SPI（Serial Peripheral Interface）面试题汇总
SPI（Serial Peripheral Interface）面试题汇总
1. 描述一下SPI通讯过程。
答：
SPI通信使用4根线：
- SCK（Serial Clock）：时钟信号线，由主设备产生。
- MOSI（Master Out Slave In）：主设备发送数据线。
- MISO（Master In Slave Out）：主设备接收数据线。
- CS/SS（Chip Select/Slave Select）：片选信号线，低电平有效。
通信开始时，主设备拉低对应从设备的CS线，然后通过SCK提供时钟信号，数据通过MOSI发送给从设备，同时通过MISO接收从设备的响应数据。通信结束后，CS线被拉高。
2. 什么是SPI的四种工作模式（CPOL和CPHA）？请解释它们。
答：
SPI的四种工作模式由CPOL（时钟极性） 和 CPHA（时钟相位） 组合决定：
| 模式 | CPOL | CPHA | 说明 |
|---|---|---|---|
| 模式0 | 0 | 0 | SCK空闲为低电平，数据在第一个上升沿采样 |
| 模式1 | 0 | 1 | SCK空闲为低电平，数据在第一个下降沿采样 |
| 模式2 | 1 | 0 | SCK空闲为高电平，数据在第一个下降沿采样 |
| 模式3 | 1 | 1 | SCK空闲为高电平，数据在第一个上升沿采样 |
主从设备必须设置相同的模式才能正常通信。
3. SPI通信中的数据传输过程是怎样的？
答：
- 初始化：主设备配置SPI控制器（模式、时钟、比特序等）。
- 片选：拉低目标从设备的CS线。
- 数据传输：
- 主设备通过MOSI发送数据，同时通过MISO接收数据。
- SPI是全双工的，每次发送一个字节的同时也会接收一个字节。
- 读操作时，主设备需发送“虚拟数据”（如0x00）以产生时钟。
- 结束通信：拉高CS线。
4. 如何实现多个SPI从设备共享一个SPI总线？
答：
- 独立片选法：每个从设备使用独立的CS线，主设备通过拉低对应的CS线选择通信对象。
- 菊花链法：从设备的MISO接下一个从设备的MOSI，所有设备共用SCK和CS，数据依次传递。
5. 如何确定SPI数据传输的比特序（LSB First / MSB First）？
答：
比特序由从设备的数据手册规定。常见的是MSB First。主设备在配置SPI控制器时需设置相应的比特序寄存器，确保与从设备一致。
6. 在嵌入式系统中使用SPI时，有哪些常见的软件实现方式？
答：
- 轮询方式：简单但效率低，CPU需不断查询状态。
- 中断方式：传输完成后触发中断，CPU可处理其他任务。
- DMA方式：由DMA控制器直接搬运数据，极大减轻CPU负担，适合大数据量传输。
7. SPI通信中，如何进行错误处理？
答：
SPI本身无错误校验机制，常见处理方式包括：
- 应用层CRC或校验和
- 超时机制
- 重传机制
- 硬件错误标志检测（如溢出错误）
- 保证信号完整性（布线、去耦等）
8. SPI数据量大时怎么处理？（DMA）
答：
使用DMA控制器：
- CPU初始化DMA，指定源/目标地址和数据量。
- DMA直接与SPI寄存器交互，无需CPU参与数据传输。
- 传输完成后DMA发出中断，CPU处理数据。
适用于高速、大数据量场景，提升系统效率。
9. 当MQTT网络出现故障时，如何确保消息的可靠传递和恢复？
答：
- 使用QoS 1或QoS 2确保消息至少一次或仅一次送达。
- 启用持久化会话和保留消息功能。
- 实现消息队列或缓存机制，暂存未发送消息。
- 设置故障检测与自动重连机制。
10. 如何保证MQTT消息的可靠传输？
答：
MQTT通过三种QoS等级保证可靠性：
- QoS 0：最多一次，不保证送达。
- QoS 1：至少一次，通过确认和重传确保送达。
- QoS 2：仅一次，通过两次握手确保消息不重复。
另可结合持久化会话、保留消息等功能提升可靠性。