واجهة طرفية تسلسلية

لبدء الاتصال، يقوم جهاز SPI الرئيسي أولاً بتحديد الجهاز الذي يرغب في الاتصال به عن طريق خفض مستوى إشارة SS . (يشير الشريط أعلى SS إلى أنها إشارة فعالة عند انخفاض الجهد، لذا فإن الجهد المنخفض يعني "تم التحديد"، بينما الجهد المرتفع يعني "لم يتم التحديد").

إذا تطلب الأمر فترة انتظار، كما هو الحال في التحويل من تناظري إلى رقمي، فيجب على الجهاز الرئيسي الانتظار لمدة لا تقل عن تلك الفترة الزمنية قبل إصدار دورات الساعة. ^{[ ملاحظة 2 ]}

خلال كل دورة ساعة SPI، يتم إرسال بت واحد في كلا الاتجاهين. يرسل الجهاز الرئيسي بتًا عبر خط MOSI بينما يرسل الجهاز التابع بتًا عبر خط MISO، ثم يقرأ كل منهما البت الوارد المقابل له. ويستمر هذا التسلسل حتى عند الرغبة في نقل البيانات في اتجاه واحد فقط.

تتضمن عملية الإرسال باستخدام جهاز تابع واحد مسجل إزاحة واحد في الجهاز الرئيسي ومسجل إزاحة واحد في الجهاز التابع، وكلاهما بحجم كلمة محدد (مثلاً 8 بتات). غالبًا ما تتكون عمليات الإرسال من كلمات مكونة من 8 بتات، ولكن أحجام الكلمات الأخرى شائعة أيضًا، على سبيل المثال، كلمات مكونة من 16 بتًا لوحدات التحكم في شاشات اللمس أو برامج ترميز الصوت، مثل TSC2101 من شركة Texas Instruments، أو كلمات مكونة من 12 بتًا للعديد من محولات الإشارة الرقمية إلى التناظرية أو التناظرية إلى الرقمية.

عادةً ما تُرسل البيانات بدءًا من البت الأكثر أهمية (MSB)، ولكن المواصفات الأصلية تتضمن خاصية LSBFE (تمكين إرسال البت الأقل أهمية أولاً) للتحكم في ترتيب نقل البيانات، سواءً كان ذلك بدءًا من البت الأقل أهمية (LSB) أو البت الأكثر أهمية (MSB). عند حافة نبضة الساعة، يقوم كل من الجهاز الرئيسي والجهاز التابع بإرسال بت إلى نظيره. عند حافة نبضة الساعة التالية، يقوم كل مستقبل بأخذ عينة من البت المرسل وتخزينها في سجل الإزاحة كبت جديد أقل أهمية. بعد إرسال واستقبال جميع البتات، يكون الجهاز الرئيسي والجهاز التابع قد تبادلا قيم السجلات. إذا لزم تبادل المزيد من البيانات، يُعاد تحميل سجلات الإزاحة وتتكرر العملية. قد يستمر الإرسال لأي عدد من دورات الساعة. عند اكتمال العملية، يتوقف الجهاز الرئيسي عن تبديل إشارة الساعة، وعادةً ما يقوم بإلغاء تحديد الجهاز التابع.

في حال استخدام جهاز تابع واحد، يمكن تثبيت طرف SS الخاص به على مستوى منطقي منخفض إذا سمح الجهاز التابع بذلك. أما في حال استخدام عدة أجهزة تابعة، فإن التكوين متعدد النقاط يتطلب إشارة SS مستقلة من الجهاز الرئيسي لكل جهاز تابع، بينما يتطلب التكوين المتسلسل إشارة SS واحدة فقط .

يجب على كل جهاز تابع على الناقل لم يتم اختياره تجاهل إشارات ساعة الإدخال وMOSI. ولمنع التنازع على MISO، يجب على الأجهزة التابعة غير المختارة استخدام خرج ثلاثي الحالة . ستحتاج الأجهزة التابعة التي لا تستخدم خرجًا ثلاثي الحالة إلى مخازن مؤقتة خارجية ثلاثية الحالة لضمان ذلك. ^{[ 3 ]}

بالإضافة إلى ضبط تردد الساعة، يجب على الجهاز الرئيسي أيضًا ضبط قطبية الساعة وطورها بالنسبة للبيانات. وقد أطلقت موتورولا [4] [5] على هذين الخيارين اسمي CPOL وCPHA (لقطبية ^{الساعة وطورها على التوالي ) ،} وهو اصطلاح اعتمدته معظم الشركات المصنعة .

يُشرح مخطط التوقيت الخاص بواجهة SPI الموضح أدناه بمزيد من التفصيل:

• يمثل CPOL قطبية الساعة. ويمكن تحويل الأقطاب باستخدام عاكس بسيط .
  • SCLK _CPOL=0 هي ساعة تعمل في وضع الخمول عند الجهد المنخفض المنطقي .
  • SCLK _CPOL=1 هي ساعة تعمل في وضع الخمول عند الجهد العالي المنطقي.
• يمثل CPHA طور دورة إرسال كل بت من البيانات بالنسبة إلى SCLK.
  • بالنسبة لـ CPHA=0:
    • يتم إخراج أول بت من البيانات فور تفعيل SS .
    • يتم إخراج البتات اللاحقة عندما ينتقل جهد SCLK إلى مستوى جهد الخمول.
    • يحدث أخذ العينات عندما ينتقل جهد SCLK من مستوى جهد الخمول.
  • بالنسبة لـ CPHA=1:
    • يتم إخراج بت البيانات الأول على الحافة الأولى لساعة SCLK بعد تنشيط SS .
    • يتم إخراج البتات اللاحقة عندما ينتقل جهد SCLK من مستوى جهد الخمول.
    • يحدث أخذ العينات عندما ينتقل جهد SCLK إلى مستوى جهد الخمول.
  • إن التحويل بين هاتين المرحلتين ليس بالأمر البسيط.
  • عادة ما تكون إشارات MOSI و MISO مستقرة (عند نقاط استقبالها) لنصف الدورة حتى تبدأ دورة إرسال البت التالي، لذلك قد تقوم أجهزة SPI الرئيسية والتابعة بأخذ عينات من البيانات في نقاط مختلفة في نصف الدورة هذا، من أجل المرونة، على الرغم من المواصفات الأصلية.

يتم الإشارة إلى تركيبات القطبية والأطوار بواسطة أرقام "وضع SPI" هذه، حيث يمثل CPOL البت الأعلى ترتيبًا وCPHA البت الأدنى ترتيبًا:

ملحوظات:

• هناك طريقة أخرى شائعة الاستخدام لتمثيل الوضع كزوج (CPOL، CPHA)؛ على سبيل المثال، تشير القيمة '(0، 1)' إلى CPOL=0 و CPHA=1.
• في وضع التشغيل ثنائي الاتجاه الكامل، يمكن للجهاز الرئيسي الإرسال والاستقبال بأنماط مختلفة. على سبيل المثال، يمكنه الإرسال في النمط 0 والاستقبال في النمط 1 في الوقت نفسه.
• قد يستخدم البائعون المختلفون أنظمة تسمية مختلفة، مثل CKE لحافة الساعة أو NCPHA لعكس CPHA.

صُممت بعض الأجهزة التابعة لتجاهل أي اتصالات SPI يتجاوز فيها عدد نبضات الساعة الحدّ المُحدد. بينما لا تُبالي أجهزة أخرى، فتتجاهل المدخلات الإضافية وتستمر في إزاحة بت الإخراج نفسه. من الشائع أن تستخدم الأجهزة المختلفة اتصالات SPI بأطوال مختلفة، كما هو الحال عند استخدام SPI للوصول إلى سلسلة مسح دائرة متكاملة عن طريق إصدار كلمة أمر بحجم معين (ربما 32 بت) ثم الحصول على استجابة بحجم مختلف (ربما 153 بت، بت واحد لكل طرف في سلسلة المسح تلك).

المقاطعات خارج نطاق SPI؛ استخدامها ليس ممنوعًا ولا محددًا، وبالتالي يمكن تنفيذها بشكل اختياري.

في تكوين ناقل متعدد النقاط ، يمتلك كل جهاز تابع إشارة SS خاصة به ، ويختار الجهاز الرئيسي إشارة واحدة فقط في كل مرة. أما إشارات MISO وSCLK وMOSI فهي مشتركة بين جميع الأجهزة. هذه هي الطريقة المعتادة لاستخدام بروتوكول SPI.

بما أن دبابيس MISO للأجهزة التابعة متصلة ببعضها، فيجب أن تكون دبابيس ثلاثية الحالة (عالية، منخفضة، أو مقاومة عالية)، حيث يجب تطبيق خرج المقاومة العالية عندما لا يتم تحديد الجهاز التابع. يمكن استخدام الأجهزة التابعة التي لا تدعم الحالة الثلاثية في تكوين متعدد النقاط بإضافة شريحة عازلة ثلاثية الحالة يتم التحكم فيها بواسطة إشارة SS الخاصة بها. ^{[ 3 ]} (بما أنه يلزم تحويل خط إشارة واحد فقط إلى الحالة الثلاثية لكل جهاز تابع، يمكن استخدام شريحة منطقية قياسية نموذجية تحتوي على أربعة عوازل ثلاثية الحالة ذات مداخل بوابة مستقلة لربط ما يصل إلى أربعة أجهزة تابعة بناقل SPI).

تنبيه: يجب أن تبدأ جميع إشارات SS بمستوى عالٍ (للدلالة على عدم تحديد أي أجهزة تابعة) قبل إرسال رسائل التهيئة إلى أي جهاز تابع، حتى تتجاهل الأجهزة التابعة الأخرى غير المُهيأة الرسائل غير الموجهة إليها. يُعد هذا الأمر مصدر قلق إذا كان الجهاز الرئيسي يستخدم منافذ إدخال/إخراج للأغراض العامة (GPIO) (والتي قد تكون حالتها الافتراضية غير مُحددة) لـ SS ، وإذا كان الجهاز الرئيسي يستخدم مكتبات برمجية منفصلة لتهيئة كل جهاز. يتمثل أحد الحلول في تهيئة جميع منافذ GPIO المستخدمة لـ SS لإخراج جهد عالٍ لجميع الأجهزة التابعة قبل تشغيل رمز التهيئة من أي من تلك المكتبات البرمجية. حل آخر هو إضافة مقاومة سحب لأعلى على كل SS ، لضمان أن تكون جميع إشارات SS عالية في البداية. ^{[ 3 ]}

قد تُوصَّل بعض المنتجات التي تُطبِّق بروتوكول SPI على شكل سلسلة متصلة ، حيث يُوصَّل خرج الجهاز التابع الأول بمدخل الجهاز التابع الثاني، وهكذا مع الأجهزة التابعة اللاحقة، وصولًا إلى الجهاز التابع الأخير الذي يُوصَّل خرجه بمدخل الجهاز الرئيسي. يُدمج هذا فعليًا سجلات إزاحة الاتصال الفردية لكل جهاز تابع لتشكيل سجل إزاحة واحد أكبر مُدمج ينقل البيانات عبر السلسلة. لا يتطلب هذا التكوين سوى خط SS واحد من الجهاز الرئيسي، بدلًا من خط SS منفصل لكل جهاز تابع. ^{[ 7 ]}

بالإضافة إلى استخدام الأجهزة التابعة الخاصة ببروتوكول SPI، يمكن أن يتضمن بروتوكول SPI المتسلسل مسجلات إزاحة منفصلة لمزيد من منافذ الإدخال (على سبيل المثال باستخدام مدخلات متوازية ومخرجات تسلسلية 74).xx165) ^{[ 8 ]} أو المخرجات (على سبيل المثال باستخدام المدخل التسلسلي والمخرج المتوازي 74)xx595) ^{[ 9 ]} متصلة بشكل متسلسل إلى أجل غير ^{مسمى . تشمل التطبيقات الأخرى التي يمكن أن} تعمل مع SPI المتصل بشكل متسلسل SGPIO و JTAG [ ^{10 ]} و I2C .

تستخدم تكوينات الموسع وحدات عنونة يتم التحكم فيها بواسطة SPI (مثل وحدات فك التشفير الثنائية ، أو وحدات فك الإرسال ، أو مسجلات الإزاحة) لإضافة اختيارات الرقاقة.

على سبيل المثال، يمكن استخدام إشارة اختيار واحدة لإرسال رقم فهرس يتحكم في إشارات الاختيار الخاصة بجهاز فك الإرسال الذي يتم التحكم فيه بواسطة بروتوكول SPI، بينما يتم توجيه إشارة اختيار أخرى عبر جهاز فك الإرسال هذا وفقًا لهذا الفهرس لاختيار الجهاز التابع المطلوب. ^{[ 11 ]}

• الاتصال ثنائي الاتجاه الكامل في الإصدار الافتراضي من هذا البروتوكول
• توفر محركات الدفع والسحب (على عكس محركات التصريف المفتوح ) سلامة إشارة جيدة نسبيًا وسرعة عالية
• معدل نقل بيانات أعلى من I²C أو SMBus
  • مع ذلك، لا يوجد حد أقصى لسرعة الساعة في بروتوكول SPI:
    • تحدد الأجهزة الفردية ترددات الساعة المقبولة
    • تحدد الأسلاك والإلكترونيات التردد
• مرونة كاملة في البروتوكول لنقل البيانات
  • لا يقتصر على الرموز ذات 8 بت
  • اختيار عشوائي لحجم الرسالة ومحتواها وغرضها
• أجهزة بسيطة وواجهات توصيل
  • لا يتطلب التنفيذ المادي للأجهزة التابعة سوى مسجل إزاحة قابل للتحديد
    • تستخدم الأجهزة التابعة ساعة الجهاز الرئيسي، وبالتالي فهي لا تحتاج إلى مذبذبات دقيقة.
    • لا تحتاج الأجهزة التابعة إلى عنوان فريد - على عكس I²C أو GPIB أو SCSI 
    • لا تتطلب الأجهزة الرئيسية سوى توليد إشارات الساعة و SS.
    • ينتج عن ذلك تنفيذ برمجي بسيط يعتمد على البتات
  • يستخدم أربعة دبابيس فقط على عبوات الدوائر المتكاملة، والأسلاك في تصميمات اللوحات أو الموصلات، وهو عدد أقل بكثير من الواجهات المتوازية.
    • إشارة فريدة واحدة على الأكثر لكل جهاز ( SS )؛ أما الإشارات الأخرى فهي مشتركة
      • لا يحتاج تكوين سلسلة ديزي إلى أكثر من وحدة تخزين مشتركة واحدة
  • عادةً ما تكون متطلبات الطاقة أقل من I²C أو SMBus بسبب قلة الدوائر (بما في ذلك مقاومات السحب لأعلى).
  • يعني وجود جهاز تحكم رئيسي واحد عدم وجود تحكيم في ناقل البيانات (وما يرتبط به من حالات فشل) - على عكس ناقل CAN
  • لا حاجة لأجهزة الإرسال والاستقبال - على عكس ناقل CAN
  • الإشارات أحادية الاتجاه، مما يسمح بالعزل الجلفاني بسهولة

• يتطلب عددًا أكبر من الدبابيس على عبوات الدوائر المتكاملة مقارنةً بـ I²C ، حتى في الإصدارات ثلاثية الأسلاك.
• لا يتعامل إلا مع المسافات القصيرة مقارنة بـ RS-232 أو RS-485 أو CAN-bus (على الرغم من إمكانية تمديد المسافة باستخدام أجهزة الإرسال والاستقبال مثل RS-422 ).
• تنخفض قابلية التوسع بشكل كبير عند الحاجة إلى استخدام عدة أجهزة تابعة تستخدم أوضاع SPI مختلفة
  • يتباطأ الوصول عندما يحتاج الجهاز الرئيسي إلى إعادة التهيئة بشكل متكرر في أوضاع مختلفة
• لا يوجد معيار رسمي
  • لذا فإن التحقق من المطابقة غير ممكن
  • تُعقّد العديد من الاختلافات الموجودة عملية الدعم
• لا يوجد دعم مدمج للبروتوكول لبعض الميزات:
  • لا يوجد تحكم مادي في تدفق البيانات بواسطة الجهاز التابع (لكن يمكن للجهاز الرئيسي تأخير حافة الساعة التالية لإبطاء معدل النقل).
  • لا يوجد تأكيد من الجهاز التابع (قد يقوم الجهاز الرئيسي بالإرسال إلى لا مكان دون أن يعلم بذلك).
  • لا يوجد بروتوكول للتحقق من الأخطاء
  • ممنوع التبديل السريع (إضافة العقد ديناميكيًا)
  • المقاطعات خارج نطاق بروتوكول SPI (انظر §  المقاطعات )

أدرجت شركة موتورولا في عام 1983 ^{[ 13 ]} ثلاثة حواسيب صغيرة من طراز 6805 ذات 8 بت مزودة بـ "واجهة طرفية تسلسلية" مدمجة، وقد تم وصف وظائفها في دليل عام 1984. ^{[ 14 ]}

تختلف بعض الأجهزة في توقيتها عن وضعَي CPOL/CPHA من موتورولا. قد يستخدم إرسال البيانات من الجهاز التابع إلى الجهاز الرئيسي حافة الساعة المعاكسة لإرسالها من الجهاز الرئيسي إلى الجهاز التابع. غالبًا ما تتطلب الأجهزة فترة خمول إضافية للساعة قبل الساعة الأولى أو بعد الأخيرة، أو بين الأمر والاستجابة له.

تحتوي بعض الأجهزة على ساعتين، إحداهما لقراءة البيانات، والأخرى لنقلها إلى الجهاز. وتعمل العديد من ساعات القراءة من خط اختيار الجهاز التابع.

تتعدد أحجام كلمات الإرسال. تدعم العديد من رقاقات SPI الرسائل التي تتكون من مضاعفات 8 بت فقط. لا يمكن لهذه الرقاقات العمل مع بروتوكولات JTAG أو SGPIO ، أو أي بروتوكول آخر يتطلب رسائل لا تتكون من مضاعفات 8 بت.

بعض الأجهزة لا تستخدم اختيار الجهاز التابع، وبدلاً من ذلك تدير دخول/خروج آلة حالة البروتوكول باستخدام طرق أخرى.

أي شخص يحتاج إلى موصل خارجي لـ SPI يقوم بتحديد موصله الخاص أو يستخدم اتصالًا قياسيًا آخر مثل: UEXT ، Pmod ، موصلات JTAG المختلفة ، مقبس بطاقة Secure Digital ، إلخ.

تتطلب بعض الأجهزة إشارة تحكم إضافية في تدفق البيانات من الجهاز التابع إلى الجهاز الرئيسي، للإشارة إلى جاهزية البيانات. يؤدي هذا إلى استخدام بروتوكول بخمسة أسلاك بدلاً من الأربعة المعتادة. غالبًا ما تكون إشارة الجاهزية أو التفعيل هذه منخفضة الفعالية، ويجب تفعيلها في نقاط رئيسية مثل بعد الأوامر أو بين الكلمات. بدون هذه الإشارة، قد يلزم إبطاء معدلات نقل البيانات بشكل ملحوظ، أو قد يلزم إدخال بايتات وهمية في البروتوكولات، لاستيعاب أسوأ حالة لوقت استجابة الجهاز التابع. تشمل الأمثلة بدء تحويل تناظري رقمي، وعنونة الصفحة الصحيحة من ذاكرة الفلاش، ومعالجة جزء كافٍ من الأمر بحيث يتمكن برنامج الجهاز الثابت من تحميل الكلمة الأولى من الاستجابة. (لا تدعم العديد من أجهزة SPI الرئيسية هذه الإشارة مباشرةً، وتعتمد بدلاً من ذلك على تأخيرات ثابتة).

SafeSPI ^{[ 16 ]} هو معيار صناعي لبروتوكول SPI في تطبيقات السيارات. وينصب تركيزه الرئيسي على نقل بيانات المستشعرات بين الأجهزة المختلفة.

في البيئات ذات التشويش الكهربائي، ونظرًا لقلة الإشارات في بروتوكول SPI، قد يكون من المجدي اقتصاديًا تقليل تأثيرات التشويش ذي النمط المشترك عن طريق تكييف بروتوكول SPI لاستخدام إشارات تفاضلية منخفضة الجهد . ^{[ 17 ]} ومن المزايا الأخرى إمكانية تصميم الأجهزة المتحكم بها بحيث يمكن اختبار سلامة الإشارة من خلال إعادة المحاولة. ^{[ 18 ]}

واجهة الأجهزة الطرفية التسلسلية المُرتبة ( QSPI ؛ تختلف عن واجهة Quad SPI الموصوفة في قسم  Quad SPI ولكنها تحمل نفس الاختصار ) هي نوع من وحدات تحكم SPI تستخدم قائمة انتظار لنقل البيانات عبر ناقل SPI. ^{[ 19 ]} تتميز بنمط التفاف يسمح بعمليات نقل مستمرة من وإلى قائمة الانتظار مع تدخل متقطع فقط من وحدة المعالجة المركزية. ونتيجة لذلك، تظهر الأجهزة الطرفية لوحدة المعالجة المركزية كأجهزة متوازية مُرتبطة بالذاكرة . تُعد هذه الميزة مفيدة في تطبيقات مثل التحكم في مُحول تناظري/رقمي . تشمل الميزات الأخرى القابلة للبرمجة في واجهة QSPI اختيار الشريحة وطول/تأخير النقل.

تدعم وحدات تحكم SPI من مختلف الموردين مجموعات ميزات مختلفة؛ وتُعدّ قوائم انتظار الوصول المباشر إلى الذاكرة (DMA) شائعة، على الرغم من أنها قد تكون مرتبطة بمحركات DMA منفصلة بدلاً من وحدة تحكم SPI نفسها، كما هو الحال في منفذ التسلسل المخزن مؤقتًا متعدد القنوات ( MCBSP ). ^{[ ملاحظة 4 ]} تدعم معظم وحدات تحكم SPI الرئيسية ما يصل إلى أربعة اختيارات تابعة، ^{[ ملاحظة 5 ]} على الرغم من أن بعضها يتطلب إدارة اختيارات التابعين بشكل منفصل عبر خطوط GPIO.

لاحظ أن بروتوكول SPI المُرتب في قائمة الانتظار يختلف عن بروتوكول SPI الرباعي ، بل إن بعض المعالجات تسمح بشكل مربك لواجهة "QSPI" واحدة بالعمل إما في الوضع الرباعي أو الوضع المُرتب في قائمة الانتظار! ^{[ 20 ]}

تستخدم إصدارات SPI ثلاثية الأسلاك، والمقتصرة على وضع نصف مزدوج، خط بيانات ثنائي الاتجاه واحد يُسمى SISO (إخراج/إدخال تابع) أو MOMI (إخراج/إدخال رئيسي) بدلاً من خطي SPI أحاديي الاتجاه (MOSI وMISO). يُستخدم هذا النوع من التوصيلات عادةً في المكونات ذات الأداء المنخفض، مثل ذاكرة EEPROM الصغيرة المستخدمة فقط أثناء بدء تشغيل النظام، وبعض أجهزة الاستشعار، وتقنية Microwire . يدعم عدد قليل من وحدات تحكم SPI هذا الوضع، على الرغم من إمكانية برمجته بسهولة .

إضافةً إلى استخدام خطوط متعددة للإدخال والإخراج، تعمل بعض الأجهزة على زيادة معدل النقل باستخدام نقل البيانات بمعدل مضاعف . ^{[ 25 ] [ 26 ]}

SGPIO عبارة عن حزمة تطبيقات أخرى (غير متوافقة) لبروتوكول SPI مصممة لأنشطة إدارة اللوحة الخلفية المحددة. يستخدم SGPIO رسائل مكونة من 3 بتات.

طوّرت إنتل ناقلًا جديدًا خلفًا لناقلها ذي عدد الدبابيس المنخفض (LPC)، أطلقت عليه اسم ناقل واجهة الأجهزة الطرفية التسلسلية المحسّنة ( eSPI ). تهدف إنتل من خلال هذا الناقل إلى تقليل عدد الدبابيس المطلوبة على اللوحات الأم وزيادة الإنتاجية مقارنةً بناقل LPC، وخفض جهد التشغيل إلى 1.8 فولت لتسهيل عمليات تصنيع الرقائق الأصغر حجمًا، والسماح للأجهزة الطرفية eSPI بمشاركة أجهزة ذاكرة الفلاش SPI مع المضيف (إذ لم يكن ناقل LPC يسمح باستخدام وحدات البرامج الثابتة بواسطة الأجهزة الطرفية LPC)، وتمرير الدبابيس التي كانت تُستخدم سابقًا خارج النطاق عبر eSPI، وتمكين مصممي الأنظمة من الموازنة بين التكلفة والأداء. ^{[ 27 ] [ 28 ]}

يمكن مشاركة ناقل eSPI مع أجهزة SPI لتوفير عدد المنافذ، أو فصله عن ناقل SPI لتحسين الأداء، خاصةً عندما تحتاج أجهزة eSPI إلى استخدام ذاكرة فلاش SPI. ^{[ 27 ]}

يُحدد هذا المعيار إشارة Alert# التي يستخدمها جهاز eSPI التابع لطلب الخدمة من الجهاز الرئيسي. في التصميمات عالية الأداء أو تلك التي تحتوي على جهاز eSPI تابع واحد فقط، يتم توصيل طرف Alert# الخاص بكل جهاز تابع بطرف Alert# مخصص له على الجهاز الرئيسي، مما يسمح للجهاز الرئيسي بتقديم الخدمة بزمن استجابة منخفض، لأنه سيعرف أي جهاز تابع يحتاج إلى الخدمة دون الحاجة إلى استطلاع جميع الأجهزة التابعة لتحديد ذلك. أما في التصميمات الاقتصادية التي تحتوي على أكثر من جهاز تابع، فتُوصل جميع أطراف Alert# الخاصة بالأجهزة التابعة بطرف Alert# واحد على الجهاز الرئيسي عبر وصلة OR سلكية ، مما يتطلب من الجهاز الرئيسي استطلاع جميع الأجهزة التابعة لتحديد أيها يحتاج إلى الخدمة عندما تنخفض إشارة Alert# بسبب جهاز طرفي واحد أو أكثر يحتاج إلى الخدمة. وبعد خدمة جميع الأجهزة، ترتفع إشارة Alert# لعدم حاجة أي من الأجهزة التابعة إلى الخدمة، وبالتالي تنخفض إشارة Alert#. ^{[ 27 ]}

يسمح هذا المعيار للمصممين باستخدام اتصالات أحادية البت أو ثنائية البت أو رباعية البت بسرعات تتراوح من 20 إلى 66  ميجاهرتز، مما يتيح لهم الموازنة بين الأداء والتكلفة. ^{[ 27 ]}

ينبغي تمرير الاتصالات التي كانت خارج نطاق LPC، مثل منافذ الإدخال/الإخراج للأغراض العامة (GPIO) وناقل إدارة النظام (SMBus)، عبر eSPI من خلال دورات الأسلاك الافتراضية ودورات الرسائل خارج النطاق على التوالي، وذلك لإزالة هذه المنافذ من تصميمات اللوحات الأم التي تستخدم eSPI. ^{[ 27 ]}

يدعم هذا المعيار دورات الذاكرة القياسية التي تتراوح أطوالها بين بايت واحد و4 كيلوبايت من البيانات، ودورات الذاكرة القصيرة التي تتراوح أطوالها بين بايت واحد و2 و4 بايت والتي تتميز بانخفاض الحمل الزائد مقارنةً بدورات الذاكرة القياسية، بالإضافة إلى دورات الإدخال/الإخراج التي تتراوح أطوالها بين بايت واحد و2 و4 بايت والتي تتميز أيضًا بانخفاض الحمل الزائد. يقلل هذا بشكل كبير من الحمل الزائد مقارنةً بناقل LPC، حيث تستهلك جميع الدورات، باستثناء دورة قراءة مركز البرامج الثابتة التي يبلغ حجمها 128 بايت، أكثر من نصف إنتاجية الناقل ووقته في الحمل الزائد. تسمح دورة الذاكرة القياسية بطول يتراوح بين بايت واحد و4 كيلوبايت لتوزيع الحمل الزائد الأكبر على عملية نقل بيانات كبيرة. يُسمح لأجهزة eSPI التابعة ببدء إصدارات رئيسية من جميع دورات الذاكرة. لا تتضمن eSPI دورات الإدخال/الإخراج الرئيسية للحافلة، التي تم تقديمها بواسطة مواصفات حافلة LPC، ولا الوصول المباشر إلى الذاكرة (DMA) بنمط ISA، بما في ذلك الإصدار 32 بت الذي تم تقديمه بواسطة مواصفات حافلة LPC. لذلك، تُعد دورات الذاكرة الرئيسية للحافلة هي الوصول المباشر إلى الذاكرة المسموح به فقط في هذا المعيار. ^{[ 27 ]}

يُسمح لأجهزة eSPI التابعة باستخدام جهاز eSPI الرئيسي كوكيل لتنفيذ عمليات الفلاش على ذاكرة فلاش SPI تابعة قياسية نيابةً عن جهاز eSPI التابع الطالب. ^{[ 27 ]}

تمت إضافة عنونة الذاكرة ذات 64 بت أيضًا، ولكن يُسمح بها فقط عندما لا يكون هناك عنوان مكافئ ذو 32 بت. ^{[ 27 ]}

يمكن تهيئة مجموعة شرائح Intel Z170 لتنفيذ هذا الناقل أو نسخة معدلة من ناقل LPC تفتقر إلى قدرة DMA على غرار ISA وتعمل بتردد منخفض إلى 24  ميجاهرتز بدلاً من 33 ميجاهرتز القياسية  . ^{[ 29 ]}

كما تم اعتماد ناقل eSPI بواسطة شرائح AMD Ryzen .

تُعدّ تقنية Microwire، ^{[ 30 ]} والتي تُكتب غالبًا μWire ، سلفًا لتقنية SPI وعلامة تجارية مسجلة لشركة National Semiconductor . وهي عبارة عن مجموعة فرعية دقيقة من SPI: نصف مزدوج، وتستخدم وضع SPI 0. تميل رقائق Microwire إلى الحاجة إلى معدلات ساعة أبطأ من إصدارات SPI الأحدث؛ ربما 2  ميجاهرتز مقابل 20  ميجاهرتز. كما تدعم بعض رقائق Microwire وضعًا ثلاثي الأسلاك .

Microwire/Plus ^{[ 31 ]} هو تحسين لـ Microwire ويتميز بالاتصال ثنائي الاتجاه الكامل ودعم أوضاع SPI 0 و 1. لم يكن هناك تحسين محدد في سرعة الساعة التسلسلية.

على الرغم من وجود بعض أوجه التشابه بين بروتوكول SPI وبروتوكول JTAG (IEEE 1149.1-2013)، إلا أنهما ليسا متطابقين. صُمم JTAG خصيصًا لتوفير وصول اختبار موثوق إلى منافذ الإدخال/الإخراج من وحدة تحكم خارجية، مع دقة أقل في تأخير الإشارة ومعاملات الانحراف، بينما يتمتع SPI بتطبيقات متنوعة. وبالرغم من أن JTAG ليس واجهة حساسة لمستوى الإشارة بشكل مباشر، إلا أنه يدعم استعادة كلٍ من أخطاء الإعداد والتثبيت بين أجهزة JTAG عن طريق خفض تردد الساعة أو تغيير دورات تشغيلها. وبالتالي، فإن واجهة JTAG غير مصممة لدعم معدلات نقل بيانات عالية للغاية. ^{[ 32 ]}

قد توفر الحواسيب أحادية اللوحة إمكانية الوصول عبر المنافذ إلى وحدات أجهزة SPI. على سبيل المثال، يوفر موصل J8 في Raspberry Pi وحدتي SPI على الأقل يمكن استخدامهما عبر برامج تشغيل Linux أو Python .

تتوفر العديد من محولات USB التي تتيح لأجهزة الكمبيوتر المكتبية أو الهواتف الذكية المزودة بمنفذ USB التواصل مع رقائق SPI (مثل CH341A/B ^{[ 33 ]} أو FT 221xs ^{[ 34 ]} ). تُستخدم هذه المحولات في الأنظمة المدمجة، والرقائق ( FPGA ، و ASIC ، و SoC )، واختبار الأجهزة الطرفية وبرمجتها وتصحيح أخطائها. كما يوفر العديد منها إمكانيات البرمجة النصية أو البرمجة (مثل Visual Basic ، و C / C++ ، و VHDL )، ويمكن استخدامها مع برامج مفتوحة المصدر مثل flashrom ، وIMSProg، وSNANDer، وavrdude لبرمجة ذاكرة الفلاش ، و EEPROM ، وبرنامج الإقلاع ، ونظام الإدخال والإخراج الأساسي (BIOS) .

تتمثل أهم معايير بروتوكول SPI في: أقصى تردد مدعوم للواجهة التسلسلية، وزمن استجابة الأوامر، وأقصى طول لأوامر SPI. تتوفر في الأسواق اليوم محولات SPI تدعم  واجهات تسلسلية بتردد يصل إلى 100 ميجاهرتز، مع طول وصول غير محدود عمليًا.

نظرًا لأن بروتوكول SPI هو معيار فعلي، فإن بعض محولات مضيف SPI لديها أيضًا القدرة على دعم بروتوكولات أخرى تتجاوز بروتوكول SPI التقليدي ذي 4 أسلاك (على سبيل المثال، دعم بروتوكول quad-SPI أو بروتوكول تسلسلي مخصص آخر مشتق من SPI ^{[ 35 ]} ).

تُعدّ أجهزة تحليل المنطق أدواتٍ تقوم بجمع الإشارات عالية السرعة، وتحديد وقتها ، وتحليلها، وفك تشفيرها، وتخزينها، وعرضها، وذلك للمساعدة في تصحيح الأخطاء وتطوير البرمجيات. وتتمتع معظم أجهزة تحليل المنطق بالقدرة على فك تشفير إشارات ناقل SPI إلى بيانات بروتوكول عالية المستوى مع تسميات سهلة القراءة.