写在前面，SPI工作机制无非就是想介绍SPI模块内置的移位寄存器，这一部分可以看下面博客，里面有时序图与动图，可以很方便理解移位

https://blog.csdn.net/qq_25814297/article/details/103934794

SPI协议部分重点向介绍CPOL和CPHA，这一部分可以看下面博客

https://www.cnblogs.com/shangdawei/p/4752476.html

一.SPI工作机制

1.SPI内部原理图

SPI内部原理图如下图所示，这里参考《SPI Block Guide V04.01》，请注意标黄的部分

2.SPI移位寄存器

下图显示了单个主机和单个从机之间的典型SPI连接

实际上SPI的全双工传输，就是靠移位寄存器来完成的，通过8个时钟周期的移位，来达到交换主从数据的目的，也就是说:

在每个SPI时钟周期内，都会发生全双工数据传输。

主机在MOSI线上发送一位数据，从机读取它，而从机在MISO线上发送一位数据，主机读取它。

就算只进行单向的数据传输，也要保持这样的顺序。这就意味着无论接收任何数据，必须实际发送一些东西

二.SPI协议解析

1.SPI传输流程

整体的传输大概可以分为以下几个过程(需要注意的是SPI全双工的传输特性，主机的收发实际上是同时完成的，不是先后关系)

• 主机先将片选信号拉低，这样保证开始接收数据；

• 当接收端检测到时钟的边沿信号时，它将立即读取数据线上的信号，这样就得到了一位数据（1bit）;

• 主机发送到从机时：主机产生相应的时钟信号，然后数据一位一位地将从MOSI信号线上进行发送到从机；

• 主机接收从机数据：如果从机需要将数据发送回主机，则主机将继续生成预定数量的时钟信号，并且从机会将数据通过MISO信号线发送；

2.SPI时钟极性与相位

时钟极性与相位参考本文开头的博客就好了，这里将documentation/spi/spi-summary的内容贴一下

它说明了CPOL与CPHA是什么，说明了leading edge与trailing edge是什么，以及CPOL/CPHA如何组成4种模式

struct spi_device {
	struct device		dev;
	struct spi_controller	*controller;
	struct spi_controller	*master;	/* compatibility layer */
	u32			max_speed_hz;
	u8			chip_select;
	u8			bits_per_word;
	u16			mode;
#define	SPI_CPHA	0x01			/* clock phase */
#define	SPI_CPOL	0x02			/* clock polarity */
#define	SPI_MODE_0	(0|0)			/* (original MicroWire) */
#define	SPI_MODE_1	(0|SPI_CPHA)
#define	SPI_MODE_2	(SPI_CPOL|0)
#define	SPI_MODE_3	(SPI_CPOL|SPI_CPHA)
#define	SPI_CS_HIGH	0x04			/* chipselect active high? */
#define	SPI_LSB_FIRST	0x08			/* per-word bits-on-wire */
#define	SPI_3WIRE	0x10			/* SI/SO signals shared */
#define	SPI_LOOP	0x20			/* loopback mode */
#define	SPI_NO_CS	0x40			/* 1 dev/bus, no chipselect */
#define	SPI_READY	0x80			/* slave pulls low to pause */
#define	SPI_TX_DUAL	0x100			/* transmit with 2 wires */
#define	SPI_TX_QUAD	0x200			/* transmit with 4 wires */
#define	SPI_RX_DUAL	0x400			/* receive with 2 wires */
#define	SPI_RX_QUAD	0x800			/* receive with 4 wires */
	int			irq;
	void			*controller_state;
	void			*controller_data;
	char			modalias[SPI_NAME_SIZE];
	int			cs_gpio;	/* chip select gpio */

	/* the statistics */
	struct spi_statistics	statistics;

	/*
	 * likely need more hooks for more protocol options affecting how
	 * the controller talks to each chip, like:
	 *  - memory packing (12 bit samples into low bits, others zeroed)
	 *  - priority
	 *  - drop chipselect after each word
	 *  - chipselect delays
	 *  - ...
	 */
};

3.移位动图

在了解了上述知识后，结合移位寄存器的知识，可以看一下SPI整个工作的数据流程(是怎么移位的)

假设下面的8位寄存器装的是待发送的数据10101010，上升沿发送、下降沿接收、高位先发送。
那么第一个上升沿来的时候 数据将会是sdo=1；寄存器=0101010x。下降沿到来的时候，sdi上的电平将所存到寄存器中去，那么这时寄存器sdi=0101010，这样在 8个时钟脉冲以后，两个寄存器的内容互相交换一次。这样就完成里一个spi时序。
举例：
假设主机和从机初始化就绪：并且主机的sbuff=0xaa，从机的sbuff=0x55，下面将分步对spi的8个时钟周期的数据情况演示一遍:假设上升沿发送数据