《STM32從零開始學習歷程》@EnzoReventon

SPI特性及架構

相關鏈接：
SPI物理層及FLASH芯片介紹
SPI協議層
SPI固件庫

參考資料：
[野火EmbedFire]《STM32庫開發實戰指南——基于野火霸天虎開發板》
[正點原子]STM32F4開發指南-庫函數版本_V1.2
[ST]《STM32F4xx中文參考手冊》
SPI協議及總線協議介紹
W25Q128產品數據手冊

STM32的SPI外設簡介

• STM32的SPI外設可用作通訊的主機及從機，支持最高的SCK時鐘頻率為fpclk/2 (STM32F407型號的芯片默認fpclk2為84MHz，fpclk1為42MHz)，完全支持SPI協議的4種模式，數據幀長度可設置為8位或16位，可設置數據MSB先行或LSB先行。
• 它還支持雙線全雙工、雙線單向（兩根數據線都做發送或者接收模式）以及單線模式。
• 本文為以STM32F407為實驗對象，經查閱手冊，該芯片有3個SPI通訊接口，具體引腳請查閱手冊。

STM32的SPI架構剖析

①為通訊引腳，連接到外部設備，引腳的介紹可以查看：《SPI物理層》。

②為波特率發生器，用來產生時鐘。

③為數據控制邏輯，與I2C結構類似：內核將數據寫入到發送緩沖區，使用移位寄存器將數據一位一位的經過MOSI發送出去；MISO接收數據寫入到移位寄存器中，接收緩沖區將移位寄存器中的數據轉移到數據總線中。

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

時鐘控制邏輯

SCK 線的時鐘信號，由波特率發生器根據“控制寄存器CR1”中的BR[0:2] 位控制，該位是對fpclk時鐘的分頻因子，對fpclk 的分頻結果就是SCK 引腳的輸出時鐘頻率，計算方法見下表。

BR[0:2]分頻結果（SLK頻率）BR[0:2]分頻結果（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

數據控制邏輯

SPI的MOSI及MISO都連接到數據移位寄存器上，數據移位寄存器的數據來源來源于接收緩沖區及發送緩沖區。

• 通過寫SPI的“數據寄存器DR”把數據填充到發送緩沖區中。
• 通過讀“數據寄存器DR”，可以獲取接收緩沖區中的內容。
• 其中數據幀長度可以通過“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

• 整體控制邏輯負責協調整個SPI外設，控制邏輯的工作模式根據“控制寄存器(CR1/CR2)”的參數而改變，基本的控制參數包括前面提到的SPI模式、波特率、LSB先行、主從模式、單雙向模式等等。
• 在外設工作時，控制邏輯會根據外設的工作狀態修改“狀態寄存器(SR)”（TXE，RXNE），只要讀取狀態寄存器相關的寄存器位，就可以了解SPI的工作狀態了。
• 除此之外，控制邏輯還根據要求，負責控制產生SPI中斷信號、DMA請求及控制NSS信號線。
• 實際應用中，一般不使用STM32 SPI外設的標準NSS信號線，而是更簡單地使用普通的GPIO，軟件控制它的電平輸出，從而產生通訊起始和停止信號。
• SSM軟件從器件管理，SSM取1時，使能軟件從器件管理，SSM取0時，禁止軟件從器件管理。SSM為1時，可以隨意指定一個GPIO引腳用來產生開始或者停止信號而非只能選用有SSM功能的引腳，使用靈活。

通訊過程

橙色：表示發送數據
黃色：表示發送標志，TXE的狀態
紫色：表示接受標志，RXNE的狀態
綠色：表示MISO輸入

發送過程：

• 內核向數據寄存器SPI_DR寫入0xF1，數據寫入到發送緩沖區，移位寄存器將數據一位一位的發送出去。
• TXE=1（由于第一次數據傳輸，移位寄存器為空，數據很快的能夠傳輸到移位寄存器中），表示數據寄存器為空，此時可以寫入第二個數據進入發送緩沖區，等待轉移至移位寄存器（此時TXE=0，表示移位寄存器還在發送數據中，非空），即等待TXE再次等于1。
• 接下來的數據傳輸按照上述步驟重復執行，等待移位寄存器將數據發送結束，接受新的數據，等待發送。

接收過程：

• 與發送過程一致，接收數據的標志位為RXNE，當RNXE為1時可以從數據寄存器中讀取接收到的數據。

沒有往SPI_DR寄存器寫入數據的話，SCK將不會產生時鐘，因此如果想要讀取數據，就必須向SPI_DR寄存器寫入數據。

總結

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

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