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STM32|SPI通信原理---STM32F4--HAL

单片机armstm32

SPI接口原理 SPI是一种高速全双工同步通信，在芯片管脚上占用四根线，主要应用在EEPROM、FLASH、实时时钟、AD转换器，还有数字信号处理器和数字信号解码器之间。
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SPI接口使用4根线通信。

  • MISO：主设备数据输入，从设备数据输出
  • MOSI：主设备数据输出，从设备数据输入
  • SCLK：时钟信号，由主设备产生
  • CS：片选信号，由主设备控制
工作原理
  1. 主机和从机都有一个串行移位寄存器，主机通过向他的SPI串行寄存器写入一个字节来发起一次传输
  2. 串行移位寄存器通过MOSI信号线将字节传送给从机，从机将自己的串行移位寄存器中的内容通过MISO信号线返回给主机
  3. 外设的写操作和读操作都是同步完成的。如果只进行写操作，主机只需忽略接收到的字节，反之，若主机要读取从机的一个字节，就必须发送一个空字节来引发从机的传输
时钟信号的相位 SPI_CR寄存器的CPOL和CPHA位，能够组合成四种可能的时序关系，如果CPOL位为0，SCK引脚在空闲状态保持低电平，如果CPOL=1 ，SCK引脚在空闲状态下保持高电平。
如果CPHA=0，在串行同步时钟的第一个跳变沿（上升或下降）数据被采样；如果CPHA=1，在串行同步时钟的第二个跳变沿（上升或下降）数据被采样
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数据帧格式 根据SPI_CR1寄存器中的LSBFIRST位，输出数据时可以MSB优先，也可以LSB优先
根据SPI_CR1寄存器的DFF位，每个数据帧可以是8位或是16位
程序配置过程 我们使用SPI和w25Q256通信，硬件连接为
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  1. 使能SPIx和IO时钟
  2. 初始化IO口复用映射
  3. 初始化SIPx，设置SPIx工作模式
  4. 使能SPIx
  5. SPI数据传输
具体代码实现
SPI_HandleTypeDef SPI5_Handler; //SPI句柄//以下是SPI模块的初始化代码，配置成主机模式 //SPI口初始化 //这里针是对SPI5的初始化 void SPI5_Init(void) { SPI5_Handler.Instance=SPI5; //SP5 SPI5_Handler.Init.Mode=SPI_MODE_MASTER; //设置SPI工作模式，设置为主模式 SPI5_Handler.Init.Direction=SPI_DIRECTION_2LINES; //设置SPI单向或者双向的数据模式:SPI设置为双线模式 SPI5_Handler.Init.DataSize=SPI_DATASIZE_8BIT; //设置SPI的数据大小:SPI发送接收8位帧结构 SPI5_Handler.Init.CLKPolarity=SPI_POLARITY_HIGH; //串行同步时钟的空闲状态为高电平 SPI5_Handler.Init.CLKPhase=SPI_PHASE_2EDGE; //串行同步时钟的第二个跳变沿（上升或下降）数据被采样 SPI5_Handler.Init.NSS=SPI_NSS_SOFT; //NSS信号由硬件（NSS管脚）还是软件（使用SSI位）管理:内部NSS信号有SSI位控制 SPI5_Handler.Init.BaudRatePrescaler=SPI_BAUDRATEPRESCALER_256; //定义波特率预分频的值:波特率预分频值为256 SPI5_Handler.Init.FirstBit=SPI_FIRSTBIT_MSB; //指定数据传输从MSB位还是LSB位开始:数据传输从MSB位开始 SPI5_Handler.Init.TIMode=SPI_TIMODE_DISABLE; //关闭TI模式 SPI5_Handler.Init.CRCCalculation=SPI_CRCCALCULATION_DISABLE; //关闭硬件CRC校验 SPI5_Handler.Init.CRCPolynomial=7; //CRC值计算的多项式 HAL_SPI_Init(&SPI5_Handler); //初始化__HAL_SPI_ENABLE(&SPI5_Handler); //使能SPI5 SPI5_ReadWriteByte(0Xff); //启动传输 }//SPI5底层驱动，时钟使能，引脚配置 //此函数会被HAL_SPI_Init()调用 //hspi:SPI句柄 void HAL_SPI_MspInit(SPI_HandleTypeDef *hspi) { GPIO_InitTypeDef GPIO_Initure; __HAL_RCC_GPIOF_CLK_ENABLE(); //使能GPIOF时钟 __HAL_RCC_SPI5_CLK_ENABLE(); //使能SPI5时钟//PF7,8,9 GPIO_Initure.Pin=GPIO_PIN_7|GPIO_PIN_8|GPIO_PIN_9; GPIO_Initure.Mode=GPIO_MODE_AF_PP; //复用推挽输出 GPIO_Initure.Pull=GPIO_PULLUP; //上拉 GPIO_Initure.Speed=GPIO_SPEED_FAST; //快速 GPIO_Initure.Alternate=GPIO_AF5_SPI5; //复用为SPI5 HAL_GPIO_Init(GPIOF,&GPIO_Initure); }

先使用HAL_SPI_Init函数对SPI进行初始化，注意我们只初始化PF7、PF8、PF9，也就是SPI的SCK线，MISO线和MOSI线，CS线还没有初始化，HAL_SPI_MspInit是HAL_SPI_Init的回调函数，我们在这里初始化GPIO以及使能。上面的代码完成了第1到4步。接下来我们就可以进行数据传输了。
W25Q256 W25Q256是容量为32M字节的串行Flash芯片，它将32M的容量分为512块（Block），每个块大小为64K字节，每个块又分为16个扇区(sector)，每个扇区4K字节，W25Q256最小擦除单位为一个扇区，也就是每次必须擦除4K个字节。
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W25QXX_Write函数思路
  1. 根据要写的起始地址，确定要写的起始区域Sector号以及在起始sector中的偏移量
  2. 根据要写的起始地址和字节数，确定要写的数据是否跨sector
  3. 确定好要操作的sector以及sector的地址范围
  4. 对每一个sector，先遍历要写的地址区域保存的数据是不是0xFF。如果都是，就不用擦除，如果有不是0xff的区域，先读出里面的数据，保存在缓存buffer中，然后擦除里面的数据，把这个sector要操作的数据，写到缓存，最后一次性把缓存buffer写到这个对应的sector中
具体代码实现
//写SPI FLASH //在指定地址开始写入指定长度的数据 //该函数带擦除操作! //pBuffer:数据存储区 //WriteAddr:开始写入的地址(24bit) //NumByteToWrite:要写入的字节数(最大65535) u8 W25QXX_BUFFER[4096]; void W25QXX_Write(u8* pBuffer,u32 WriteAddr,u16 NumByteToWrite) { u32 secpos; u16 secoff; u16 secremain; u16 i; u8 * W25QXX_BUF; W25QXX_BUF=W25QXX_BUFFER; secpos=WriteAddr/4096; //扇区地址 secoff=WriteAddr%4096; //在扇区内的偏移 secremain=4096-secoff; //扇区剩余空间大小 //printf("ad:%X,nb:%X\r\n",WriteAddr,NumByteToWrite); //测试用 if(NumByteToWrite<=secremain)secremain=NumByteToWrite; //不大于4096个字节 while(1) { W25QXX_Read(W25QXX_BUF,secpos*4096,4096); //读出整个扇区的内容 for(i=0; i; i++)//校验数据 { if(W25QXX_BUF[secoff+i]!=0XFF)break; //需要擦除 } if(i)//需要擦除 { W25QXX_Erase_Sector(secpos); //擦除这个扇区 for(i=0; i; i++)//复制 { W25QXX_BUF[i+secoff]=pBuffer[i]; } W25QXX_Write_NoCheck(W25QXX_BUF,secpos*4096,4096); //写入整个扇区}else W25QXX_Write_NoCheck(pBuffer,WriteAddr,secremain); //写已经擦除了的,直接写入扇区剩余区间. if(NumByteToWrite==secremain)break; //写入结束了 else//写入未结束 { secpos++; //扇区地址增1 secoff=0; //偏移位置为0pBuffer+=secremain; //指针偏移 WriteAddr+=secremain; //写地址偏移 NumByteToWrite-=secremain; //字节数递减 if(NumByteToWrite>4096)secremain=4096; //下一个扇区还是写不完 else secremain=NumByteToWrite; //下一个扇区可以写完了 } }; }

  1. 根据要写的起始地址，确定要写的起始区域Sector号以及在起始sector中的偏移量
secpos=WriteAddr/4096; //扇区地址 secoff=WriteAddr%4096; //在扇区内的偏移

每个扇区的大小是4K字节，也就是4094，除以4096就得到扇区的地址，模4096就得到在扇区里面开始写的地址。
  1. 根据要写的起始地址和字节数，确定要写的数据是否跨扇区
secremain=4096-secoff; //扇区剩余空间大小 //printf("ad:%X,nb:%X\r\n",WriteAddr,NumByteToWrite); //测试用 if(NumByteToWrite<=secremain)secremain=NumByteToWrite; //不大于4096个字节

secremain是扇区剩余空间大小，NumByteToWrite是要写入的字节数，如果NumByteToWrite<=secremain就不需要跨扇区。所以在后面有：
if(NumByteToWrite==secremain)break; //写入结束了

不需要跨扇区，写入结束，否则的话，就需要跨扇区，扇区号要加1，扇区偏移地址为0
secpos++; //扇区地址增1 secoff=0; //偏移位置为0

  1. 对每一个sector，先遍历要写的地址区域保存的数据是不是0xFF。如果都是，就不用擦除，如果有不是0xff的区域，先读出里面的数据，保存在缓存buffer中，然后擦除里面的数据，把这个sector要操作的数据，写到缓存，最后一次性把缓存buffer写到这个对应的sector中
W25QXX_Read(W25QXX_BUF,secpos*4096,4096); //读出整个扇区的内容 for(i=0; i; i++)//校验数据 { if(W25QXX_BUF[secoff+i]!=0XFF)break; //需要擦除 } if(i)//需要擦除 { W25QXX_Erase_Sector(secpos); //擦除这个扇区 for(i=0; i; i++)//复制 { W25QXX_BUF[i+secoff]=pBuffer[i]; } W25QXX_Write_NoCheck(W25QXX_BUF,secpos*4096,4096); //写入整个扇区}

W25QXX_Read先保存扇区数据到W25QXX_BUF中，然后遍历剩余扇区数据有无不等于0xFF的，如果有，则调用W25QXX_Erase_Sector擦除整个扇区，然后将要写的数据线写到W25QXX_BUF中，最后一次性把W25QXX_BUF缓冲写到扇区中。
如果需要跨扇区写数据
else//写入未结束 { secpos++; //扇区地址增1 secoff=0; //偏移位置为0pBuffer+=secremain; //指针偏移 WriteAddr+=secremain; //写地址偏移 NumByteToWrite-=secremain; //字节数递减 if(NumByteToWrite>4096)secremain=4096; //下一个扇区还是写不完 else secremain=NumByteToWrite; //下一个扇区可以写完了 }

while会一直循环，直到写入结束了
if(NumByteToWrite==secremain)break; //写入结束了

W25QXX_Write就是在指定地址连续写入NumByteToWrite个字节数据
读取FLASH数据
//读取SPI FLASH //在指定地址开始读取指定长度的数据 //pBuffer:数据存储区 //ReadAddr:开始读取的地址(24bit) //NumByteToRead:要读取的字节数(最大65535) void W25QXX_Read(u8* pBuffer,u32 ReadAddr,u16 NumByteToRead) { u16 i; W25QXX_CS=0; //使能器件 SPI5_ReadWriteByte(W25X_ReadData); //发送读取命令 if(W25QXX_TYPE==W25Q256)//如果是W25Q256的话地址为4字节的，要发送最高8位 { SPI5_ReadWriteByte((u8)((ReadAddr)>>24)); } SPI5_ReadWriteByte((u8)((ReadAddr)>>16)); //发送24bit地址 SPI5_ReadWriteByte((u8)((ReadAddr)>>8)); SPI5_ReadWriteByte((u8)ReadAddr); for(i=0; i

W25QXX_Read从ReadAddr地址连续读取NumByteToRead个字节数据
main函数 【STM32|SPI通信原理---STM32F4--HAL】我们写入数据到FALSH中，然后读取出来在LCD上显示
//要写入到W25Q16的字符串数组 const u8 TEXT_Buffer[]={"Apollo STM32F4 SPI TEST"}; #define SIZE sizeof(TEXT_Buffer)int main(void) { u8 key; u16 i=0; u8 datatemp[SIZE]; u32 FLASH_SIZE; HAL_Init(); //初始化HAL库 Stm32_Clock_Init(360,25,2,8); //设置时钟,180Mhz delay_init(180); //初始化延时函数 uart_init(115200); //初始化USART LED_Init(); //初始化LED KEY_Init(); //初始化按键 SDRAM_Init(); //初始化SDRAM LCD_Init(); //初始化LCD W25QXX_Init(); //W25QXX初始化 POINT_COLOR=RED; LCD_ShowString(30,50,200,16,16,"Apollo STM32F4/F7"); LCD_ShowString(30,70,200,16,16,"SPI TEST"); LCD_ShowString(30,90,200,16,16,"ATOM@ALIENTEK"); LCD_ShowString(30,110,200,16,16,"2016/1/16"); LCD_ShowString(30,130,200,16,16,"KEY1:WriteKEY0:Read"); //显示提示信息 while(W25QXX_ReadID()!=W25Q256)//检测不到W25Q256 { LCD_ShowString(30,150,200,16,16,"W25Q256 Check Failed!"); delay_ms(500); LCD_ShowString(30,150,200,16,16,"Please Check!"); delay_ms(500); LED0=!LED0; //DS0闪烁 } LCD_ShowString(30,150,200,16,16,"W25Q256 Ready!"); FLASH_SIZE=32*1024*1024; //FLASH 大小为32M字节 POINT_COLOR=BLUE; //设置字体为蓝色 while(1) { key=KEY_Scan(0); if(key==KEY1_PRES)//KEY1按下,写入W25Q128 { LCD_Fill(0,170,239,319,WHITE); //清除半屏 LCD_ShowString(30,170,200,16,16,"Start Write W25Q256...."); W25QXX_Write((u8*)TEXT_Buffer,FLASH_SIZE-100,SIZE); //从倒数第100个地址处开始,写入SIZE长度的数据 LCD_ShowString(30,170,200,16,16,"W25Q256 Write Finished!"); //提示传送完成 } if(key==KEY0_PRES)//KEY0按下,读取字符串并显示 { LCD_ShowString(30,170,200,16,16,"Start Read W25Q256.... "); W25QXX_Read(datatemp,FLASH_SIZE-100,SIZE); //从倒数第100个地址处开始,读出SIZE个字节 LCD_ShowString(30,170,200,16,16,"The Data Readed Is:"); //提示传送完成 LCD_ShowString(30,190,200,16,16,datatemp); //显示读到的字符串 } i++; delay_ms(10); if(i==20) { LED0=!LED0; //提示系统正在运行 i=0; } } }

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