SPI总线协议的基础知识

一，spi总线协议

SPI，是英语 Serial Peripheral Interface 的缩写顾名思义就是串行外围设备接口。SPI是一种高速的，全双工，同步的通信总线， 并且在芯片的管脚上只占用四根线。

SPI 是一个环形总线结构，由 ss(cs)、sck、sdi（mosi）、sdo（miso） 构成，其时序其实很简单，主要是在 sck 的控制下，两个双向移位寄存器进行 数据交换。 上升沿发送、下降沿接收、高位先发送。 上升沿到来的时候，sdo 上的电平将被发送到从设备的寄存器中。 下降沿到来的时候，sdi 上的电平将被接收到主设备的寄存器中。

寄存器中数据的收发格式可以参考一下图片,在第一个脉冲周期的上升沿阶段，进行采样，主机数据整体左移，主机最低位在脉冲周期的下降沿阶段接收从机发来的数据0。如此循环往复实现8为数据的收发。

二，spi的时序图

SPI 模块为了和外设进行数据交换，根据外设工作要求，其输出串行同步时钟极性和相位可以进行配置。

时钟极性(CPOL)对传输协议没有重大的影响。如果 CPOL=0，串行同步时钟的空闲状态为低电平；如果 CPOL=1，串行同步时钟的空闲状态为高电平。

时钟相位(CPHA) 能够配置用于选择两种不同的传输协议之一进行数据传输。如果 CPHA=0，在串行同步时钟的第一个跳变沿(上升或下降)数据被采样；如 果 CPHA=1，在串行同步时钟的第二个跳变沿(上升或下降)数据被采样。

SPI 主模块和与之通信的外设音时钟相位和极性应该一致。 SPI 时序图详解---SPI 接口在模式 0 下输出第一位数据的时刻 SPI 接口有四种不同的数据传输时序，取决于 CPOL 和 CPHL 这两位的组合。图 1 中表现了这四种时序，时序与 CPOL、CPHL 的 关系也可以从图中看出

三，spi框图

SPI的方框图见下图

MISO：主设备输入/从设备输出引脚。该引脚在从模式下发送数据，在主模式下接收数据。

MOSI：主设备输出/从设备输入引脚。该引脚在主模式下发送数据，在从模式下接收数据。

SCK：串口时钟，作为主设备的输出，从设备的输入

需要关注的是他的NSS引脚，具体的框图如下 ：

3.1如果STM32作为SPI总线的主设备

如果是硬件模式，并且SSOE等于1，那么NSS引脚电平可以送入内部NSS，内部NSS也可以通过输出控制单元送到NSS引脚上，就可以实现对从设备的控制了。NSS引脚在工作时会出现低电平，可以打开外部从设备。如果SSOE等于0，这时内部NSS信息就无法送到NSS引脚了，那不是无法控制从设备了么？对，此时NSS引脚就无法控制从设备了，不过如果有其他的主设备将NSS引脚拉低，那么此时SPI就自动进入了从模式，可以接收数据了，实现了多主模式下（比如两个STM32通过SPI进行通信，都可能是主设备）的功能切换。

如果是软件模式，内部NSS的信息来自于SSI标志位，但内部NSS信息无法送到NSS引脚，此时就需要用户使用其他的GPIO引脚来控制从设备。

3.2如果STM32作为SPI总线的从设备

如果是硬件模式，且SSOE=0，NSS引脚信号可以送入到内部NSS，STM32可以受控于其他主设备。如果此时SSOE=1,那么SPI也可以切换成主模式，实现从到主的切换。

如果是软件模式，如果SSI=0，那么内部NSS一直为低电平，总是被选中，可以随时和外部设备通信（此时STM32自己是从设备）。

因此：一般STM32做主设备，且管理一个从设备，可以设置成硬件模式。 如果管理多个从设备，可以设置软件模式。如果STM32做从设备，尽量也设置成软件模式，让SSI=0，就可以随时接收数据了。

四，spi相关寄存器

从spi的框图中可以看出，spi相关的寄存器主要有SPI_CR1,SPI_CR2,SPI_SR,SPI_DR这四个寄存器。

SPI_CR1是spi的控制寄存器，通过这个寄存器我们可以设置spi的一些功能参数，具体寄存器内容如下图：

寄存器低六位分别是控制时钟相位，时钟极性，主从设备选择和通讯波特率的。具体细节可以查看手册。除了寄存器操作，我们也可以直接使用库函数操作。下面列出了部分常用库函数：

SPI_Init 根据 SPI_InitStruct 中指定的参数初始化外设 SPIx 寄存器
SPI_Cmd使能或者失能 SPI 外设
SPI_SendData 通过外设 SPIx 发送一个数据
SPI_ReceiveData 返回通过 SPIx 最近接收的数据
SPI_NSSInternalSoftwareConfig 为选定的 SPI 软件配置内部 NSS 管脚

SPI 状态寄存器(SPI_SR)，通过状态寄存器可以得知spi当前状态，是否在发送数据，以及接受和发送缓冲区是否为空，通过这些判断来实现数据的收发，当然也有写好的库函数可以直接操作。

具体的初始化操作：

void spi_Init(void)
{
	/*spi引脚配置
CS PB0
CSK PA5 
MISO PA6 
MOSI PA57
*/
  RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE);
	GPIO_InitTypeDef  GPIO_Port;//定义结构体变量	
	GPIO_Port.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;//模式	
	GPIO_Port.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5; //引脚
	GPIO_Port.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;//速度
	GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_Port);
	GPIO_Port.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
	GPIO_Port.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0; //引脚
	GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_Port);
	GPIO_Port.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;//模式
	GPIO_Port.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6; //引脚
	GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_Port);//MISO
	GPIO_Port.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;//模式
	GPIO_Port.GPIO_Pin = GPIO_Pin_7; //引脚
	GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_Port);//MOSI

	GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_4);//把CS信号线拉高
	
	
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_SPI1,ENABLE);//spi时钟使能
	SPI_InitTypeDef SPI_InitStruct;
	SPI_InitStruct.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_2;//二分频，36mhz
	SPI_InitStruct.SPI_CPHA =SPI_CPHA_1Edge;//相位设置，第一个跳变沿采样
	SPI_InitStruct.SPI_CPOL = SPI_CPOL_Low;//极性设置，空状态低电平
	SPI_InitStruct.SPI_CRCPolynomial = 0x7;//CRC校验值
	SPI_InitStruct.SPI_DataSize = SPI_DataSize_8b;//数据大小，SPI 发送接收 8 位帧结构
	SPI_InitStruct.SPI_Direction = SPI_Direction_2Lines_FullDuplex;//通讯方式，SPI 设置为双线双向全双工
	SPI_InitStruct.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB;//数据传输从高位开始
	SPI_InitStruct.SPI_Mode = SPI_Mode_Master;//主从设置，设置为主模式
	SPI_InitStruct.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft;//nss控制选择，有内部寄存器控制
	SPI_Init(SPI1,&SPI_InitStruct);
	
	SPI_Cmd(SPI1,ENABLE);
}