一文講透SPI總線和IIC總線通信3

6.8.2 SPI****初始化配置

首先看一下SPI外設(shè)的初始化結(jié)構(gòu)體成員及其描述。

1、SPI_Dirention 設(shè)置了SPI是單向通信還是雙向的通信數(shù)據(jù)模式，設(shè)置參數(shù)如表6-3所示。

2、SPI_Mode設(shè)置了SPI 設(shè)備是工作在主機(jī)模式還是從機(jī)模式，設(shè)置參數(shù)如表6-4所示。

3、SPI_DataSize設(shè)置了SPI通信時(shí)數(shù)據(jù)幀是8位還是16位，沒有特殊要求，通常配置為8位模式，設(shè)置參數(shù)如表6-5所示。

4、SPI_CPOL設(shè)置了SPI串行時(shí)鐘SCK的時(shí)鐘極性，選擇該參數(shù)時(shí)需要確保SPI通信雙方保持一致，一般根據(jù)SPI從設(shè)備支持的模式設(shè)定，設(shè)置參數(shù)如表6-6所示

5、SPI_CPHA設(shè)置了SPI采樣時(shí)發(fā)生在SCK的哪個(gè)邊沿，該參數(shù)同樣需要確保通信雙方保持一致，一般也是根據(jù)從設(shè)備支持的模式設(shè)定，設(shè)置參數(shù)如表6-7所示

6、SPI_NSS設(shè)置了NSS片選引腳是由選擇硬件模式，還是由軟件模式。采用硬件管理時(shí)，片選信號由SPI硬件自動(dòng)產(chǎn)生，不需要手動(dòng)設(shè)置，而軟件模式需要手動(dòng)設(shè)置片選引腳電平。實(shí)際開發(fā)中通常設(shè)置為軟件模式，即使用普通IO口作為片選引腳。設(shè)置參數(shù)如表6-8所示

7、SPI_BaudRatePrescaler設(shè)置了SPI波特率預(yù)分頻系數(shù)，分頻后的時(shí)鐘就是SCK信號線的時(shí)鐘頻率。注意SPI正在通信時(shí)不能更改波特率預(yù)分頻系數(shù)，具體設(shè)置參數(shù)如表6-9所示

8、SPI_FirstBit設(shè)置了數(shù)據(jù)傳輸是高位在前（MSB先行）還是低位在前（LSB先行），沒有特殊要求一般設(shè)置為高位在前（MSB先行）設(shè)置參數(shù)如表6-10所示。

9、SPI_CRCPolynomial設(shè)置是否使用CRC校驗(yàn)。使用時(shí)根據(jù)需求設(shè)置CRC多項(xiàng)式，不使用時(shí)設(shè)置其值為7（復(fù)位值為0x0007，默認(rèn)不使用）。無特殊要求通常不設(shè)置CRC校驗(yàn)。

SPI配置流程：

1、使能SPI外設(shè)時(shí)鐘及SPI接口引腳時(shí)鐘

2、初始化SPI引腳——初始化NSS、SCK、MISO、MOSI引腳。

3、初始化SPI外設(shè)——根據(jù)需求設(shè)置SPI初始化結(jié)構(gòu)體成員參數(shù)

4、使能SPI外設(shè)——SPI使能庫函數(shù)為：SPI_Cmd(SPIx, ENABLE);其中SPIx，x為1、

2、3，用來選擇SPI外設(shè)。

5、編寫SPI數(shù)據(jù)發(fā)送和接收函數(shù)

6.8.3 SPI數(shù)據(jù)發(fā)送和接收

SPI數(shù)據(jù)發(fā)送和接收過程與USART類似，由數(shù)據(jù)緩沖區(qū)和一個(gè)8位的雙向移位寄存器構(gòu)成。SPI的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)叫做數(shù)據(jù)寄存器(SPI_DR)，雖然是一個(gè)寄存器，但是實(shí)質(zhì)上包含兩個(gè)緩沖區(qū)：發(fā)送緩沖和接收緩沖，分別用于進(jìn)行寫操作和讀操作。與USART兩個(gè)單獨(dú)的移位寄存器不同，SPI只有一個(gè)移位寄存器且是雙向的，同一時(shí)刻既向MOSI上移出要發(fā)送的數(shù)據(jù)，又將MISO上的數(shù)據(jù)向內(nèi)移入，這個(gè)過程是同步的，SPI傳輸結(jié)構(gòu)如圖6-11所示。

圖6-11 SPI數(shù)據(jù)傳輸結(jié)構(gòu)圖

SPI發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)只需要將數(shù)據(jù)寫入到SPI_DR，SPI會(huì)自動(dòng)將其分配到發(fā)送緩沖區(qū)，然后再將數(shù)據(jù)從發(fā)送緩沖區(qū)并行傳送到移位寄存器中，同時(shí)設(shè)置一個(gè)發(fā)送緩沖區(qū)為空（TXE）的標(biāo)志位，最后數(shù)據(jù)按照設(shè)定的數(shù)據(jù)格式（MSB或LSB）被串行的從MOSI引腳移出。與此同時(shí)MISO引腳也會(huì)接收到數(shù)據(jù)，接收到的數(shù)據(jù)同樣按照相應(yīng)的格式被串行的移入到移位寄存器，當(dāng)接收完一幀數(shù)據(jù)后，移位寄存器將接收到的數(shù)據(jù)傳送到接收緩沖區(qū)中，同時(shí)會(huì)設(shè)置一個(gè)接收緩沖區(qū)非空（RXNE）的標(biāo)志位。使用SPI發(fā)送和接收數(shù)據(jù)時(shí)并不需要關(guān)心數(shù)據(jù)是怎么發(fā)送或者接收到的，只需要檢測相應(yīng)標(biāo)志位后向數(shù)據(jù)寄存器（SPI_DR）寫入要發(fā)送的數(shù)據(jù)或者讀出接收到的數(shù)據(jù)即可。

TXE標(biāo)志位被置位僅表示發(fā)送緩沖區(qū)為空，可以繼續(xù)向SPI_DR寫入數(shù)據(jù)，但并不代表數(shù)據(jù)發(fā)送完成，這一點(diǎn)一定要搞清楚。向發(fā)送緩沖區(qū)寫入數(shù)據(jù)會(huì)清除TXE標(biāo)志位，如果TXE=0即發(fā)生緩沖區(qū)非空時(shí)，向SPI_DR中寫入數(shù)據(jù)會(huì)覆蓋發(fā)送緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)，但不會(huì)影響移位寄存器中的數(shù)據(jù)。RXNE=1表示接收緩沖區(qū)非空，即已經(jīng)接收到一幀數(shù)據(jù)。讀SPI_DR寄存器硬件會(huì)自動(dòng)清除RXNE標(biāo)志位，并返回接收到的數(shù)據(jù)。當(dāng)SPI接收到一幀數(shù)據(jù)時(shí)，意味著SPI肯定已經(jīng)發(fā)送完一幀數(shù)據(jù)，因此判斷一幀數(shù)據(jù)是否發(fā)送完成，可以通過檢測RXNE標(biāo)志位。如果設(shè)置了SPI_CR1寄存器中的TXEIE位或者SPI_CR2寄存器中的RXNEIE位，將產(chǎn)生對應(yīng)的中斷。本文主要是以查詢方式介紹SPI如何收發(fā)數(shù)據(jù)。

使用查詢方式檢測TXE和RXNE標(biāo)志位時(shí)需要用到SPI標(biāo)志位檢測函數(shù)，如下所示：

SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI_TypeDef* SPIx, uint16_t SPI_I2S_FLAG)；其中SPIx中x為1、2、3，用來選擇SPI外設(shè)；SPI_I2S_FLAG為被檢測的標(biāo)志位，如表6-11所示。

同時(shí)庫函數(shù)中也有對應(yīng)的SPI數(shù)據(jù)發(fā)送和接收函數(shù)，分別為：（固件庫手冊中所示的發(fā)送和接收函數(shù)有誤，實(shí)際以本文為準(zhǔn)）

SPI_I2S_SendData(SPI_TypeDef* SPIx, uint16_t Data)；//SPI發(fā)送函數(shù)

SPI_I2S_ReceiveData(SPI_TypeDef* SPIx)；//SPI接收函數(shù)

SPI使用查詢方式發(fā)送和接收數(shù)據(jù)時(shí)，在發(fā)送和接收數(shù)據(jù)之前需要檢測相應(yīng)標(biāo)志位，然后再調(diào)用庫函數(shù)發(fā)送或者接收數(shù)據(jù)，這樣操作雖然方便，但是由于函數(shù)相互調(diào)用會(huì)占用時(shí)間，當(dāng)傳輸數(shù)據(jù)量較大時(shí)會(huì)降低SPI整體傳輸效率。為了提高SPI的整體傳輸效率，本文采用寄存器方式操作。另外SPI在接收從機(jī)數(shù)據(jù)時(shí)，由于從機(jī)自身不產(chǎn)生時(shí)鐘信號（SCK），通信時(shí)需要主機(jī)提供SCK以啟動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸，因此主機(jī)需要通過發(fā)送的數(shù)據(jù)來提供SCK并接收從機(jī)的數(shù)據(jù)，發(fā)送的數(shù)據(jù)并不生效。

以下是配置SPI2為主模式，8位數(shù)據(jù)格式，CPOL=1，CPHA=1，波特率2分頻，MSB先行，不使用CRC校驗(yàn)，使用時(shí)可根據(jù)具體要求進(jìn)行修改。由于SPI外設(shè)掛載了多個(gè)從機(jī)設(shè)備，為了方便移植，初始化SPI時(shí)并未設(shè)置片選引腳，而是選擇將片選引腳與SPI從設(shè)備放在一起配置，具體代碼如下：

96.9 SPI讀寫W25Q128

6.9.1 W25Q128****簡介

Flash是一種掉電不丟數(shù)據(jù)的非易失存儲(chǔ)設(shè)備，生活中常見的閃存存儲(chǔ)設(shè)備包塊固態(tài)硬盤、U盤、SD卡以及單片機(jī)內(nèi)部的存儲(chǔ)設(shè)備等。Flash具有存儲(chǔ)空間更大，讀取速率快、可靠性高等特點(diǎn)。本節(jié)所要介紹的W25Q128就是Flash的一種，只不過它是以芯片的形式存在。 W25Q128是華邦公司推出的一款SPI接口的NOR Flash芯片，其存儲(chǔ)空間為128Mbit，相當(dāng)于16M字節(jié)。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這兩種模式。

往Flash寫入數(shù)據(jù)時(shí)，需要注意以下兩個(gè)重要問題：

1、Flash寫入數(shù)據(jù)時(shí)和EEPROM類似，不能跨頁寫入，一次最多寫入一頁，W25Q128的一頁是256字節(jié)。寫入數(shù)據(jù)一旦跨頁，必須在寫滿上一頁的時(shí)候，等待Flash將數(shù)據(jù)從緩存搬移到非易失區(qū)，重新再次往里寫。

2、Flash有一個(gè)特點(diǎn)，就是可以將1寫成0，但是不能將0寫成1，要想將0寫成1，必須進(jìn)行擦除操作。因此通常要改寫某部分空間的數(shù)據(jù)，必須首先進(jìn)行一定物理存儲(chǔ)空間擦除，最小的擦除空間，通常稱之為扇區(qū)，扇區(qū)擦除就是將這整個(gè)扇區(qū)每個(gè)字節(jié)全部變成0xFF。每款Flash的扇區(qū)大小不一定相同，W25Q128的一個(gè)扇區(qū)是4096字節(jié)。為了提高擦除效率，使用不同的擦除指令還可以一次性進(jìn)行32K（8個(gè)扇區(qū)）、64K（16個(gè)扇區(qū)）以及整片擦除。

Kingst-32F1開發(fā)板中W25Q128對應(yīng)的管腳連接關(guān)系如圖6-10所示。

圖6-12 W25Q128電路原理圖及其引腳

6.9.2 W25Q128****讀寫操作

W25Q128內(nèi)部有一個(gè)“SPI Command & Control Logic”，可以通過SPI接口向其發(fā)送指令，從而執(zhí)行相應(yīng)操作。指令的長度是不定的，有單字節(jié)的，也有多字節(jié)的，W25Qxx一共具有34個(gè)操作指令，在此只列舉常用的12個(gè)，具體如表6-13所示。