如何实现独立片选一主多从

[导读] 大家好，我是逸珺。

之前用STM32的SPI需要控制很多外部芯片，可是一个SPI的外设只有一个片选，要实现独立片选一主多从，怎么实现呢？

SPI总线拓扑

一般地，SPI总线按照下图方式进行连接，一主多从。

如上图：

• 每个从设备都有独立的片选引脚，主机同一时间段内，与一个从设备进行通信，也即选中一个从设备。
• MOSI/MISO/SCLK并联在一起
• MISO须是三态门，当从设备未选中时，该脚须设置为高阻态，而不能是输出态，否则会影响总线 ！
• 对于MOSI/SCLK，虽然并联在一起，但是由于仅一个输出，多输入。

但是你看STM32的SPI外设，一个SPI仅有一个NSS信号，以STM32F407的SPI2为例：

那么要实现前面说的一主多从，怎么办呢？有朋友说，直接用GPIO去模拟不就可以了。

不错，SPI总线要用GPIO模拟还是很容易的，但是这样做波特率做不高，需要占用CPU时间，效率比较低！而用SPI外设控制器，底层bit流的收发由外设控制器实现，用GPIO模拟则需要CPU参与。

怎么破呢？

菊花链拓扑

这种方案，省引脚。但是要移位控制，相对独立片选效率还是低不少。

独立片选拓扑

SPI外设的MOSI、MISO、SCK还是照用不误，但是片选我们不用，设置成通用输出模式，再用其他的GPIO片选从芯片即可。

上代码看看：

void HAL_SPI_MspInit(SPI_HandleTypeDef* hspi)
{
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
  if(hspi->Instance==SPI1)
  {
    __HAL_RCC_SPI1_CLK_ENABLE();
    __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
    /**SPI1 GPIO Configuration
    PA5     ------> SPI1_SCK
    PA6     ------> SPI1_MISO
    PA7     ------> SPI1_MOSI
    PA15     ------> SPI1_NSS 但是这里不用
    */
    GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_5|GPIO_PIN_6|GPIO_PIN_7;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;
    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
    GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH;
    GPIO_InitStruct.Alternate = GPIO_AF5_SPI1;
    HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);

   /*__HAL_RCC_GPIOC_CLK_ENABLE();
    GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_1;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;
    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
    GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH;
    GPIO_InitStruct.Alternate = GPIO_AF5_SPI1;
    HAL_GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStruct);*/ 
  }
}

初始化SPI外设

#define SPI_CS1                        GPIO_PIN_1
#define SPI_CS1_PORT                   GPIOC
#define SPI_CS2                        GPIO_PIN_2
#define SPI_CS2_PORT                   GPIOC
#define SPI_CS3                        GPIO_PIN_3
#define SPI_CS3_PORT                   GPIOC
static void init_spi(SPI_HandleTypeDef * spi_handle)
{
  /* SPI1 parameter configuration*/
  spi_handle->Instance = SPI1;
  spi_handle->Init.Mode = SPI_MODE_MASTER;
  spi_handle->Init.Direction = SPI_DIRECTION_2LINES;
  spi_handle->Init.DataSize = SPI_DATASIZE_8BIT;
  spi_handle->Init.CLKPolarity = SPI_POLARITY_LOW;
  spi_handle->Init.CLKPhase = SPI_PHASE_1EDGE;
  spi_handle->Init.NSS = SPI_NSS_HARD_OUTPUT;
  spi_handle->Init.BaudRatePrescaler = SPI_BAUDRATEPRESCALER_4;
  spi_handle->Init.FirstBit = SPI_FIRSTBIT_MSB;
  spi_handle->Init.TIMode = SPI_TIMODE_DISABLE;
  spi_handle->Init.CRCCalculation = SPI_CRCCALCULATION_DISABLE;
  spi_handle->Init.CRCPolynomial = 10;
  ASSERT (HAL_SPI_Init(spi_handle) != HAL_OK);

 GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;

 __HAL_RCC_GPIOC_CLK_ENABLE();

 GPIO_InitStructure.Pin = SPI_CS1;
 GPIO_InitStructure.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
 GPIO_InitStructure.Pull = GPIO_NOPULL;
 GPIO_InitStructure.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_MEDIUM;
 HAL_GPIO_Init(SPI_CS1_PORT, &GPIO_InitStructure); 
  
 GPIO_InitStructure.Pin = SPI_CS2;
 HAL_GPIO_Init(SPI_CS2_PORT, &GPIO_InitStructure);  
 
 GPIO_InitStructure.Pin = SPI_CS3;
 HAL_GPIO_Init(SPI_CS3_PORT, &GPIO_InitStructure);   
}

从而原来SPI的收发函数前后加上片选信号即可：

typedef enum 
{  
 SPI_CH_1=0,
 SPI_CH_2,
 SPI_CH_3,
 SPI_CH_LAST,
} SPI_CH;
static HAL_StatusTypeDef SPI_Select(SPI_CH ch)
{
   switch (ch)
   {
     case SPI_CH_1:
       HAL_GPIO_WritePin(SPI_CS1_PORT,SPI_CS1,GPIO_PIN_RESET);
       break;
       
     case SPI_CH_2:
       HAL_GPIO_WritePin(SPI_CS2_PORT,SPI_CS2,GPIO_PIN_RESET);
       break;
       
     case SPI_CH_3:
       HAL_GPIO_WritePin(SPI_CS3_PORT,SPI_CS3,GPIO_PIN_RESET);
       break;       
     
     default:
       return HAL_ERROR;
   }  
   return HAL_OK;
}
static HAL_StatusTypeDef SPI_DeSelect(SPI_CH ch)
{
   switch (ch)
   {
     case SPI_CH_1:
       HAL_GPIO_WritePin(SPI_CS1_PORT,SPI_CS1,GPIO_PIN_SET);
       break;
       
     case SPI_CH_2:
       HAL_GPIO_WritePin(SPI_CS2_PORT,SPI_CS2,GPIO_PIN_SET);
       break;
       
     case SPI_CH_3:
       HAL_GPIO_WritePin(SPI_CS3_PORT,SPI_CS3,GPIO_PIN_SET);
       break;       
     
     default:
       return HAL_ERROR;
   }
   return HAL_OK;
}

HAL_StatusTypeDef SPI_TransmitReceive(SPI_CH ch,
                    SPI_HandleTypeDef *hspi, 
                    uint8_t *pTxData, 
                    uint8_t *pRxData, 
                    uint16_t Size,
                    uint32_t Timeout)
{
   HAL_StatusTypeDef ret; 
   if(ch>=SPI_CH_LAST)
     return HAL_ERROR;  
    
   SPI_Select(ch);
   ret = HAL_SPI_TransmitReceive(hspi,pTxData,pRxData,Size,Timeout);
   SPI_DeSelect(ch);
   
   return ret;
}

HAL_StatusTypeDef SPI_Transmit(SPI_CH ch,
                 SPI_HandleTypeDef *hspi, 
                 uint8_t *pData, 
                 uint16_t Size, 
                 uint32_t Timeout)
{
   HAL_StatusTypeDef ret; 
   if(ch>=SPI_CH_LAST)
     return HAL_ERROR;  
    
   SPI_Select(ch);
   ret = HAL_SPI_Transmit(hspi,pData,Size,Timeout);
   SPI_DeSelect(ch);
   
   return ret;  
}

如此一来，一个SPI外设就可以控制多个从芯片了。你如果有兴趣，不妨照这个思路试试看。