本教程介绍了使用SPI（串行外围设备接口总线）进行Raspberry Pi与Arduino通讯和控制的基本框架。 SPI代表了一种非常完善的芯片间通信方法，该方法在两种设备的硬件中均实现。 在这里，我们将详细探讨SPI，讨论硬件和软件注意事项，并开发一个双向通信方案的工作示例，该方案可适用于许多命令和控制应用程序。
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选择运行在3.3v电压下的Arduino，可以在两个设备的输入和输出引脚之间实现直接连接，而无需进行电平转换即可对齐电压并保护树莓派输入，从而简化了此项目。
Arduino通常被描述为5伏平台，但这并非完全正确。 实际上，在许多标准Arduino的核心中，ATMEGA328P-PU微控制器的额定工作电压为1.8v至5.5v。 尽管旗舰版Arduino Uno和许多其他产品都是为5v操作而设计的，但也有很多官方和非官方的3.3v Arduino供您选择，包括Fio，Pro，Pro-Mini和Lilypad。 （Pro和Pro-Mini具有3.3v和5v版本。）
开发本教程时使用的“ Arduino”是ATMEGA328P-PU，在面包板上采用准系统配置。 该设置确实是准系统。 没有电压调节器或外部时钟晶体，只有由树莓派的3.3v抽头和10K电阻将复位引脚拉高的芯片供电。 （当然，在电源轨上放置一些去耦电容器也没有什么坏处。）除了诱人的电路简单性和节俭性之外，准系统配置是连接Raspberry Pi的理想选择。 3.3v运行不仅对树莓派友好，而且使用电压调节器和晶振可以显着降低总体功耗，这对于在3.3v线路上具有50mA限制的老式树莓派尤其重要。
我通常在电池供电的小型项目中使用此准系统设置。 自己制作时，需要考虑一些在较低电压下运行328P的注意事项。 最重要的问题是需要以较低的时钟速度运行，8MHz是最快的时钟，可以在3.3v时可靠地支持该时钟。 另一个考虑因素是，必须禁用或配置328的掉电检测，以使压差小于3.3v。
Arduino官方网站上有board.txt文件：从Arduino到面包板上的微控制器，它将提供适当的设置来运行最低限度的板并加载8MHz兼容的引导程序。 如果您不熟悉启动引导程序和构建自己的主板，则本页面还将为您提供一个很好的起点，以收集必要的知识和技能。
本教程是使用运行标准Raspian Linux发行版的Raspberry Pi Model B和Raspberry Pi 2开发和测试的。 这些示例应该可以在任何当前的Raspberry Pi型号上无需修改的工作。 我通过SSH从Linux PC上的终端通过SSH运行Raspi“无头”（没有监视器或键盘），因此实际上我的所有交互都在命令行中进行。 示例代码使用C ++编写，并使用GNU编译器集合（GCC）进行编译。 GCC是Raspian发行版的一部分，因此无需安装或配置即可使用。 此处的所有示例都可以使用非常简单的命令行语法进行编译：
g++ -o <target> <source>
要访问SPI外设，必须具有较高的用户权限，因此将需要使用sudo执行编译后的示例，如下所示：
sudo ./example
SPI是Raspberry Pi Arduino连接的几种可行选择之一。 SPI接口的一些优点是广泛采用，信号完整性，协议设计的灵活性和简单性。
SPI采用主从架构。 主设备启动并控制与从设备的所有通信。 SPI通信是同步的，这意味着两个设备之间的数据传输通过共享的时钟信号同步。 SPI通信也是全双工的，这意味着数据可以同时在两个方向上流动。
主机通过时钟线控制数据传输。 每次主机向时钟线发出脉冲时，就会有一位数据从主机发送到从机。 同时，从从机向主机推送一位数据。 实际上，出于我们此处的目的，可以将数据视为在字节级别上移动。 主机和从机各自将一个字节加载到其各自的SPI数据寄存器中，主机向时钟线脉冲八次以在每个方向上压入一个字节。 尽管可以设置各种硬件标志和可以触发的中断，但是没有SPI协议。 两个设备之间同时传输一个字节的数据是整个过程的全部。 如果需要，确认信号，错误检查，数据包定义和其他通用协议功能都可以在软件中处理。
SPI总线本身由四个物理连接组成：两条数据线，一条时钟线和从选择线。 主机必须为每个从机配备一条从机选择线，因此理论上所需的从机选择线的数量可能会增加。
Raspberry Pi和Arduino的时钟和数据线的名称和标签相同：