SPI（Serial Peripheral interface）是由摩托罗拉公司定义的一种串行外围设备接口，是一种高速、全双工、同步的通信总线，只需要四根信号线即可，节约引脚，同时有利于PCB的布局。正是出于这种简单易用的特性，现在越来越多的芯片集成了SPI通信协议，如FLASH、SD卡，AD转换器等。SPI的通信原理比较简单，它以主从方式工作，通常有一个主设备和一个或多个从设备。一般其有 4 根线，片选线（CS）、同步时钟线（SCLK）、输入数据线（MOSI）和输出数据线（MISO）。
一、通信模式
一般而言，SPI通信有4种不同的模式，不同的从设备在出厂时被厂家配置为其中一种模式，模式是不允许用户修改的。主设备和从设备必须在同一模式下进行通信，否则数据会接收错误。SPI的通信模式是由CPOL（时钟极性）和CPHA（时钟相位）来决定的，四种通信模式如下：
模式0：CPOL = 0, CPHA = 0; 模式1：CPOL = 0, CPHA = 1; 模式2：CPOL = 1, CPHA = 0; 模式3：CPOL = 1, CPHA = 1;
1.CPOL时钟极性
CPOL信号控制着SPI_CLK的时钟极性，时钟极性变化规律如下：
CPOL = 1：SPI_CLK空闲时为高，第1个时钟沿为下降沿 CPOL = 0：SPI_CLK空闲时为低，第1个时钟沿为上升沿
2.CPHA时钟相位
CPHA信号控制数据与时钟的对齐模式，其不同模式下的时序图如下所示：
由上图可知，当CPHA = 1时，时钟的第一个变化沿（上升沿或者下降沿）数据开始改变，那么也就意味着时钟的第2个变化沿（与第一个变化沿相反）锁存数据；当CPHA = 0时，数据在时钟的第一个变化沿之前就已经改变，并且保持稳定，也就意味着在时钟的第一个变化沿锁存数据。
二、总结
参考资料：
[1]亚德诺半导体.一文读懂4线SPI
[2]威三学院FPGA教程
[3]正点原子FPGA教程