STM32F407——SPI笔记

SPI 协议是由摩托罗拉公司提出的通讯协议(Serial Peripheral Interface)，即串行外围设备接口，是一种高速全双工的通信总线。它被广泛地使用在 ADC、 LCD 等设备与 MCU 间，要求通讯速率较高的场合。

速率相对I2C快一些
一.物理层
相比I2C，SPI主要用到了四根线，SCK（时钟信号线）,MOSI（主发从收）,MISO（主收从发）,SS（片选信号线）。

二.协议层
和I2C协议差不多，SPI 协议定义了通讯的起始和停止信号、数据有效性、时钟同步等环节。（就是EV1 2 3 4 5 6 7 8等事件）
1.主机通信时序图：

2.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。 NSS 是每个
从机各自独占的信号线，当从机检在自己的 NSS 线检测到起始信号后，就知道自己被主机选中了，开始准备与主机通讯。NSS 信号由低变高，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。

3.数据有效性
MOSI及 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时进行的。

4.CPOL/CPHA 及通讯模式
SPI 一共有四种通讯模式，它们的主要区别是总线空闲时 SCK 的时钟状态以及数据采样时刻。

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(即 SPI 通讯开始前、 NSS 线为高电平时 SCK 的状态)。 CPOL=0 时， SCK 在空闲状态时为低电平，CPOL=1 时，则相反。

时钟相位 CPHA 是指数据的采样的时刻，当 CPHA=0 时， 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，数据线在 SCK 的“偶数边沿“采样。
基数边沿采样：
偶数边沿采样：

如图为四种模式，常用的为模式0和模式3：

三. SPI特性
1.通信引脚
如下图为F407的引脚

2.时钟控制逻辑

SCK 线的时钟信号，由波特率发生器根据“控制寄存器 CR1‖中的 BR[0:2]位控制，该位是对 fpclk时钟的分频因子，对 fpclk的分频结果就是 SCK 引脚的输出时钟频率。具体如下图：

3.数据控制逻辑

SPI 的 MOSI 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及发送缓冲区以及 MISO、 MOSI 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，把数据一位一位地通过数据线发送出去；当从外部接收数据的时候，数据移位寄存器把数据线采样到的数据一位一位地存储到“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 “数据寄存器 DR”，可以获取接收缓冲区中的内容。数据帧8/16位均可。

4.整体控制逻辑

整体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；
在外设工作时，控制逻辑会根据外设的工作状态修改“状态寄存器(SR)”，我们只要读取状态寄存器相关的寄存器位，就可以了解 SPI 的工作状态。

5.通信过程

主模式下的收发

四.SPI-FLASH的=实验主要函数
函数主要思想和I2C相似，在此简化做笔记
1.写一个字节SPI_FLASH_ByteWrite（发送和接收同时进行）

uint8_t SPI_FLASH_ByteWrite(uint8_t data)
{
	uint8_t re_data;	
	SPITimeout = SPIT_FLAG_TIMEOUT;
	//等待发送为空
  	while(SPI_I2S_GetFlagStatus(FLASH_SPI, SPI_I2S_FLAG_TXE)==RESET)
  {
    if((SPITimeout--) == 0) return SPI_TIMEOUT_UserCallback(0);		
  }
  	//调用库函数SPI_I2S_SendData，发送一个字节
	SPI_I2S_SendData(FLASH_SPI,data);
	
	SPITimeout = SPIT_FLAG_TIMEOUT;
	//等待接收不为空
	while(SPI_I2S_GetFlagStatus(FLASH_SPI, SPI_I2S_FLAG_RXNE)==RESET)
  {
    if((SPITimeout--) == 0) return SPI_TIMEOUT_UserCallback(1);		
  }
	//调用库函数，接收数据
	re_data = SPI_I2S_ReceiveData(FLASH_SPI);
	return re_data;
}

2.页写入SPI_FLASH_Page_Write（FLASH一页256个字节）

//参数分别为，写入的地址、数据指针、数据量
void SPI_FLASH_Page_Write(uint32_t addr,uint8_t *buf,uint32_t size)
{
	uint8_t count = 0;
	while(size--){
		count++;
		if(count==1|(count%256)==1| (addr%4096==0)){
			//要在新写入的一页进行以下操作
			FLASH_SPI_CS_HIGH();
			SPI_FLASH_Wait_Busy();//等待busy为0
			SPI_FLASH_Write_Enable();//写使能
			FLASH_SPI_CS_LOW();
			SPI_FLASH_ByteWrite(W25X_PageProgram);//写命令
			SPI_FLASH_ByteWrite((addr>>16)&0xFF);//24位地址位
			SPI_FLASH_ByteWrite((addr>>8)&0xFF);
			SPI_FLASH_ByteWrite((addr)&0xFF);
		}
		SPI_FLASH_ByteWrite(*buf);
		buf++;
		addr++;
	}
	FLASH_SPI_CS_HIGH();
	SPI_FLASH_Wait_Busy();
}

3.写使能函数

void SPI_FLASH_Write_Enable()
{
	FLASH_SPI_CS_LOW();
	SPI_FLASH_ByteWrite(W25X_WriteEnable);
	FLASH_SPI_CS_HIGH();
}

4.等待空闲函数

void SPI_FLASH_Wait_Busy()
{
	uint8_t status;

	FLASH_SPI_CS_LOW();
	
	SPI_FLASH_ByteWrite(W25X_ReadStatusReg);
	SPITimeout=SPIT_LONG_TIMEOUT;
	
	while(1){
		status =  SPI_FLASH_ByteWrite(DUMMY);
		if((status & 0x01)==0){ 
			//如果条件成立，则说明空闲，退出函数
			break;
		}
		if((SPITimeout--)==0){
			SPI_TIMEOUT_UserCallback(2);
			break;
		}
	}
	FLASH_SPI_CS_HIGH();
}

5.擦除扇区函数（一个扇区4096字节）

void SPI_FLASH_Erase_Sector(uint32_t addr)
{
	SPI_FLASH_Write_Enable();
	FLASH_SPI_CS_LOW();
	//擦除指令
	SPI_FLASH_ByteWrite(W25X_SectorErase);
	SPI_FLASH_ByteWrite((addr>>16)&0xFF);
	SPI_FLASH_ByteWrite((addr>>8)&0xFF);
	SPI_FLASH_ByteWrite((addr)&0xFF);

	FLASH_SPI_CS_HIGH();
	SPI_FLASH_Wait_Busy();
}

6.读取

void SPI_FLASH_Read_Data(uint32_t addr,uint8_t *buf,uint32_t size)
{
	SPI_FLASH_Write_Enable();
	FLASH_SPI_CS_LOW();
	SPI_FLASH_ByteWrite(W25X_ReadData);
	SPI_FLASH_ByteWrite((addr>>16)&0xFF);
	SPI_FLASH_ByteWrite((addr>>8)&0xFF);
	SPI_FLASH_ByteWrite((addr)&0xFF);
	while(size--){
		*buf = SPI_FLASH_ByteWrite(DUMMY);
		buf++;
	}
	FLASH_SPI_CS_HIGH();

}

7.读取FLASH设备号

uint8_t SPI_FLASH_Read_ID(void)
{
	uint8_t id;
	FLASH_SPI_CS_LOW();
	SPI_FLASH_ByteWrite(W25X_ReleasePowerDown);
	SPI_FLASH_ByteWrite(DUMMY);
	SPI_FLASH_ByteWrite(DUMMY);
	SPI_FLASH_ByteWrite(DUMMY);
	id =  SPI_FLASH_ByteWrite(DUMMY);
	FLASH_SPI_CS_HIGH();
	return id;
}

类似的，还有快速写入函数buffer_Write函数，和I2C思想一样，同样是计算要写入多少页，不足一页的余量等等，在此不列举总结。