SPI通信协议详解：从基础概念到硬件配置与编程实现
一、SPI概念
SPI（Serial Peripheral Interface，串行外设接口）是一种同步、全双工、高速的串行通信总线协议，广泛用于微控制器（MCU）与各种外围设备（如传感器、存储器、显示屏、ADC/DAC 等）之间的短距离通信。
二、SPI 的四根基本信号线
| 信号线 | 全称 | 方向 | 功能 |
|---|---|---|---|
| SCLK | Serial Clock | 主 → 从 | 时钟信号，由主设备生成 |
| MOSI | Master Out Slave In | 主 → 从 | 主设备发送数据给从设备 |
| MISO | Master In Slave Out | 从 → 主 | 从设备发送数据给主设备 |
| CS / SS | Chip Select / Slave Select | 主 → 从 | 片选信号，低电平有效，用于选中某个从设备 |
三、SPI 的工作模式：CPOL 与 CPHA
SPI ，由两个参数决定：
- CPOL（Clock Polarity，时钟极性）
- CPOL = 0：SCLK 空闲时为低电平
- CPOL = 1：SCLK 空闲时为高电平
- CPHA（Clock Phase，时钟相位）
- CPHA = 0：在第1个时钟边沿采样数据
- CPHA = 1：在第2个时钟边沿采样数据
三、硬件连接
| ECSPI3 信号 | 复用源（ALT5） | 对应 GPIO |
|---|---|---|
| MISO | UART2_RTS_B | GPIO1_IO14 |
| MOSI | UART2_CTS_B | GPIO1_IO15 |
| SCLK | UART2_RX_DATA | GPIO1_IO16 |
| SS0 (CS) | ——（未使用硬件 SS0） | GPIO1_IO20（软件控制） |
四、驱动代码
1. 引脚复用与电气特性配置
//复用功能 IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_UART2_RTS_B_ECSPI3_MISO, 0); IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_UART2_CTS_B_ECSPI3_MOSI, 0); IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_UART2_RX_DATA_ECSPI3_SCLK, 0); IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_UART2_TX_DATA_GPIO1_IO20, 0); 、 //电气特性 IOMUXC_SetPinConfig(IOMUXC_UART2_RTS_B_ECSPI3_MISO, 0x10B1); IOMUXC_SetPinConfig(IOMUXC_UART2_CTS_B_ECSPI3_MOSI, 0x10B1); IOMUXC_SetPinConfig(IOMUXC_UART2_RX_DATA_ECSPI3_SCLK, 0x10B1); IOMUXC_SetPinConfig(IOMUXC_UART2_TX_DATA_GPIO1_IO20, 0x10B1);- 将 UART2 相关引脚复用为 ECSPI3 的 MISO、MOSI、SCLK 功能，CS 保留为 GPIO。
0x10B1配置引脚为高速、100K 上拉、施密特触发，适用于稳定高速 SPI 通信。
2.片选（CS）GPIO 初始化
//片选信号线闲时为高 GPIO1->GDIR |= (1 << 20); GPIO1->DR |= (1 << 20);- GPIO1_IO20 配置为输出，默认高电平，符合 SPI 器件“低电平有效”的片选逻辑。
- 实际通信时需软件手动拉低/拉高 CS 控制传输起止。
3.ECSPI3 核心寄存器配置
（1）CONREG（控制寄存器）
ECSPI3->CONREG = 0; ECSPI3->CONREG |= (7 << 20) | (0x0E << 12) | (2 << 8) | (1 << 4) | (1 << 3) | (1 << 0);- 设置数据宽度为 8 位，SCLK 分频为 15（约 4.4 MHz），工作在 SPI Mode 0。
- 启用 TX/RX FIFO 并激活 ECSPI 模块。
（2）CONFIGREG（配置寄存器）
ECSPI3->CONFIGREG = 0; ECSPI3->CONFIGREG |= (1 << 20) | (1 << 4) | (1 << 0);4.全双工数据收发函数
unsigned int spi3_ch0_write_and_read(unsigned int data) { unsigned int ret = 0; ECSPI3->CONREG &= ~(3 << 18); while((ECSPI3 ->STATREG & (1 << 0)) == 0); ECSPI3->TXDATA = data; while((ECSPI3 ->STATREG & (1 << 3)) == 0); ret = ECSPI3->RXDATA; return ret; }- 采用轮询方式等待 FIFO 状态，实现同步发送与接收。
- 调用者需自行管理 CS 信号，函数本身仅处理数据收发。