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[STM32F4] STM32F4的SPI

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 楼主| SHOPQQ 发表于 2023-8-23 11:13 | 显示全部楼层 |阅读模式
ST, STM, STM32, STM32F, STM32F4
SPI协议简介

SPI协议是由摩托罗拉公司提出的通讯协议，即串行外围设备接口。是一种高速全双工的通信总线。

SPI物理层

SPI协议使用3条总线以及片选线。3条总线分别是SCK、MOSI、MISO，片选线为SS(NSS、CS)

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SS：从设备选择信号线，常称为片选信号线。还有NSS、CS标记。当多个SPI从设备与SPI主机相连时，其他信号SCK、MOSI、MISO都是并联到相同的SPI总线上的，所有的从设备都在使用这三条总线。但是每一条设备都有一个独立的SS信号线，该信号线独占主机的一个引脚，由多少个从设备，就有多少条片选信号线。当主机要选择从设备时，就将该设备的SS信号线拉低，表示选中该设备。SPI通讯以SS置低为开始信号，拉高作为结束信号

SCK：时钟信号线、

MOSI：主设备输出/从设备输入引脚

MISO：主设备输入/从设备输出引脚



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———————————————— 版权声明：本文为CSDN博主「晨阳雾思」的原创文章，遵循CC 4.0 BY-SA版权协议，转载请附上原文出处链接及本声明。 原文链接：https://blog.csdn.net/wsqgoforit/article/details/128085806  发表于 2023-8-23 11:16

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 楼主| SHOPQQ 发表于 2023-8-23 11:13 | 显示全部楼层
SPI协议层
SPI基本通讯过程
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NSS、SCK、MOSI信号都由主机控制产生，MISO的信号由从机产生，主机通过该信号线读取从机的数据。MOSI和MISO的信号只在NSS为低电平的时候才有效，在SCK的每个时钟周期MOSI和MISO传输一位数据。
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 楼主| SHOPQQ 发表于 2023-8-23 11:15 | 显示全部楼层
通讯的起始和停止信号
NSS信号线由高变低，是SPI通讯的起始信号。当从机检测到起始信号后，就知道自己被主机选中，开始准备与主机通信。
NSS信号线由低变高，是SPI通讯的停止信号。表示本次通讯结束，从机的选中状态被取消。
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 楼主| SHOPQQ 发表于 2023-8-23 11:16 | 显示全部楼层
数据有效性
SPI使用MOSI和MISO信号线来传输数据，使用SCK信号线进行数据传输。
MOSI和MISO数据线在SCK的每个时钟周期传输一位数据，且数据输入输出是同步进行。
MOSI和MISO的数据在SCK的上升沿期间变化输出，在SCK的下降沿被采样。
SPI每次可以传输8位或16位为单位，不受限制。
MSB先行或LSB先行没有做硬性规定，但要保证两个SPI设备之间使用同样协定。一般采用MSB先行模式。
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 楼主| SHOPQQ 发表于 2023-8-23 11:16 | 显示全部楼层
CPOL/CPHA以及通讯模式
时钟极性CPOL是指SPI通讯设备处于空闲状态时，SCK信号线的电平信号（SPI通讯开始前，NSS线为高电平时SCK的状态）。CPOL=0时，SCK在空闲状态为低电平，CPOL=1则相反。
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 楼主| SHOPQQ 发表于 2023-8-23 11:16 | 显示全部楼层
时钟相位CPHA是指数据的采样时刻，当CPHA=0，MOSI或MISO数据线上的信号将会在SCK时钟线的“奇数边沿”被采样，当CPHA=1时，数据线信号将会在SCK时钟线的“偶数边沿”被采样
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 楼主| SHOPQQ 发表于 2023-8-23 11:16 | 显示全部楼层
204164e57a20143ce.png
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 楼主| SHOPQQ 发表于 2023-8-23 11:17 | 显示全部楼层
STM32的SPI特性以及架构
SPI外设简介
STM32的SPI外设可用作主机和从机，支持最高的SCK时钟频率f_pclk/2，完全支持SPI协议的四种模式，数据帧长度可设置为8位或16位，可设置MSB或LSB先行。
可以支持双线全双工、双向单线以及单线模式。其中双线单向模式可以同时使用MOSI和MISO数据线向一个方向传输数据。
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 楼主| SHOPQQ 发表于 2023-8-23 11:25 | 显示全部楼层
SPI架构剖析
6039164e57c26bf214.png
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 楼主| SHOPQQ 发表于 2023-8-23 11:25 | 显示全部楼层
通讯引脚
STM32芯片有多个SPI外设，它们SPI通讯信号引到不同的GPIO引脚，使用时必须配置到这些指定的引脚。
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 楼主| SHOPQQ 发表于 2023-8-23 11:26 | 显示全部楼层
时钟控制逻辑
通过控制寄存器CR的BR[0:2]位控制，可以实现2、4、8、16、32、64、128、256分频。
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 楼主| SHOPQQ 发表于 2023-8-23 11:26 | 显示全部楼层
数据控制逻辑
SPI的MOSI以及MISO都连接到数据移位寄存器上，数据移位寄存器的内容来源于接收缓冲区、发送缓冲区以及MOSI、MISO线。
当向外发送数据的时候，数据移位寄存器以“发送缓冲区”为数据源，把数据一位一位通过数据线发送出去。
当从外部接收数据时，数据移位寄存器把数据线采样到的数据一位一位存储到“接收缓冲区”中。
通过写SPI的数据寄存器DR把数据填充到发送缓冲区中。通过读数据寄存器DR可以获取接收缓冲区中的内容。
数据帧长度->CR1的DFF位配置为8位或16位模式
MSB或LSB先行->LSBFIRST位
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 楼主| SHOPQQ 发表于 2023-8-23 11:27 | 显示全部楼层
整体控制逻辑
控制逻辑负责协调整个SPI外设，控制逻辑的工作模式根据我们配置的”控制寄存器CR1/CR2“的参数而改变，基本的控制参数包括SPI模式、波特率、LSB先行、主从模式等
在SPI外设工作时，控制逻辑会根据外设的工作状态修改”状态寄存器SR“。我们可以通过读取状态寄存器的相关位来了解SPI的工作状态。
控制逻辑还根据要求，负责产生SPI中断信号、DMA请求以及控制NSS信号线
一般实际应用过程中，我们一般不使用SPI外设标准的NSS信号线，而是简单的使用普通的GPIO
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 楼主| SHOPQQ 发表于 2023-8-23 11:27 | 显示全部楼层
通讯过程
主模式收发流程如下
1、控制NSS信号线，产生起始信号
2、把要发送的数据写入”数据寄存器DR“中，该数据会被存储到发送缓冲区
3、通讯开始，SCK时钟运转。MOSI把发送缓冲区里面的数据一位一位的传输出去，MISO把数据一位一位存储进接收缓冲区
4、发送完一帧数据时，“状态寄存去SR”的“TXE标志位”会被置1，表明传输完一帧，发送缓冲区已空。
接收完一帧数据时，“状态寄存去SR”的“RXNE标志位”会被置1，表明传输完一帧，接收缓冲区非空。
5、等待到“TXE标志位”为1时，若还要继续发送数据，则再次往“数据寄存器DR”写入数据即可
等待到“RXNE标志位”为1时，通过读取“数据寄存器”可以获取接收缓冲区中的内容
假如我们使能了TXE或RXNE中断，TXE或RXNE置1时会产生SPI中断信号，进入到同一个中断服务函数中，我们可以在该中断程序中检查寄存器位来了解是哪一个事件，在分别处理。
可以使用DMA方式来收发”数据寄存器DR“中的数据。
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 楼主| SHOPQQ 发表于 2023-8-23 11:28 | 显示全部楼层
SPI结构体以及具体实现代码详解
SPI初始化结构体
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  1. typedef struct
    

  2. {
    

  3.   uint16_t SPI_Direction;  //设置SPI的单双向模式
    

  4.   uint16_t SPI_Mode;     //设置SPI的主从模式
    

  5.   uint16_t SPI_DataSize;   //设置数据帧长度 8/16位
    

  6.   uint16_t SPI_CPOL;     //设置时钟极性CPOL
    

  7.   uint16_t SPI_CPHA;     //设置时钟相位CPHA        
    

  8.   uint16_t SPI_NSS;      //设置NSS引脚是由硬件/软件控制 
    

  9.   uint16_t SPI_BaudRatePrescaler;   //设置时钟分频因子
    

  10.   uint16_t SPI_FirstBit;           //设置MSB/LSB先行
    

  11.   uint16_t SPI_CRCPolynomial;    //设置CRC校验的表达式
    

  12. }SPI_InitTypeDef;
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 楼主| SHOPQQ 发表于 2023-8-23 11:28 | 显示全部楼层
SPI配置大体逻辑
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  1. void SPI_Init(void){
    

  2.     配置SPI的GPIO初始化；
    

  3.         SPI_InitStructure SPI_InitStructure;
    

  4.     配置SPI结构体里面的各个参数；
    

  5.     SPI_Init(xx,&SPI_InitsStructure);
    

  6.     SPI_Cmd(xx,ENABLE);
    

  7. }
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 楼主| SHOPQQ 发表于 2023-8-23 11:28 | 显示全部楼层
SPI接收/发送一个字节的数据
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  1. #define Bummy_Byte OXFF
    

  2. //使用SPI发送一个字节的数据
    

  3. u8 SPI_XX_SendByte(u8 byte){
    

  4.     SPITimeout = SPIT_FLAG_TIMEOUT;
    


  5. 

  6.     while(SPI_I2S_GetFlagStatus(XX_SPI,SPI_I2S_FLAG_TXE) == RESET){
    

  7.         if((SPITimeout--) == 0)
    

  8.             return SPI_TIME_UserCallback(0);
    

  9.     }
    

  10.     SPI_I2S_SendData(XX_SPI,byte);
    

  11.     SPITimeout = SPIT_FLAG_TIMEOUT;
    

  12.     while(SPI_I2S_GetFlagStatus(XX_SPI,SPI_I2S_FLAG_RXNE) == RESET){
    

  13.         if((SPITimeout--) == 0)
    

  14.             return SPI_TIME_UserCallback(1);
    

  15.     }
    

  16.     return SPI_I2S_ReceiveData(FLASH_SPI);
    

  17. }
    


  18. 

  19. //使用SPI读取一个字节的数据
    

  20. //SPI的接收过程和发送过程实质是一样的
    

  21. //Dummy_Byte 是一个任意值
    

  22. u8 SPI_XX_ReadByte(void){
    

  23.     return (SPI_XX_SendByte(Dummy_Byte));
    

  24. }
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