SPI 协议层详解

一次完整传输的流程

主机拉低目标从机的 CS，选中该从机；
主机在 SCK 上产生时钟，同时从 MOSI 移出数据、从 MISO 移入数据——每个时钟周期交换 1 bit，发送与接收同时进行（全双工）；
传完约定的位数后，主机拉高 CS，结束本次传输。

SPI 没有固定的帧格式：数据位数（通常 8 bit，也可 16/24/32）由器件手册约定，没有起始位/停止位/应答位——这是它与 UART、I2C 协议层最大的区别。

时钟极性与时钟相位

时钟极性（CPOL）：决定 SCK 空闲时的电平。CPOL=0 空闲低，CPOL=1 空闲高；
时钟相位（CPHA）：决定数据在第1个跳变沿采样（CPHA=0）还是第2个跳变沿采样（CPHA=1）。

SPI 传输模式

CPOL 与 CPHA 组合出 4 种模式：

模式	CPOL	CPHA	空闲电平	采样沿	数据变化沿
模式 0	0	0	低	上升沿	下降沿
模式 1	0	1	低	下降沿	上升沿
模式 2	1	0	高	下降沿	上升沿
模式 3	1	1	高	上升沿	下降沿

记忆规律：采样沿与数据变化沿永远相反。CPOL 决定空闲电平，CPHA=0 用第一个沿采样，CPHA=1 用第二个沿采样。

数据传输时序

模式 0（CPOL=0, CPHA=0，最常用）

空闲 SCK 为低；CS 拉低后，SCK 上升沿采样、下降沿换数据，先发 MSB：

{
  signal: [
    { name: "CS",   wave: "10........1" },
    { name: "SCK",  wave: "0pppppppp." },
    { name: "MOSI", wave: "x33333333x", data: "D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0" },
    { name: "MISO", wave: "x33333333x", data: "D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0" }
  ]
}

MOSI 与 MISO 同时传输：主机每发出 1 bit，也收到从机 1 bit；
数据在下降沿变化、上升沿稳定，接收方在上升沿采样最稳。

模式 3（CPOL=1, CPHA=1）

空闲 SCK 为高；CS 拉低后，SCK 上升沿采样、下降沿换数据（与模式 0 采样沿相同，只是空闲电平相反）：

{
  signal: [
    { name: "CS",   wave: "10........1" },
    { name: "SCK",  wave: "1nnnnnnnn." },
    { name: "MOSI", wave: "x33333333x", data: "D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0" },
    { name: "MISO", wave: "x33333333x", data: "D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0" }
  ]
}

数据有效性总结

发送方（主机/从机各自）：在数据变化沿更新 MOSI/MISO；
接收方：在采样沿锁存数据；
只要主机与从机约定同一模式（CPOL/CPHA 一致），两边自然对齐。主机与从机模式不一致时，数据会在错误的边沿被采样——表现为读到移位半个周期的数据或全错。

📌 待补图：模式 1、模式 2 的时序图