel-Width)，通過 Slave-SDO 發往

Master-SDI，Master-SSPSR 再把從 Master-SDI 接收的數據移入 Master-SSPBUF。在單次數 據傳輸完成之后，用戶程序可以通過從 Master 設備的 Rx-Data 寄存器讀取 Master 設備數據 交換得到的數據。

Master 設備 里面的 Controller 主要通過時鐘信號(ClockSignal)以及片選信號(SlaveSelect Signal)來控制從

設備。從設備會一直等待，直到接收到 Master 設備發過來的片選信號，然后根據時鐘信號 來工作。

Master 設備的片選操作必須由程序所實現。例如：由程序把 SS/CS 管腳的時鐘信號拉 低電平，完成 SPI 設備數據通信的前期工作；當程序想讓 SPI 設備結束數據通信時，再把 SS/CS 管腳上的時鐘信號拉高電平

假設主機和從機初始化就緒：并且主機的 sbuff=0xaa，從機的 sbuff=0x55，下面將分步 對 SPI 的 8 個時鐘周期的數據情況演示一遍：假設上升沿發送數據，這樣就完成了兩個寄存 器 8 位的交換，上面的上表示上升沿、下表示下降沿，SDI、SDO 相對于主機而言的。