SPI 总线：快，但要多几根线

接一块 1.8 寸彩屏，或者插一张 SD 卡，会发现线突然变多了——不像 I2C 那两根，动辄要接六七根。这是因为它们走的是 SPI。SPI 拿引脚换速度：线是多了，但跑得飞快，几十 MHz 是常事，一屏画面几毫秒就刷完。要传图像、要读大文件，几乎只能靠它。

SPI 到底是个什么总线

一句话：一个主控带一群从设备的、四根线的、全双工的高速同步总线。拆开看几个关键词——

同步，指它跟 I2C 一样自带一根时钟线，收发双方踩着同一个节拍走，不像串口 UART 那样两头各定各的波特率、对不上就乱码。全双工，指发和收各走各的线、能同时进行，这是它比 I2C 快的一半原因。高速，指时钟能拉到几十 MHz，远超 I2C 那几百 kHz 到几 MHz 的水平。

四根线各干什么

SPI 靠四根线干活，名字有点绕，可以这么记：

• SCLK（时钟）：主控打的节拍，跟 I2C 的 SCL 一个作用，大家踩着这个点收发。SCLK 从不空转——主控想通信才发时钟，不想通信就停着。
• MOSI（主出从入，Master Out Slave In）：主控往从设备发的数据走这根。
• MISO（主入从出，Master In Slave Out）：从设备回给主控的数据走这根。
• CS（片选，Chip Select）：主控对某个从设备喊"该你了"，把它的 CS 拉低，这个设备才上线开口。

MOSI 和 MISO 是两根独立的线，一根专管发、一根专管收，所以收发能同时进行（全双工）。这跟 I2C 只有一根 SDA 双向轮流用（半双工）不一样，也是 SPI 快的底气之一。

CS 有个容易忽略的细节：它是低电平有效（CS 低才选中）。而且 CS 通常就是主控随便挑一个普通 GPIO 来拉高拉低，不占用什么专门外设——想接几个从设备，就再匀出几个 GPIO 当 CS 就行。普通 IO 怎么控高低看 /principle/gpio/。

时钟极性与相位：接不上多半在这

SPI 有个新手最容易栽的坑：模式。同样是"踩着时钟收发"，可到底踩时钟的哪个边沿、时钟没活时停在高还是低，这里有讲究，配不齐就读不到数据。

它由两个参数决定：

• CPOL（时钟极性）：SCLK 空闲（没在通信）时停在高电平还是低电平。CPOL=0 空闲拉低，CPOL=1 空闲拉高。
• CPHA（时钟相位）：数据在时钟的第一个沿采样，还是第二个沿采样。CPHA=0 取第一个沿，CPHA=1 取第二个沿。

两个参数各有 0/1 两种取值，两两组合出 mode 0（0,0）、mode 1（0,1）、mode 2（1,0）、mode 3（1,1） 四种模式。主控和从设备必须用同一个 mode，采样的边沿才对得齐——一头在上升沿放数据、另一头也得在上升沿去读，错开一个沿，读到的全是垃圾。为什么屏幕库常给个"试着换 mode 0 到 3 挨个试"的建议？就是因为个别模块 datasheet 没写清、或写反了，四个模式一共就四种，挨个试比查手册还快。

所以线全接对了、电源也正常，屏幕却一片黑或者花屏，先怀疑模式设错了，别急着拆线。

多个从设备：一个从设备一根 CS

想在一组 SPI 上挂多个设备（比如同时接彩屏和 SD 卡）？SCLK、MOSI、MISO 这三根线可以共用，接到同一组信号上；但每多一个从设备，就要多拉一根 CS 单独点名。

主控想跟谁说话，就只把谁的 CS 拉低，其它设备的 CS 全拉高——被拉高的设备就"装睡"，MISO 上不吭声，不去抢总线。这样同一组线上就能轮流跟不同设备通信。

这跟 I2C 用地址点名是两种思路：I2C 靠"门牌号"（设备地址）区分，两根线就能挂一串；SPI 靠"一人一根片选线"，设备越多、占的 GPIO 越多。省线还是省速度，权衡就在这。I2C 那套地址寻址看 /principle/i2c/。

SPI vs I2C 怎么选

	SPI	I2C
速度	快（几十 MHz）	慢（一般几 MHz 内）
占线	4 根起，每多一从加 1 根 CS	固定 2 根
寻址	靠 CS 片选（一从一线）	靠设备地址（门牌号）
双工	全双工（收发同时）	半双工（收发轮流）

一句话：SPI 快但费线，I2C 省线但慢。三种常见串行总线放一起横向对比、什么场景选哪个，看 /principle/protocol-compare/；串口那条线看 /principle/uart/。

什么时候用它

判断很简单：要快、要传大量数据的，走 SPI。典型器件都是这类——

• TFT 彩屏：一屏几万个像素，几十 MHz 才刷得动，I2C 那点速度带不起来。
• SD 卡：读写文件动辄几十 KB 起步，得靠 SPI 的高带宽。
• SPI Flash：外挂存储、大字库、固件，都走 SPI 读。
• 高速 ADC、RC522 读卡模块（见 /sensor/rc522/）。

反过来，要省引脚、设备又多又不赶时间的，比如一堆小传感器加块小 OLED（见 /guide/l2-oled/），用 I2C 更合适。

补两个 ESP32 实战点。其一，ESP32 有 VSPI 和 HSPI 两组 SPI 外设，接两个 SPI 设备（比如一块屏加一张 SD 卡）时可以分到两组上，互不抢总线、各跑各的。其二，SPI 速度不是越高越好——线一长、飞线一多，几十 MHz 的时钟就容易受干扰出错，屏花、SD 读写失败往往是时钟拉太高了。接不上、不稳时，先把时钟降到几 MHz 让它先跑通，稳定了再往上加，比一上来顶格调更省事。

SPI 还能更快：Dual/Quad 和 DMA

标准 SPI 一个时钟沿只在 MOSI 上传 1 位，想更快只能死拉时钟。但外挂 Flash、部分大彩屏还有另一条路：多拉几根数据线并行传。

• Dual SPI：把平时收数据的 MISO 也临时改成发数据用，一个时钟同时走 2 位，读 Flash 快近一倍。
• Quad SPI（QSPI）：再借两根 IO 凑齐 4 根数据线，一个时钟传 4 位。ESP32-S3 外挂的 Flash 和 PSRAM 就走 QSPI，高配版甚至用 Octal（8 线）。你 #include 进来的代码、跑在 PSRAM 里的大数组，底层都是它在搬。

另一个提速关键是 DMA。刷一整屏彩色数据几万字节，如果让 CPU 一个字节一个字节喂给 SPI，CPU 就全卡在这儿了。ESP32 的 SPI 支持 DMA：你把整块缓冲区的地址交给它，硬件自己边传边取，CPU 腾出手干别的。所以驱动大彩屏一定要开 DMA，否则帧率上不去、界面发卡。"同样一块屏，别人刷得顺你却卡"，十有八九就是没走 DMA。

实际接彩屏你还会多看到一两根线：DC（数据/命令选择） 告诉屏幕这一帧发的是命令还是像素，RST（复位） 上电时给它一个复位脉冲。它们不属于 SPI 协议本身，是屏幕这类器件额外要的控制脚，照着模块丝印一一对上即可。很多只写不读的屏幕干脆不接 MISO，最后 SPI 就剩三根加这两根控制线。

一句话口诀

SPI 是四线全双工的高速同步总线：SCLK 打节拍、MOSI 发、MISO 收、CS 低电平点名（一从一根，多用普通 GPIO）。快在收发同时进行加时钟能拉高，代价是费引脚。接不上先查 mode 0~3 对不对，别急着拆线。传大数据（屏/SD/Flash）用它，省线又不赶时间用 I2C。

更多原理对照回 /principle/，模块接线找 /sensor/。