詳解STM32——SPI接口

時間：2018-10-31 10:58:01

關鍵字： Flash spi STM32

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[導讀]STM32——SPI接口宗旨：技術的學習是有限的，分享的精神是無限的。一、SPI協(xié)議【SerialPeripheral Interface】? ? ? ? 串行外圍設備接口，是一種高速全雙工的通信總線

STM32——SPI接口

宗旨：技術的學習是有限的，分享的精神是無限的。

一、SPI協(xié)議【SerialPeripheral Interface】

? ? ? ? 串行外圍設備接口，是一種高速全雙工的通信總線。在ADC/LCD等與MCU間通信。

1、SPI信號線

? ? ? ? SPI 包含 4 條總線，SPI 總線包含 4 條總線，分別為SS 、SCK、MOSI、MISO。

（1）SS（SlaveSelect）：片選信號線，當有多個 SPI 設備與 MCU 相連時，每個設備的這個片選信號線是與 MCU 單獨的引腳相連的，而其他的 SCK、MOSI、MISO 線則為多個設備并聯(lián)到相同的 SPI 總線上，低電平有效。

（2）SCK （Serial Clock）：時鐘信號線，由主通信設備產(chǎn)生，不同的設備支持的時鐘頻率不一樣，如 STM32 的 SPI 時鐘頻率最大為 f PCLK /2。

（3）MOSI （Master Output, Slave Input）：主設備輸出 / 從設備輸入引腳。主機的數(shù)據(jù)從這條信號線輸出，從機由這條信號線讀入數(shù)據(jù)，即這條線上數(shù)據(jù)的方向為主機到從機。

（4）MISO（Master Input, Slave Output）：主設備輸入 / 從設備輸出引腳。主機從這條信號線讀入數(shù)據(jù)，從機的數(shù)據(jù)則由這條信號線輸出，即在這條線上數(shù)據(jù)的方向為從機到主機。

2、SPI模式

根據(jù) SPI 時鐘極性（CPOL）和時鐘相位（CPHA）配置的不同，分為 4 種 SPI 模式。時鐘極性是指 SPI 通信設備處于空閑狀態(tài)時（也可以認為這是 SPI 通信開始時，即SS 為低電平時），SCK 信號線的電平信號。CPOL=0 時， SCK 在空閑狀態(tài)時為低電平，CPOL=1 時則相反。時鐘相位是指數(shù)據(jù)采樣的時刻，當 CPHA=0 時，MOSI 或 MISO 數(shù)據(jù)線上的信號將會在 SCK 時鐘線的奇數(shù)邊沿被采樣。當 CPHA=1 時，數(shù)據(jù)線在 SCK 的偶數(shù)邊沿采樣。

首先，由主機把片選信號線SS 拉低，意為主機輸出，在SS 被拉低的時刻，SCK 分為兩種情況，若我們設置為 CPOL=0，則 SCK 時序在這個時刻為低電平，若設置為 CPOL=1，則 SCK 在這個時刻為高電平。采樣時刻都是在 SCK 的奇數(shù)邊沿(注意奇數(shù)邊沿有時為下降沿，有時為上升沿)。

CPHA=1時，數(shù)據(jù)信號的采樣時刻為偶數(shù)邊沿。

二、SPI特性及架構

（1）單次傳輸可選擇為 8 或 16 位。

（2）波特率預分頻系數(shù)(最大為 fPCLK/2) 。

（3）時鐘極性(CPOL)和相位(CPHA)可編程設置。

（4）數(shù)據(jù)順序的傳輸順序可進行編程選擇，MSB 在前或 LSB 在前。

（5）可觸發(fā)中斷的專用發(fā)送和接收標志。

（6）可以使用 DMA 進行數(shù)據(jù)傳輸操作。

1、SPI架構

MISO 數(shù)據(jù)線接收到的信號經(jīng)移位寄存器處理后把數(shù)據(jù)轉移到接收緩沖區(qū)，然后這個數(shù)據(jù)就可以由我們的軟件從接收緩沖區(qū)讀出了。

當要發(fā)送數(shù)據(jù)時，我們把數(shù)據(jù)寫入發(fā)送緩沖區(qū)，硬件將會把它用移位寄存器處理后輸出到 MOSI 數(shù)據(jù)線。

SCK 的時鐘信號則由波特率發(fā)生器產(chǎn)生，我們可以通過波特率控制位（BR）來控制它輸出的波特率。

控制寄存器 CR1 掌管著主控制電路，STM32 的 SPI 模塊的協(xié)議設置（時鐘極性、相位等）就是由它來制定的。而控制寄存器 CR2 則用于設置各種中斷使能。

最后為 NSS 引腳，這個引腳扮演著 SPI 協(xié)議中的SS 片選信號線的角色，如果我們把 NSS 引腳配置為硬件自動控制，SPI 模塊能夠自動判別它能否成為 SPI 的主機，或自動進入 SPI 從機模式。但實際上我們用得更多的是由軟件控制某些 GPIO 引腳單獨作為SS信號，這個 GPIO 引腳可以隨便選擇。

三、SPI接口讀取Flash

? ? ? ? 各信號線相應連接到 Flash（型號：W25X16/W25Q16）的 CS、CLK、DO 和 DIO 線，實現(xiàn)SPI 通信，對 Flash進行讀寫，其中 W25X16 和 W25Q16 在程序上不同的地方是 FLASH 的ID 不一樣。

? ? ? ? 讀取 Flash 的 ID 信息，寫入數(shù)據(jù)，并讀取出來進行校驗，通過串口打印寫入與讀取出來的數(shù)據(jù)，輸出測試結果。

? ? ? ? 不同的設備都會相應的有不同的指令，如 EEPROM 中會把第一個數(shù)據(jù)解釋為存儲矩陣的地址（實質(zhì)就是指令）。而 Flash 則定義了更多的指令，有寫指令、讀指令、讀ID 指令等。

SPI-FLASH通信：

（1）配置 I/O端口，使能 GPIO。

（2）根據(jù)將要進行通信器件的 SPI模式，配置 STM32的 SPI，使能 SPI時鐘。

（3）配置好 SPI后，根據(jù)各種 Flash定義的命令控制對它的讀寫。

注意在寫操作前要先進行存儲扇區(qū)的擦除操作，擦除操作前也要先發(fā)出“寫使能”命令

1、 main.c

int?main(void)
{
??/*?配置串口?1?為：115200?8-N-1?*/
??USART1_Config();
??printf("rn?這是一個?2M?串行?flash(W25X16)實驗?rn");

??/*?2M?串行?flash?W25Q16?初始化?*/
??SPI_FLASH_Init();

??/*?Get?SPI?Flash?Device?ID?*/
??DeviceID?=?SPI_FLASH_ReadDeviceID();

??Delay(?200?);

??/*?Get?SPI?Flash?ID?*/
??FlashID?=?SPI_FLASH_ReadID();

??printf("rn?FlashID?is?0x%X,?Manufacturer?Device?ID?is?0x%Xrn",??FlashID,?DeviceID);

??/*?Check?the?SPI?Flash?ID?*/
??if?(FlashID?==?sFLASH_ID)???/*?#define?sFLASH_ID?0xEF3015?*/
??{
????printf("rn?檢測到串行?flash?W25X16?!rn");

????SPI_FLASH_SectorErase(FLASH_SectorToErase);
????SPI_FLASH_BufferWrite(Tx_Buffer,?FLASH_WriteAddress,??BufferSize);
????printf("rn?寫入的數(shù)據(jù)為：%s?rt",?Tx_Buffer);

????SPI_FLASH_BufferRead(Rx_Buffer,?FLASH_ReadAddress,?BufferSize);
????printf("rn?讀出的數(shù)據(jù)為：%s?rn",?Tx_Buffer);
????/*?檢查寫入的數(shù)據(jù)與讀出的數(shù)據(jù)是否相等?*/
????TransferStatus1?=?Buffercmp(Tx_Buffer,?Rx_Buffer,?BufferSize);

????if?(?PASSED?==?TransferStatus1?)
????{
??????printf("rn?2M?串行?flash(W25X16)測試成功!nr");
????}
????else
????{
??????printf("rn?2M?串行?flash(W25X16)測試失敗!nr");
????}
??}//?if?(FlashID?==?sFLASH_ID)
??else
??{
????printf("rn?獲取不到?W25X16?ID!nr");

??}

??SPI_Flash_PowerDown();
??while?(1);
}

（1）調(diào)用 USART1Confi g() 初始化串口。

（2）調(diào)用 SPI_FLASH_Init() 初始化 SPI 模塊。

（3）調(diào)用 SPI_FLASH_ReadDeviceID() 讀取 Flash 器件生產(chǎn)廠商的 ID 信息。

（4）調(diào)用 SPI_FLASH_ReadID() 讀取 Flash 器件的設備 ID 信息

（5）若讀取得的ID正確，則調(diào)用 SPI_FLASH_SectorErase()把 Flash 的內(nèi) 容擦除，擦除后調(diào)用SPI_FLASH_BufferWrite() 向Flash 寫入數(shù)據(jù)，然后再調(diào)用SPI_FLASH_BufferRead()從剛剛寫入的地址中讀出數(shù)據(jù)。最后調(diào)用 Buffercmp() 函數(shù)對寫入的數(shù)據(jù)與讀取的數(shù)據(jù)進行比較，若寫入的數(shù)據(jù)與讀出的數(shù)據(jù)相同，則把標志變量TransferStatus1 賦值為 PASSED（自定義的枚舉變量）。

（6）最后調(diào)用 SPI_Flash_PowerDown()函數(shù)關閉 Flash 設備的電源，因為數(shù)據(jù)寫入到Flash 后并不會因斷電而丟失，我們在使用它時才重新開啟 Flash 的電源

2、SPI初始化

#define?SPI_FLASH_CS_HIGH()?GPIO_SetBits(GPIOA,?GPIO_Pin_4)
#define?SPI_FLASH_CS_LOW()?GPIO_ResetBits(GPIOA,?GPIO_Pin_4)

void?SPI_FLASH_Init(void)
{
??SPI_InitTypeDef??SPI_InitStructure;
??GPIO_InitTypeDef?GPIO_InitStructure;

??RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA?|?RCC_APB2Periph_GPIOD,?ENABLE);
??RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_SPI1,?ENABLE);

??/*?SCK?*/
??GPIO_InitStructure.GPIO_Pin?=?GPIO_Pin_5;
??GPIO_InitStructure.GPIO_Speed?=?GPIO_Speed_50MHz;
??GPIO_InitStructure.GPIO_Mode?=?GPIO_Mode_AF_PP;
??GPIO_Init(GPIOA,?&GPIO_InitStructure);

??/*?MISO?*/
??GPIO_InitStructure.GPIO_Pin?=?GPIO_Pin_6;
??GPIO_Init(GPIOA,?&GPIO_InitStructure);

??/*?MOS?*/
??GPIO_InitStructure.GPIO_Pin?=?GPIO_Pin_7;
??GPIO_Init(GPIOA,?&GPIO_InitStructure);

??/*?CS??*/
??GPIO_InitStructure.GPIO_Pin?=?GPIO_Pin_4;
??GPIO_InitStructure.GPIO_Mode?=?GPIO_Mode_Out_PP;
??GPIO_Init(GPIOA,?&GPIO_InitStructure);

??SPI_FLASH_CS_HIGH();

??SPI_InitStructure.SPI_Direction?=?SPI_Direction_2Lines_FullDuplex;
??SPI_InitStructure.SPI_Mode?=?SPI_Mode_Master;
??SPI_InitStructure.SPI_DataSize?=?SPI_DataSize_8b;
??SPI_InitStructure.SPI_CPOL?=?SPI_CPOL_High;
??SPI_InitStructure.SPI_CPHA?=?SPI_CPHA_2Edge;
??SPI_InitStructure.SPI_NSS?=?SPI_NSS_Soft;
??SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler?=?SPI_BaudRatePrescaler_4;
??SPI_InitStructure.SPI_FirstBit?=?SPI_FirstBit_MSB;
??SPI_InitStructure.SPI_CRCPolynomial?=?7;
??SPI_Init(SPI1,?&SPI_InitStructure);

??SPI_Cmd(SPI1,?ENABLE);
}

（1）SPI_Mode ：主機模式（SPI_Mode_Master）或從機模式（SPI_Mode_Slave），這兩個模式的最大區(qū)別為 SPI 的 SCK 信號線的時序，SCK 的時序是由通信中的主機產(chǎn)生的。若被配置為從機模式，STM32 的 SPI 模塊將接受外來的 SCK 信號。
（2）SPI_DataSize ： SPI 每次通信的數(shù)據(jù)大小（稱為數(shù)據(jù)幀）為 8 位還是 16 位。

（3）SPI_CPOL 和 SPI_CPHA ：配置SPI的時鐘極性（CPOL）和時鐘相位CPHA），這兩個配置影響到 SPI 的通信模式，該設置要符合將要互相通信的設備的要求。CPOL 分別可以取 SPI_CPOL_High（SPI 通信空閑時 SCK 為高電平）和SPI_CPOL_Low（SPI 通信空閑時 SCK 為低電平）。CPHA 則可以取 SPI_CPHA_1Edge（在 SCK 的奇數(shù)邊沿采集數(shù)據(jù)）和 SPI_CPHA_2Edge（在 SCK偶數(shù)邊沿采集數(shù)據(jù)）。

（4）SPI_NSS ：配置NSS引腳的使用模式，硬件模式（SPI_NSS_Hard）與軟件模式（SPI_NSS_Soft），在硬件模式中的 SPI 片選信號由硬件自動產(chǎn)生，而軟件模式則需要我們親自把相應的 GPIO 端口拉高或置低產(chǎn)生非片選和片選信號。如果外界條件允許，硬件模式還會自動將 STM32 的 SPI 設置為主機。我們使用軟件模式，向這個成員賦值為 SPI_NSS_Soft。

（5）SPI_BaudRatePrescaler：本成員設置波特率分頻值，分頻后的時鐘即為 SPI 的 SCK信號線的時鐘頻率。這個成員參數(shù)可設置為 f PCLK 的 2、4、6、8、16、32、64、128、256 分頻。賦值為 SPI_BaudRatePrescaler_4，即 f PCLK 的 4 分頻。

（6）SPI_FirstBit：所有串行的通信協(xié)議都會有 MSB 先行（高位數(shù)據(jù)在前）還是 LSB先行（低位數(shù)據(jù)在前）的問題，而 STM32 的 SPI 模塊可以通過這個結構體成員，對這個特性編程控制。據(jù) Flash 的通信時序，我們向這個成員賦值為MSB先行（SPI_FirstBit_MSB）。

（7）SPI_CRCPolynomial：這是 SPI 的 CRC 校驗中的多項式，若我們使用 CRC 校驗時，就使用這個成員的參數(shù)（多項式）來計算 CRC 的值。由于本實驗的 Flash 不支持 CRC校驗，所以我們向這個結構體成員賦值為 7 實際上是沒有意義的。

配置完這些結構體成員后，我們要調(diào)用 SPI_Init() 函數(shù)把這些參數(shù)寫入寄存器中，實現(xiàn)SPI 的初始化，然后調(diào)用 SPI_Cmd() 來使能 SPI1。

2、讀FLASH的ID

#define?Dummy_Byte???0xFF

u8?SPI_FLASH_SendByte(u8?byte)
{
??//?等待發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器清空
??while?(SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1,SPI_I2S_FLAG_TXE)?==?RESET);
?
??SPI_I2S_SendData(SPI1,?byte);?//?向從機發(fā)送數(shù)據(jù)
??while?(SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1,SPI_I2S_FLAG_RXNE)?==?RESET);?//?等待接收數(shù)據(jù)寄存器非空
?
??return?SPI_I2S_ReceiveData(SPI1);?//?獲取接收寄存器中的數(shù)據(jù)
}
u32?SPI_FLASH_ReadDeviceID(void)
{
??u32?Temp?=?0;
?
??SPI_FLASH_CS_LOW();
??SPI_FLASH_SendByte(W25X_DeviceID);
??SPI_FLASH_SendByte(Dummy_Byte);
??SPI_FLASH_SendByte(Dummy_Byte);
??SPI_FLASH_SendByte(Dummy_Byte);
??Temp?=?SPI_FLASH_SendByte(Dummy_Byte);
??SPI_FLASH_CS_HIGH();
?
??return?Temp;
}

3、讀取廠商ID

u32?SPI_FLASH_ReadID(void)
{
??u32?Temp?=?0,?Temp0?=?0,?Temp1?=?0,?Temp2?=?0;

??SPI_FLASH_CS_LOW();
??SPI_FLASH_SendByte(W25X_JedecDeviceID);?//?0x9F
??Temp0?=?SPI_FLASH_SendByte(Dummy_Byte);
??Temp1?=?SPI_FLASH_SendByte(Dummy_Byte);
??Temp2?=?SPI_FLASH_SendByte(Dummy_Byte);
??SPI_FLASH_CS_HIGH();

??Temp?=?(Temp0?<<?16)?|?(Temp1?<<?8)?|?Temp2;
??return?Temp;
}

4、擦除FLASH內(nèi)容

void?SPI_FLASH_WriteEnable(void)
{
??SPI_FLASH_CS_LOW();
??SPI_FLASH_SendByte(W25X_WriteEnable);?//?06H
??SPI_FLASH_CS_HIGH();
}

void?SPI_FLASH_WaitForWriteEnd(void)
{
??u8?FLASH_Status?=?0;

??SPI_FLASH_CS_LOW();
??SPI_FLASH_SendByte(W25X_ReadStatusReg);?//?05H
??do
??{
????FLASH_Status?=?SPI_FLASH_SendByte(Dummy_Byte);
??}
??while?((FLASH_Status?&?WIP_Flag)?==?SET);
??SPI_FLASH_CS_HIGH();
}

void?SPI_FLASH_SectorErase(u32?SectorAddr)
{
??SPI_FLASH_WriteEnable();
??SPI_FLASH_WaitForWriteEnd();

??SPI_FLASH_CS_LOW();
??SPI_FLASH_SendByte(W25X_SectorErase);?//?20H
??SPI_FLASH_SendByte((SectorAddr?&?0xFF0000)?>>?16);
??SPI_FLASH_SendByte((SectorAddr?&?0xFF00)?>>?8);
??SPI_FLASH_SendByte(SectorAddr?&?0xFF);
??SPI_FLASH_CS_HIGH();

??SPI_FLASH_WaitForWriteEnd();
}

5、向Flash寫數(shù)據(jù)——分頁

void?SPI_FLASH_PageWrite(u8*?pBuffer,?u32?WriteAddr,?u16?NumByteToWrite)
{
??SPI_FLASH_WriteEnable();

??SPI_FLASH_CS_LOW();
??SPI_FLASH_SendByte(W25X_PageProgram);?//?02H
??SPI_FLASH_SendByte((WriteAddr?&?0xFF0000)?>>?16);
??SPI_FLASH_SendByte((WriteAddr?&?0xFF00)?>>?8);
??SPI_FLASH_SendByte(WriteAddr?&?0xFF);

??if(NumByteToWrite?>?SPI_FLASH_PerWritePageSize)
??{
????NumByteToWrite?=?SPI_FLASH_PerWritePageSize;
??}

??while?(NumByteToWrite--)
??{
????SPI_FLASH_SendByte(*pBuffer);
????pBuffer++;
??}
??SPI_FLASH_CS_HIGH();

??SPI_FLASH_WaitForWriteEnd();
}


void?SPI_FLASH_BufferWrite(u8*?pBuffer,?u32?WriteAddr,?u16?NumByteToWrite)
{
??u8?NumOfPage?=?0,?NumOfSingle?=?0,?Addr?=?0,?count?=?0,?temp?=?0;

??Addr?=?WriteAddr?%?SPI_FLASH_PageSize;
??count?=?SPI_FLASH_PageSize?-?Addr;
??NumOfPage?=??NumByteToWrite?/?SPI_FLASH_PageSize;
??NumOfSingle?=?NumByteToWrite?%?SPI_FLASH_PageSize;

??if?(Addr?==?0)
??{
????if?(NumOfPage?==?0)
????{
??????SPI_FLASH_PageWrite(pBuffer,?WriteAddr,?NumByteToWrite);
????}
????else
????{
??????while?(NumOfPage--)
??????{
????????SPI_FLASH_PageWrite(pBuffer,?WriteAddr,?SPI_FLASH_PageSize);
????????WriteAddr?+=??SPI_FLASH_PageSize;
????????pBuffer?+=?SPI_FLASH_PageSize;
??????}

??????SPI_FLASH_PageWrite(pBuffer,?WriteAddr,?NumOfSingle);
????}
??}
??else
??{
????if?(NumOfPage?==?0)
????{
??????if?(NumOfSingle?>?count)
??????{
????????temp?=?NumOfSingle?-?count;

????????SPI_FLASH_PageWrite(pBuffer,?WriteAddr,?count);
????????WriteAddr?+=??count;
????????pBuffer?+=?count;

????????SPI_FLASH_PageWrite(pBuffer,?WriteAddr,?temp);
??????}
??????else
??????{
????????SPI_FLASH_PageWrite(pBuffer,?WriteAddr,?NumByteToWrite);
??????}
????}
????else
????{
??????NumByteToWrite?-=?count;
??????NumOfPage?=??NumByteToWrite?/?SPI_FLASH_PageSize;
??????NumOfSingle?=?NumByteToWrite?%?SPI_FLASH_PageSize;

??????SPI_FLASH_PageWrite(pBuffer,?WriteAddr,?count);
??????WriteAddr?+=??count;
??????pBuffer?+=?count;

??????while?(NumOfPage--)
??????{
????????SPI_FLASH_PageWrite(pBuffer,?WriteAddr,?SPI_FLASH_PageSize);
????????WriteAddr?+=??SPI_FLASH_PageSize;
????????pBuffer?+=?SPI_FLASH_PageSize;
??????}

??????if?(NumOfSingle?!=?0)
??????{
????????SPI_FLASH_PageWrite(pBuffer,?WriteAddr,?NumOfSingle);
??????}
????}
??}
}

6、從Flash讀

void?SPI_FLASH_BufferRead(u8*?pBuffer,?u32?ReadAddr,?u16?NumByteToRead)
{
??SPI_FLASH_CS_LOW();
??SPI_FLASH_SendByte(W25X_ReadData);?//?03H
??SPI_FLASH_SendByte((ReadAddr?&?0xFF0000)?>>?16);
??SPI_FLASH_SendByte((ReadAddr?&?0xFF00)?>>?8);
??SPI_FLASH_SendByte(ReadAddr?&?0xFF);
??while?(NumByteToRead--)?
??{
????*pBuffer?=?SPI_FLASH_SendByte(Dummy_Byte);
????pBuffer++;
??}
??SPI_FLASH_CS_HIGH();
}