spi通信内容详细讲解

自由飞翔 · 发表于 2017-7-10 16:51

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1.简介
这里介绍STM32通过SPI实现对外部SPIFlash的读写功能，其中，SPI作为主设备，SPIFlash作为从设备。为了验证SPIFlash收到的数据是否是STM32通过SPI发送给它的数据，我们将SPIFlash读取的数据显示在屏幕上（TFTLCD）。
1.1 SPI简介
SPI就是串行外围设备接口，它是一种高速的，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，这四根线的定义分别是：
MISO：主设备数据输入，从设备数据输出；
MOSI：主设备数据输出，从设备数据输入；
SCLK：时钟信号，由主设备产生；
CS：从设备片选信号，由主设备控制；
SPI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总线数据传输时序图如下图：

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数据传输过程如下：SCK的第一个时钟周期在时钟的前沿采样数据（上升沿，第一个时钟沿钟沿），在时钟的后沿输出数据（下降沿，第二个时钟沿）。首先来看主器件，主器件的输出口MOSI输出的数据，在时钟的前沿被从器件采样，那主器件是在何时刻输出数据的呢？数据的输出时刻实际上在SCK信号有效以前，比SCK的上升沿还要早半个时钟周期。数据的输出时刻与SSEL信号没有关系。再来看从器件，主器件的输入口MISO同样是在时钟的前沿采样从器件输出的数据，那从器件又是在何时刻输出数据的呢？从器件是在SSEL信号有效后，立即输出数据，尽管此时SCK信号还没有起效。
1.2 SPI Flash简介
SPIFlash以W25Q64为例进行介绍，W25Q64将8M的容量分为128个块（Block），每个块大小为64K字节，每个块又分为16个扇区（Sector），每个扇区4K个字节。W25Q64的最少擦除单位为一个扇区，也就是每次必须擦除4K个字节。这样我们需要给W25Q64 开辟一个至少4K的缓存区。
SPIFlash的写入数据基本过程是：先获得首地址（WriteAddr）所在的扇区，并计算在扇区内的偏移，然后判断要写入的数据长度是否超过本扇区所剩下的长度，如果不超过，再先看看是否要擦除，如果不要，则直接写入数据即可，如果要则读出整个扇区，在偏移处开始写入指定长度的数据，然后擦除这个扇区，再一次性写入。当所需要写入的数据长度超过一个扇区的长度的时候，我们先按照前面的步骤把扇区剩余部分写完，再在新扇区内执行同样的操作，如此循环，直到写入结束。
2. 硬件设计
我们利用STM32自带的SPI和SPIFlash通信，通信过程中SPI是主设备，SPIFlash是从设备，硬件设计如下图所示：

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3. 软件设计
3.1 SPI软件设计
（1）使能SPI时钟，且定义相关引脚的复用功能；
使能SPI时钟，且配置SPI占用的几个GPIO引脚的功能为复用功能；SPI和STM32共用一个时钟，可以对SPI频率进行设置，SPI时钟通过APB2进行分频，分频系数可以是2、4、8等，最低是256分频。
（2）设置SPI工作参数
主要对SPI以下几个工作参数进行设置：
设置SPI的通信方式，可以是全双工、半双工等方式；
设置SPI的主从模式；
设置SPI传输方式：8位传输还是16位传输；
设置SPI的时钟极性；
设置SPI的时钟相位；
设置SPI的分频系数；
设置SPI的CRC校验多项式；
（3）使能SPI外设；
（4）SPI发送接收数据；
（5）查看SPI传输状态；
3.2 SPI Flash软件设计
（1）SPIFlash读出数据；读取数据过程：由于W25Q64 支持以任意地址（但是不能超过W25Q64的地址范围）开始读取数据，在发送24 位地址之后，程序就可以开始循环读数据了，其地址会自动增加的，不过要注意，不能读的数据超过了W25Q64的地址范围。
（2）SPIFlash写入数据；写入数据基本过程：先获得首地址（WriteAddr）所在的扇区，并计算在扇区内的偏移，然后判断要写入的数据长度是否超过本扇区所剩下的长度，如果不超过，再先看看是否要擦除，如果不要，则直接写入数据即可，如果要则读出整个扇区，在偏移处开始写入指定长度的数据，然后擦除这个扇区，再一次性写入。当所需要写入的数据长度超过一个扇区的长度的时候，我们先按照前面的步骤把扇区剩余部分写完，再在新扇区内执行同样的操作，如此循环，直到写入结束。