一文讲透SPI总线和IIC总线通信3-电子发烧友网

6.8.2 SPI初始化配置

首先看一下SPI外设的初始化结构体成员及其描述。

1、SPI_Dirention 设置了SPI是单向通信还是双向的通信数据模式，设置参数如表6-3所示。

2、SPI_Mode设置了SPI 设备是工作在主机模式还是从机模式，设置参数如表6-4所示。

3、SPI_DataSize设置了SPI通信时数据帧是8位还是16位，没有特殊要求，通常配置为8位模式，设置参数如表6-5所示。

4、SPI_CPOL设置了SPI串行时钟SCK的时钟极性，选择该参数时需要确保SPI通信双方保持一致，一般根据SPI从设备支持的模式设定，设置参数如表6-6所示

5、SPI_CPHA设置了SPI采样时发生在SCK的哪个边沿，该参数同样需要确保通信双方保持一致，一般也是根据从设备支持的模式设定，设置参数如表6-7所示

6、SPI_NSS设置了NSS片选引脚是由选择硬件模式，还是由软件模式。采用硬件管理时，片选信号由SPI硬件自动产生，不需要手动设置，而软件模式需要手动设置片选引脚电平。实际开发中通常设置为软件模式，即使用普通IO口作为片选引脚。设置参数如表6-8所示

7、SPI_BaudRatePrescaler设置了SPI波特率预分频系数，分频后的时钟就是SCK信号线的时钟频率。注意SPI正在通信时不能更改波特率预分频系数，具体设置参数如表6-9所示

8、SPI_FirstBit设置了数据传输是高位在前（MSB先行）还是低位在前（LSB先行），没有特殊要求一般设置为高位在前（MSB先行）设置参数如表6-10所示。

9、SPI_CRCPolynomial设置是否使用CRC校验。使用时根据需求设置CRC多项式，不使用时设置其值为7（复位值为0x0007，默认不使用）。无特殊要求通常不设置CRC校验。

SPI配置流程：

1、使能SPI外设时钟及SPI接口引脚时钟

2、初始化SPI引脚——初始化NSS、SCK、MISO、MOSI引脚。

3、初始化SPI外设——根据需求设置SPI初始化结构体成员参数

4、使能SPI外设——SPI使能库函数为：SPI_Cmd(SPIx, ENABLE);其中SPIx，x为1、

2、3，用来选择SPI外设。

5、编写SPI数据发送和接收函数

6.8.3 SPI数据发送和接收

SPI数据发送和接收过程与USART类似，由数据缓冲区和一个8位的双向移位寄存器构成。SPI的数据缓冲区叫做数据寄存器(SPI_DR)，虽然是一个寄存器，但是实质上包含两个缓冲区：发送缓冲和接收缓冲，分别用于进行写操作和读操作。与USART两个单独的移位寄存器不同，SPI只有一个移位寄存器且是双向的，同一时刻既向MOSI上移出要发送的数据，又将MISO上的数据向内移入，这个过程是同步的，SPI传输结构如图6-11所示。

图6-11 SPI数据传输结构图

SPI发送数据时只需要将数据写入到SPI_DR，SPI会自动将其分配到发送缓冲区，然后再将数据从发送缓冲区并行传送到移位寄存器中，同时设置一个发送缓冲区为空（TXE）的标志位，最后数据按照设定的数据格式（MSB或LSB）被串行的从MOSI引脚移出。与此同时MISO引脚也会接收到数据，接收到的数据同样按照相应的格式被串行的移入到移位寄存器，当接收完一帧数据后，移位寄存器将接收到的数据传送到接收缓冲区中，同时会设置一个接收缓冲区非空（RXNE）的标志位。使用SPI发送和接收数据时并不需要关心数据是怎么发送或者接收到的，只需要检测相应标志位后向数据寄存器（SPI_DR）写入要发送的数据或者读出接收到的数据即可。

TXE标志位被置位仅表示发送缓冲区为空，可以继续向SPI_DR写入数据，但并不代表数据发送完成，这一点一定要搞清楚。向发送缓冲区写入数据会清除TXE标志位，如果TXE=0即发生缓冲区非空时，向SPI_DR中写入数据会覆盖发送缓冲区中的数据，但不会影响移位寄存器中的数据。RXNE=1表示接收缓冲区非空，即已经接收到一帧数据。读SPI_DR寄存器硬件会自动清除RXNE标志位，并返回接收到的数据。当SPI接收到一帧数据时，意味着SPI肯定已经发送完一帧数据，因此判断一帧数据是否发送完成，可以通过检测RXNE标志位。如果设置了SPI_CR1寄存器中的TXEIE位或者SPI_CR2寄存器中的RXNEIE位，将产生对应的中断。本文主要是以查询方式介绍SPI如何收发数据。

使用查询方式检测TXE和RXNE标志位时需要用到SPI标志位检测函数，如下所示：

SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI_TypeDef* SPIx, uint16_t SPI_I2S_FLAG)；其中SPIx中x为1、2、3，用来选择SPI外设；SPI_I2S_FLAG为被检测的标志位，如表6-11所示。

同时库函数中也有对应的SPI数据发送和接收函数，分别为：（固件库手册中所示的发送和接收函数有误，实际以本文为准）

SPI_I2S_SendData(SPI_TypeDef* SPIx, uint16_t Data)；//SPI发送函数

SPI_I2S_ReceiveData(SPI_TypeDef* SPIx)；//SPI接收函数

SPI使用查询方式发送和接收数据时，在发送和接收数据之前需要检测相应标志位，然后再调用库函数发送或者接收数据，这样操作虽然方便，但是由于函数相互调用会占用时间，当传输数据量较大时会降低SPI整体传输效率。为了提高SPI的整体传输效率，本文采用寄存器方式操作。另外SPI在接收从机数据时，由于从机自身不产生时钟信号（SCK），通信时需要主机提供SCK以启动数据传输，因此主机需要通过发送的数据来提供SCK并接收从机的数据，发送的数据并不生效。

以下是配置SPI2为主模式，8位数据格式，CPOL=1，CPHA=1，波特率2分频，MSB先行，不使用CRC校验，使用时可根据具体要求进行修改。由于SPI外设挂载了多个从机设备，为了方便移植，初始化SPI时并未设置片选引脚，而是选择将片选引脚与SPI从设备放在一起配置，具体代码如下：

96.9 SPI读写W25Q128

6.9.1 W25Q128简介

Flash是一种掉电不丢数据的非易失存储设备，生活中常见的闪存存储设备包块固态硬盘、U盘、SD卡以及单片机内部的存储设备等。Flash具有存储空间更大，读取速率快、可靠性高等特点。本节所要介绍的W25Q128就是Flash的一种，只不过它是以芯片的形式存在。 W25Q128是华邦公司推出的一款SPI接口的NOR Flash芯片，其存储空间为128Mbit，相当于16M字节。W25Q128可以支持SPI的模式0和模式3，也就是CPOL=0/CPHA=0和CPOL=1/CPHA=1这两种模式。

往Flash写入数据时，需要注意以下两个重要问题：

1、Flash写入数据时和EEPROM类似，不能跨页写入，一次最多写入一页，W25Q128的一页是256字节。写入数据一旦跨页，必须在写满上一页的时候，等待Flash将数据从缓存搬移到非易失区，重新再次往里写。

2、Flash有一个特点，就是可以将1写成0，但是不能将0写成1，要想将0写成1，必须进行擦除操作。因此通常要改写某部分空间的数据，必须首先进行一定物理存储空间擦除，最小的擦除空间，通常称之为扇区，扇区擦除就是将这整个扇区每个字节全部变成0xFF。每款Flash的扇区大小不一定相同，W25Q128的一个扇区是4096字节。为了提高擦除效率，使用不同的擦除指令还可以一次性进行32K（8个扇区）、64K（16个扇区）以及整片擦除。

Kingst-32F1开发板中W25Q128对应的管脚连接关系如图6-10所示。