嵌入式|通讯协议（2）—— SPI spi|通信协议

小结关于spi的内容，附TM4C & stm32配置代码

一、SPI简介

这里直接照搬正点原子的介绍词：SPI，是英语Serial Peripheral interface的缩写，顾名思义就是串行外围设备接口。是Motorola首先在其MC68HCXX系列处理器上定义的。SPI接口主要应用在 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。SPI，是一种高速的，全双工，同步的通信总线，并且在芯片的管脚上只占用四根线，节约了芯片的管脚，同时为PCB的布局上节省空间，提供方便，正是出于这种简单易用的特性，现在越来越多的芯片集成了这种通信协议
spi是一种串行设备，需要时钟信号控制着数据传输。设备间有主机和从机之分，从机的时钟信号只能来自主机，因此主机必须存在。
spi有四根连接线线“：MOSI是从机到主机的信号传输； MOSI是主机到从机的信号传输；SCLK是时钟线，控制数据传递过程；CS是片选线，主机通过它选定通讯对象，这允许一主多从连接
spi协议允许信号一位一位传输
spi的数据输入和输出线独立，所以允许同时完成数据的输入和输出。事实上这是一个数据交换协议，主从双方各有一个移位寄存器，主机向其移位寄存器传送一个数据来启动一次传输。主从机移位寄存器中的一个数据通过 MOSI和 MISO交换。因此如果想只读或只写一个数据，都需要传输无效数据，无效数据在收到后应被忽略

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【嵌入式|通讯协议（2）—— SPI】spi的缺点：没有指定的流控制，没有应答机制确认是否接收到数据

二、硬件连接

spi有四根连接线

SDO / MOSI：主机输出，从机输入
SDI / MISO：主机输入，从机输出
SCK / SCLK：时钟信号（由主机控制）
CS：从设备使能信号，即片选信号（由主机控制）

一主一从连接

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一主多从连接

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三、四种工作模式的时序

SPI 模块为了和外设进行数据交换，根据外设工作要求，其输出串行同步时钟极性和相位可以进行配置。可配置的两个位为：

位	作用	描述
CPOL	时钟极性选择	为0时SPI总线空闲为低电平，为1时SPI总线空闲为高电平，对传输协议没有重大的影响
CPHA	时钟相位选择	为0时在SCK第一个跳变沿采样，为1时在SCK第二个跳变沿采样

就像前面那个动图显示的，SPI是一个环形总线结构，无论哪种工作方式，都可以看作是在sck的控制下，两个双向移位寄存器进行数据交换。
根据配置，当sck的某个边沿到来时，主从双方移位寄存器中高位的值被采样到线上，寄存器移动一位，最低位暂时悬空，当下一个紧接着的边沿边沿到来时，线上的数据传送到双方移位寄存器低位，从而完成数据交换

（1）工作方式1

CPHA=0，CPOL=0；总线空闲为低电平，在SCK第一个跳变沿采样
时序图：
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（2）工作方式2

CPHA=0，CPOL=1；总线空闲为高电平，在SCK第一个跳变沿采样
时序图：

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（3）工作方式3

CPHA=1，CPOL=0；总线空闲为低电平，在SCK第二个跳变沿采样
时序图：

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（4）工作方式4

CPHA=1，CPOL=1；总线空闲为高电平，在SCK第二个跳变沿采样
时序图：

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（5）注意

在主设备这边配置SPI接口时钟的时候一定要弄清楚从设备的时钟要求，因为主设备这边的时钟极性和相位都是以从设备为基准的。
注意主SDO连接从SDI，主SDO的极性和从SDI相反，和从SDO相同。例如：从设备在时钟上升沿接收数据，则主设备应在下降沿输出数据

四、spi示例代码（1）stm32f4标准库版本

来自正点原子探索者例程
stm32作为主机，配置流程为：

配置相关引脚复用功能，使能spi时钟
初始化spi，配置spi工作模式
使能spi SPI_Cmd()
利用spi传输数据 SPI_I2S_SendData()和SPI_I2S_ReceiveData()
查看spi状态 SPI_I2S_GetFlagStatus()

以下为正点原子的代码

//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SPI1的初始化 void SPI1_Init(void) { GPIO_InitTypeDefGPIO_InitStructure; SPI_InitTypeDefSPI_InitStructure; RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOB, ENABLE); //使能GPIOB时钟 RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_SPI1, ENABLE); //使能SPI1时钟 //GPIOFB3,4,5初始化设置 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_3|GPIO_Pin_4|GPIO_Pin_5; //PB3~5复用功能输出 GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF; //复用功能 GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP; //推挽输出 GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz; //100MHz GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP; //上拉 GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure); //初始化 GPIO_PinAFConfig(GPIOB,GPIO_PinSource3,GPIO_AF_SPI1); //PB3复用为 SPI1 GPIO_PinAFConfig(GPIOB,GPIO_PinSource4,GPIO_AF_SPI1); //PB4复用为 SPI1 GPIO_PinAFConfig(GPIOB,GPIO_PinSource5,GPIO_AF_SPI1); //PB5复用为 SPI1 //这里只针对SPI口初始化 RCC_APB2PeriphResetCmd(RCC_APB2Periph_SPI1,ENABLE); //复位SPI1 RCC_APB2PeriphResetCmd(RCC_APB2Periph_SPI1,DISABLE); //停止复位SPI1 SPI_InitStructure.SPI_Direction = SPI_Direction_2Lines_FullDuplex; //设置SPI单向或者双向的数据模式:SPI设置为双线双向全双工 SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Master; //设置SPI工作模式:设置为主SPI SPI_InitStructure.SPI_DataSize = SPI_DataSize_8b; //设置SPI的数据大小:SPI发送接收8位帧结构 SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_High; //串行同步时钟的空闲状态为高电平 SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_2Edge; //串行同步时钟的第二个跳变沿（上升或下降）数据被采样 SPI_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft; //NSS信号（CS）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 SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_256; //定义波特率预分频的值:波特率预分频值为256 SPI_InitStructure.SPI_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 SPI_InitStructure.SPI_CRCPolynomial = 7; //CRC值计算的多项式 SPI_Init(SPI1, &SPI_InitStructure); //根据SPI_InitStruct中指定的参数初始化外设SPIx寄存器 SPI_Cmd(SPI1, ENABLE); //使能SPI外设 SPI1_ReadWriteByte(0xff); //启动传输 }//SPI1速度设置函数 //SPI速度=fAPB2/分频系数 //@ref SPI_BaudRate_Prescaler:SPI_BaudRatePrescaler_2~SPI_BaudRatePrescaler_256 //fAPB2时钟一般为84Mhz： void SPI1_SetSpeed(u8 SPI_BaudRatePrescaler) { assert_param(IS_SPI_BAUDRATE_PRESCALER(SPI_BaudRatePrescaler)); //判断有效性 SPI1->CR1&=0XFFC7; //位3-5清零，用来设置波特率 SPI1->CR1|=SPI_BaudRatePrescaler; //设置SPI1速度 SPI_Cmd(SPI1,ENABLE); //使能SPI1 } //SPI1 读写一个字节 //TxData:要写入的字节 //返回值:读取到的字节 u8 SPI1_ReadWriteByte(u8 TxData) { while (SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, SPI_I2S_FLAG_TXE) == RESET){} //等待发送区空 SPI_I2S_SendData(SPI1, TxData); //通过外设SPIx发送一个byte数据while (SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, SPI_I2S_FLAG_RXNE) == RESET){}//等待接收完一个byte return SPI_I2S_ReceiveData(SPI1); //返回通过SPIx最近接收的数据 }

（2）TM4C123版本

来自匿名拓空者飞控源码
TM4C的封装度比stm32高一些，不过spi配置使用流程基本一样的

void Drv_Spi0Init(void) { ROM_SysCtlPeripheralEnable( SYSCTL_PERIPH_SSI0 ); ROM_SysCtlPeripheralEnable(SPI0_SYSCTL); /*配置IO口*/ ROM_GPIOPinTypeSSI(SPI0_PROT,SPI0_CLK_PIN|SPI0_RX_PIN|SPI0_TX_PIN); ROM_GPIOPinConfigure(SPI0_CLK); ROM_GPIOPinConfigure(SPI0_RX); ROM_GPIOPinConfigure(SPI0_TX); /* SSI配置模式3(Polarity = 1 Phase = 1) 主设备模式速率1MHz 数据长度8位*/ ROM_SSIConfigSetExpClk(SPI0_BASE, ROM_SysCtlClockGet(), SSI_FRF_MOTO_MODE_3,SSI_MODE_MASTER, 10000000,8); /*开启SSI0*/ ROM_SSIEnable(SPI0_BASE); } /* SPI读写函数 */ uint8_t Drv_Spi0SingleWirteAndRead(uint8_t SendData) { uint32_t ui_TempData; uint8_t uc_ReceiveData; /* 向SSI FIFO写入数据 */ ROM_SSIDataPut(SPI0_BASE, SendData); /* 等待SSI不忙 */ while(ROM_SSIBusy(SPI0_BASE)); /* 从FIFO读取数据 */ ROM_SSIDataGet(SPI0_BASE, &ui_TempData); /* 截取数据的低八位 */ uc_ReceiveData = https://www.it610.com/article/ui_TempData & 0xff; return uc_ReceiveData; } void Drv_Spi0Transmit(uint8_t *ucp_Data, uint16_t us_Size) { uint16_t i = 0; /* 连续写入数据 */ for(i = 0; i < us_Size; i++) { Drv_Spi0SingleWirteAndRead(ucp_Data[i]); } } void Drv_Spi0Receive(uint8_t *ucp_Data, uint16_t us_Size) { uint16_t i = 0; /* 连续读取数据 */ for(i = 0; i < us_Size; i++) { ucp_Data[i] = Drv_Spi0SingleWirteAndRead(0xFF); } }