STM32中的SPI总线介绍

SPI总线概述

SPI总线介绍

SPI是由摩托罗拉(Motorola)公司开发的全双工同步串行总线，是微处理控制单元(MCU)和外围设备之间进行通信的同步串行端口。主要应用在EEPROM、Flash、实时时钟(RTC)、数模转换器(ADC)、网络控制器、MCU、数字信号处理器(DSP)以及数字信号解码器之间。

SPI总线接口和物理拓扑结构

接口：

五线制接口（四线SPI）：全双工

MOSI（主出从入）、MISO（主入从出）、SCK、CS、GND

四线制接口（三线SPI）：半双工

IO（双向通信数据线）、SCK、CS、GND

物理拓扑结构:支持一主多从，依靠片选线区分从设备，每增加一个从设备就要增加一个片选线，消耗一个IO口。

SPI总线通信原理

通信数据线：MOSI、MISO，时钟线：SCK，芯片选择线：CS

通信过程：

1. 将CS拉低，选择和那个设备通信
2. 操作时钟线，让MISO和MOSI准备数据
3. 操作时钟线，让MISO和MOSI发送数据
4. 将CS拉高，释放通信总线

SPI总线数据格式

数据格式不固定：数据位长度可以变化，SPI支持暂停功能，一般数据长度是8位。

数据格式需要注意：那种边沿发送数据，那种边沿准备数据，总线空闲时时钟状态

CPHA：相位 决定了在第几个时钟边沿进行数据采集：为0，选择第一个边沿也就是前沿，为1，选择第二个边沿，也就是后沿

CPOL：时钟极性，决定时钟的空闲状态。为1，空闲时为高，为0，空闲时为低电平

也就是说一共有四种模式：工作在模式0的设备，他一定能工作在模式3

	CPHA=0	CPHA=1
CPOL=0 极性低	上升沿采样 ：模式0	下降沿采样：模式1
CPOL=1 极性高	下降沿采样 ：模式2	上升沿采样：模式3

每发送以为数据就会接收到一位数据。

时序操作：

每发送一个数据为的时间由发送速度决定。通信速度一般在Mhz以上，最快可达上百M。

STM32中的SPI总线

STM32中SPI总线介绍

在大容量产品和互联型产品上，SPI接口可以配置为支持SPI协议或者支持I2S音频协议。SPI接 口默认工作在SPI方式，可以通过软件把功能从SPI模式切换到I2S模式。

串行外设接口(SPI)允许芯片与外部设备以半/全双工、同步、串行方式通信。此接口可以被配置 成主模式，并为外部从设备提供通信时钟(SCK)。接口还能以多主配置方式工作。 它可用于多种用途，包括使用一条双向数据线的双线单工同步传输，还可使用CRC校验的可靠通信。

STM32中SPI框架

发送缓冲区和接收缓冲区共用同一个寄存器，两者不影响，类似于串口的发送和接收数据寄存器。

从选择NSS管脚作用分析：

用来切换主设备还是从设备，动态改变，由硬件和软件进行配置。作为主设备时可以不使用NSS，作为从设备时必须有一个NSS管脚作为片选线。

从上图中可以看出SPI在从模式管理上是有两个输入可以选择的，一个是寄存器SSI位一个是NSS管脚。具体使用哪个输出信号由寄存器SSM位控制，如果SSM位为0则选择NSS管脚，此时为硬件模式。SSM位为1，选择SSI位控制，此时为软件模式。

软件（SSM=1）：	内部NSS的值=SSI，此时NSS管脚可以ling作他用。
硬件（SSM=0）：	输入：NSS片选，被选择/可以用作多主模式；
输出：SSOE=1，允许输出，NSS输出低电平，选择从机SSOE=0：禁止输出

STM32中SPI相关寄存器

W25Q64存储芯片概述

W25Q64介绍

华邦公司生产的FLASH存储芯片，

容量:64Mbit->8Mbyte

硬件接口：SPI

一页空间：256Byte，不能跨页存储

标准SPI接口时支持的时钟速度：80Mhz

最小擦除单位为：4Kbyte ->一个扇区

块擦除：32Kbyte-64Kbyte

擦除数据10万次，数据保存20年

W25Q64在写入数据时，不支持写1，只支持写0操作。擦除时会将擦除区域写1，保存之前先擦除。

W25Q64管脚介绍

使用标准SPI接口时：

DO：从设备输出管脚

DI：从设备输入管脚

CLK：时钟管脚

CS：片选

WP、HOLD、DI、DO可以拓展工作模式，作为2倍，4倍SPI接口时的数据接口

W25Q64工作原理

支持SPI模式0和模式3，上升沿数据采集

W25Q64要工作，需要通过指令进行设置

常用的指令：

写使能0X06：写数据之前要发送写使能指令

读寄存器指令0X05：用来判断芯片是否正忙

写指令0X02：写入数据

读ID指令0X9F:用来判断芯是否正常工作

W25Q64操作时序

Write Enable (06h):写使能操作

1. 拉底片选
2. 向硬件SPI寄存器发送一个数据
3. 拉高片选

Read Status Register-1 (05h)：读状态寄存器

1. 拉低片选
2. 向硬件SPI寄存器发送一个数据0x05/0x35
3. 发送0xFF，第一次发送的数据是无意义的，只是由于SPI环形传输的特性，所以要接收数据，必须要发送一个数据
4. 拉高片选

Page Program (02h)：页写数据

1. 拉低片选
2. 发送0x02
3. 发送起始地址（24位）数据，发送三次8位数据
4. 发送数据内容
5. 拉高片选

Read Data (03h)：读数据

1. 拉低片选
2. 发送24位地址数据
3. 发送数据（一般位0xff），此时发送的数据无意义，需要关注返回的数据也就是要读的内容。

Sector Erase (20h)：扇区擦除

1. 拉低片选
2. 发送指令0x02
3. 发送要擦出的扇区首地址
4. 拉高片选

Read Manufacturer / Device ID (90h)：获取芯片ID

1. 拉低片选
2. 发送0x90
3. 发送三个地址数据，数据位都0
4. 发送两字节数据，获取返回值，返回值就是工厂信息和设备ID
5. 拉高片选

Flash驱动

硬件原理图：

PB12—CS

PB13—SCK

PB14—MISO

PB15—MOSI

代码实现流程：

1. 配置GPIO

CS：通用推挽输出

CSK /MOSI：复用推挽输出

MISO：浮空输入

1. 配置SPI

双向全双工

主机模式

SPI模式0或者3

1. 编写读写时序:自己实现或者移植代码

STM32固件库里提供了一份SPI_FLASH的驱动代码，我们只需要稍加修改即可：

路径：

STM32F10x_StdPeriph_Lib_V3.5.0\\Utilities\\STM32_EVAL\\Common