《STM32從零開始學(xué)習(xí)歷程》@EnzoReventon

SPI特性及架構(gòu)

相關(guān)鏈接：
SPI物理層及FLASH芯片介紹
SPI協(xié)議層
SPI固件庫

參考資料：
[野火EmbedFire]《STM32庫開發(fā)實(shí)戰(zhàn)指南——基于野火霸天虎開發(fā)板》
[正點(diǎn)原子]STM32F4開發(fā)指南-庫函數(shù)版本_V1.2
[ST]《STM32F4xx中文參考手冊(cè)》
SPI協(xié)議及總線協(xié)議介紹
W25Q128產(chǎn)品數(shù)據(jù)手冊(cè)

STM32的SPI外設(shè)簡(jiǎn)介

• STM32的SPI外設(shè)可用作通訊的主機(jī)及從機(jī)，支持最高的SCK時(shí)鐘頻率為fpclk/2 (STM32F407型號(hào)的芯片默認(rèn)fpclk2為84MHz，fpclk1為42MHz)，完全支持SPI協(xié)議的4種模式，數(shù)據(jù)幀長(zhǎng)度可設(shè)置為8位或16位，可設(shè)置數(shù)據(jù)MSB先行或LSB先行。
• 它還支持雙線全雙工、雙線單向（兩根數(shù)據(jù)線都做發(fā)送或者接收模式）以及單線模式。
• 本文為以STM32F407為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，經(jīng)查閱手冊(cè)，該芯片有3個(gè)SPI通訊接口，具體引腳請(qǐng)查閱手冊(cè)。

STM32的SPI架構(gòu)剖析

①為通訊引腳，連接到外部設(shè)備，引腳的介紹可以查看：《SPI物理層》。

②為波特率發(fā)生器，用來產(chǎn)生時(shí)鐘。

③為數(shù)據(jù)控制邏輯，與I2C結(jié)構(gòu)類似：內(nèi)核將數(shù)據(jù)寫入到發(fā)送緩沖區(qū)，使用移位寄存器將數(shù)據(jù)一位一位的經(jīng)過MOSI發(fā)送出去；MISO接收數(shù)據(jù)寫入到移位寄存器中，接收緩沖區(qū)將移位寄存器中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到數(shù)據(jù)總線中。

④為整體控制邏輯，SPI_CR2為控制寄存器；SPI_SR為狀態(tài)寄存器；TXE發(fā)送緩沖區(qū)為空；RXNE接收緩沖區(qū)為非空；BR2\BR1\BR0為波特率寄存器，控制波特率。

時(shí)鐘控制邏輯

SCK 線的時(shí)鐘信號(hào)，由波特率發(fā)生器根據(jù)“控制寄存器CR1”中的BR[0:2] 位控制，該位是對(duì)fpclk時(shí)鐘的分頻因子，對(duì)fpclk 的分頻結(jié)果就是SCK 引腳的輸出時(shí)鐘頻率，計(jì)算方法見下表。

BR[0:2]分頻結(jié)果（SLK頻率）BR[0:2]分頻結(jié)果（SLK頻率）

000	fpclk/2	100	fpclk/32
001	fpclk/4	101	fpclk/64
010	fpclk/8	110	fpclk/128
011	fpclk/16	111	fpclk/256

數(shù)據(jù)控制邏輯

SPI的MOSI及MISO都連接到數(shù)據(jù)移位寄存器上，數(shù)據(jù)移位寄存器的數(shù)據(jù)來源來源于接收緩沖區(qū)及發(fā)送緩沖區(qū)。

• 通過寫SPI的“數(shù)據(jù)寄存器DR”把數(shù)據(jù)填充到發(fā)送緩沖區(qū)中。
• 通過讀“數(shù)據(jù)寄存器DR”，可以獲取接收緩沖區(qū)中的內(nèi)容。
• 其中數(shù)據(jù)幀長(zhǎng)度可以通過“控制寄存器CR1”的“DFF位”配置成8位及16位模式；配置“LSBFIRST位”可選擇**MSB（高位先行）先行還是LSB（低位先行）**先行。

整體控制邏輯

• 整體控制邏輯負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)整個(gè)SPI外設(shè)，控制邏輯的工作模式根據(jù)“控制寄存器(CR1/CR2)”的參數(shù)而改變，基本的控制參數(shù)包括前面提到的SPI模式、波特率、LSB先行、主從模式、單雙向模式等等。
• 在外設(shè)工作時(shí)，控制邏輯會(huì)根據(jù)外設(shè)的工作狀態(tài)修改“狀態(tài)寄存器(SR)”（TXE，RXNE），只要讀取狀態(tài)寄存器相關(guān)的寄存器位，就可以了解SPI的工作狀態(tài)了。
• 除此之外，控制邏輯還根據(jù)要求，負(fù)責(zé)控制產(chǎn)生SPI中斷信號(hào)、DMA請(qǐng)求及控制NSS信號(hào)線。
• 實(shí)際應(yīng)用中，一般不使用STM32 SPI外設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)NSS信號(hào)線，而是更簡(jiǎn)單地使用普通的GPIO，軟件控制它的電平輸出，從而產(chǎn)生通訊起始和停止信號(hào)。
• SSM軟件從器件管理，SSM取1時(shí)，使能軟件從器件管理，SSM取0時(shí)，禁止軟件從器件管理。SSM為1時(shí)，可以隨意指定一個(gè)GPIO引腳用來產(chǎn)生開始或者停止信號(hào)而非只能選用有SSM功能的引腳，使用靈活。

通訊過程

橙色：表示發(fā)送數(shù)據(jù)
黃色：表示發(fā)送標(biāo)志，TXE的狀態(tài)
紫色：表示接受標(biāo)志，RXNE的狀態(tài)
綠色：表示MISO輸入

發(fā)送過程：

• 內(nèi)核向數(shù)據(jù)寄存器SPI_DR寫入0xF1，數(shù)據(jù)寫入到發(fā)送緩沖區(qū)，移位寄存器將數(shù)據(jù)一位一位的發(fā)送出去。
• TXE=1（由于第一次數(shù)據(jù)傳輸，移位寄存器為空，數(shù)據(jù)很快的能夠傳輸?shù)揭莆患拇嫫髦?#xff09;，表示數(shù)據(jù)寄存器為空，此時(shí)可以寫入第二個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)入發(fā)送緩沖區(qū)，等待轉(zhuǎn)移至移位寄存器（此時(shí)TXE=0，表示移位寄存器還在發(fā)送數(shù)據(jù)中，非空），即等待TXE再次等于1。
• 接下來的數(shù)據(jù)傳輸按照上述步驟重復(fù)執(zhí)行，等待移位寄存器將數(shù)據(jù)發(fā)送結(jié)束，接受新的數(shù)據(jù)，等待發(fā)送。

接收過程：

• 與發(fā)送過程一致，接收數(shù)據(jù)的標(biāo)志位為RXNE，當(dāng)RNXE為1時(shí)可以從數(shù)據(jù)寄存器中讀取接收到的數(shù)據(jù)。

沒有往SPI_DR寄存器寫入數(shù)據(jù)的話，SCK將不會(huì)產(chǎn)生時(shí)鐘，因此如果想要讀取數(shù)據(jù)，就必須向SPI_DR寄存器寫入數(shù)據(jù)。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的《STM32从零开始学习历程》——SPI特性及架构的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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