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01 SPI

作者：马梦阳　|　最后修改：2026-10-07

一、概述

SPI（Serial Peripheral Interface，串行外设接口）是一种同步串行通信协议，用于微控制器与外设之间的短距离、高速通信。

SPI 采用一主多从架构，协议层没有总线仲裁和冲突检测机制，同一总线只能有一个主机。标准 SPI 有四根信号线：

  • SCLK（Serial Clock）：时钟线，由主机唯一控制，决定数据传输节奏。
  • MOSI（Master Output, Slave Input）：主机输出、从机输入，主机通过此线向从机发送数据。
  • MISO（Master Input, Slave Output）：主机输入、从机输出，从机通过此线向主机返回数据。
  • CS（Chip Select，又称 SS）：片选线，低电平有效。同一总线可接多个从机，每个从机需要独立 CS，同一时间只能拉低一个；对从机来说 CS 只能是输入。

Air160X 系列模组的 SPI 只支持主机模式。波特率上限见 spi-API 中 spi.setup 的取值范围；实际可用速率受布线长度、电平转换和外设本身限制，先用较低速率验证通信，再逐步提高频率。

二、管脚与总线分配

Air1603 引出 SPI1、SPI5 两路通用 SPI。SPI1 的管脚与 Air1601 一致；SPI5 是 Air1603 新增引出的总线，由 RGB888 省出的管脚（PIN59~PIN62）组成。

信号 SPI1 管脚 / GPIO SPI5 管脚 / GPIO
MISO PIN51 / GPIO10 PIN62 / GPIO64
MOSI PIN52 / GPIO11 PIN61 / GPIO58
CLK PIN50 / GPIO9 PIN60 / GPIO57
CS PIN49 / GPIO8 PIN59 / GPIO56

模组作主机时，MOSI 接外设数据输入，MISO 接外设数据输出，CLK 接时钟，CS 接片选。

软件中直接用数字 ID 选择 SPI，无需填写 spi.SPI_1 这类常量：SPI1 填 1，SPI5 填 5。

使用 SPI5 时注意：

  • SPI5 的 CS（GPIO56）与参考设计中的 AirLink_RST 共用，不能同时按两种功能配置；作 SPI5 CS 时 AirLink_RST 必须另选 GPIO。
  • SPI5 占用 GPIO56~58、GPIO64，与这些管脚的其他复用功能互斥。
  • 同一总线接多个从机时共用 CLK/MOSI/MISO，片选各自独立；初始化时先把所有 CS 拉高，防止从机之间互相干扰，未选中的从机应释放 MISO。
  • SD 卡、CH390H 等外设断电后可能通过信号线或保护结构影响总线；掉电外设的上拉供电须与总线活动状态一致。

完整的硬件连接与常见问题见 硬件开发资料 的 SPI 接口章节。

三、使用教程

SPI 的典型用法是挂载 Nor Flash、SD 卡，或直连 RC522 等外设。

1.挂载 Nor Flash

以 SPI1 外接 Nor Flash 为例，CS 为 PIN49 / GPIO8：

-- SPI1：总线 ID 1，CS 管脚按实际电路修改
local spi_device = spi.deviceSetup(
    1,           -- SPI 总线 ID
    8,           -- CS 管脚 GPIO 编号
    0,           -- CPHA，时钟相位
    0,           -- CPOL，时钟极性
    8,           -- 数据宽度（位）
    2*1000*1000, -- 波特率 2MHz
    spi.MSB,     -- 高位先发
    spi.master,  -- 主机模式
    spi.full     -- 全双工
)
local flash = sfud.init(spi_device)

改用 SPI5 时，总线 ID 换成 5，CS 换成 SPI5 的对应值（PIN59 / GPIO56）即可，其余参数不变。

完整的功能演示、软件环境、硬件环境、示例代码与功能展示请参考 AirSPINORFLASH_1000。

2.挂载 SD 卡

SD 卡走 SPI 模式时先用低速完成初始化，挂载时再提高速率：

local spi_id, pin_cs = 1, 8
spi.setup(spi_id, nil, 0, 0, 8, 400000)
-- 同一总线上的所有从机在初始化时必须先拉高 CS，防止从机之间互相干扰
gpio.setup(pin_cs, 1)
local mount_ok, mount_err = fatfs.mount(fatfs.SPI, "/sd", spi_id, pin_cs, 24000000)

SD 卡的完整挂载与文件读写流程见 SD 卡驱动。

3.参考 API

spi-API

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