服务器硬件电路设计之 SPI 问答(一):解密 SPI—— 从定义到核心特性

在服务器硬件电路设计中,SPI(Serial Peripheral Interface,串行外设接口)是一种关键的通信总线。它由摩托罗拉公司开发,是全双工、同步串行通信总线,主要用于微控制器与外围设备之间的通信,凭借高速传输和简单结构,在服务器存储设备连接、传感器数据采集等场景广泛应用。​

SPI 标准接口有四根核心引脚,各司其职。SCLK(时钟线)由主机生成,像 "节拍器" 一样决定数据传输速度;MOSI(主机输出从机输入)是主机向从机发送数据的通道;MISO(主机输入从机输出)则是从机向主机反馈数据的路径;SS(从机选择线)由主机控制,用于在多从机环境中选中特定通信对象。​

SPI 的工作模式由时钟极性(CPOL)和时钟相位(CPHA)决定,组合成四种模式(Mode0 - Mode3)。CPOL 决定时钟线空闲时的电平(0 为低,1 为高),CPHA 决定数据采样时机(0 在第一个边沿,1 在第二个边沿)。比如 Mode0,SCK 空闲为低电平,数据在上升沿被采样,这是服务器硬件设计中常见的模式。​

与 I2C 等其他通信接口相比,SPI 有显著的优缺点。优点在于全双工通信能力,能让主机与从机同时收发数据,传输效率高;数据传输速度快,可满足服务器中高速设备的通信需求;硬件结构简单,仅需几根信号线,降低了电路设计的复杂度。但它也存在不足,没有统一的速度限制,高速传输时易出现信号完整性问题;采用一主多从结构,不支持多主机模式,灵活性稍差;且缺乏像 I2C 那样的应答机制,通信可靠性相对较低。

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