1.前言

STM32的SPI外设可用作通讯的主机及从机，支持最高的SCK时钟频率为f_pclk/2 (STM32F103型号的芯片默认 f_pclk1为 36MHz，f_pclk2为 72MHz)，完全支持 SPI协议的4种模式，数据帧长度可设置为8位或16位，可设置数据 MSB先行或 LSB 先行。它还支持双线全双工、双线单向以及单线模式。其中双线单向模式可以同时使用 MOSI及 MISO 数据线向一个方向传输数据，可以加快一倍的传输速度。而单线模式则可以减少硬件接线，当然这样速率会受到影响。

备注：下面的介绍都是基于STM32F103平台。

2.SPI功能框图

通常SPI通过4个引脚与外部器件相连：

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
NSS：从设备选择。这是一个可选的引脚，用来选择主/从设备。

STM32F103 SPI引脚总结：

引脚	SPI1	SPI2
MOSI	PA7	PB15
MISO	PA6	PB14
SCK	PA5	PB13
NSS	PA4	PB12

其中SPI1是APB2上的设备，最高通信速率达36Mbits/s（72M/2）。 SPI2是APB1上的设备，最高通信速率达18Mbits/s（36M/2）。

3.初始化SPI接口

初始化SPI接口主要步骤：

初始化GPIO为SPI模式（Bsp_Spi_LowLevel_Init）；
SPI_Direction设置为全双工模式SPI_Direction_2Lines_FullDuplex；
SPI_Mode设置为Master模式SPI_Mode_Master;
SPI_DataSize设置数据宽度为8Bit；
SPI_CPOL和SPI_CPHA都设置为1，工作在模式3；（需要根据SPI Slave支持的模式来设置。）
SPI_NSS设置为软件控制SPI_NSS_Soft，需要通信时软件直接操作IO电平。
SPI_BaudRatePrescaler设置通信速率分频参数为16分频SPI_BaudRatePrescaler_16。（SPI_BaudRate = 72M / 16 = 4.5M，这个参数需要根据SPI Slave支持的最大速率来决定。）
SPI_FirstBit设置为从高位开始传输SPI_FirstBit_MSB；
初始化SPI后并使能；

void Bsp_Spi_Init(void)
{
    
    
	SPI_InitTypeDef  SPI_InitStructure;

	Bsp_Spi_LowLevel_Init();

	/*!< Deselect the FLASH: Chip Select high */
	BMI160_CS_HIGH();

	/*!< SPI configuration */
	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_16;

	SPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB;
	SPI_InitStructure.SPI_CRCPolynomial = 7;
	SPI_Init(BMI160_SPI, &SPI_InitStructure);

	/*!< Enable the sFLASH_SPI  */
	SPI_Cmd(BMI160_SPI, ENABLE);
}

根据实际测试，传输速率为4.5M，与我们SPI初始化预想的值是一样的。
在这里插入图片描述

4.SPI通信读写数据

STM32使用 SPI外设通讯时，在通讯的不同阶段它会对“状态寄存器 SR”的不同数据位写入参数，我们通过读取这些寄存器标志来了解通讯状态。下图是“主模式”流程，即 STM32 作为 SPI 通讯的主机端时的数据收发过程。
在这里插入图片描述
主模式收发流程及事件说明如下：

控制 NSS信号线，产生起始信号(图中没有画出)；
把要发送的数据写入到“数据寄存器 DR”中，该数据会被存储到发送缓冲区；
通讯开始，SCK时钟开始运行。MOSI把发送缓冲区中的数据一位一位地传输出去；MISO 则把数据一位一位地存储进接收缓冲区中；
当发送完一帧数据的时候，“状态寄存器 SR”中的“TXE 标志位”会被置 1，表示传输完一帧，发送缓冲区已空；类似地，当接收完一帧数据的时候，“RXNE标志位”会被置 1，表示传输完一帧，接收缓冲区非空；
等待到“TXE标志位”为 1 时，若还要继续发送数据，则再次往“数据寄存器DR”写入数据即可；等待到“RXNE标志位”为 1时，通过读取“数据寄存器DR”可以获取接收缓冲区中的内容。

/**
* @brief  使用SPI读取一个字节的数据
* @param  读取数据的地址
* @retval 返回接收到的数据状态
*/
int8_t SPI_FLASH_ReadByte(uint8_t* pBuffer)
{
    
    
	SPITimeout = SPIT_FLAG_TIMEOUT;

	/* 等待接收缓冲区非空，RXNE事件 */
	while (SPI_I2S_GetFlagStatus(BMI160_SPI, SPI_I2S_FLAG_RXNE) == RESET)
	{
    
    
		if((SPITimeout--) == 0) return SPI_TIMEOUT_UserCallback(1);
	}

	/* 读取数据寄存器，获取接收缓冲区数据 */
	*pBuffer =SPI_I2S_ReceiveData(BMI160_SPI);

	return 0;
}

 /**
  * @brief  使用SPI发送一个字节的数据
  * @param  byte：要发送的数据
  * @retval 返回接发送的数据状态
  */
int8_t SPI_FLASH_SendByte(uint8_t byte)
{
    
    
  SPITimeout = SPIT_FLAG_TIMEOUT;

  /* 等待发送缓冲区为空，TXE事件 */
  while (SPI_I2S_GetFlagStatus(BMI160_SPI, SPI_I2S_FLAG_TXE) == RESET)
   {
    
    
    if((SPITimeout--) == 0) return SPI_TIMEOUT_UserCallback(0);
   }

  /* 写入数据寄存器，把要写入的数据写入发送缓冲区 */
  SPI_I2S_SendData(BMI160_SPI, byte);

  return 0;
}

/**
  * @brief  Writes block of data to the Slave. 
  * @param  pBuffer: pointer to the buffer  containing the data to be written
  *         to the Slave.
  * @param  WriteAddr: Slave's internal address to write to.
  * @param  NumByteToWrite: number of bytes to write to the Slave.
  * @retval Communication result
  */
int8_t Bsp_Spi_WriteBuffer(uint8_t* pBuffer, uint32_t WriteAddr, uint16_t NumByteToWrite)
{
    
    
	int8_t ret;
	uint8_t tmpBuf;
	
	/*!< Select the Slave: Chip Select low */
	BMI160_CS_LOW();

	ret = SPI_FLASH_SendByte(WriteAddr);
	ret = SPI_FLASH_ReadByte(&tmpBuf);

	/*!< while there is data to be written on the Slave*/
	while (NumByteToWrite--)
	{
    
    
	  /*!< Send the current byte */
	  ret = SPI_FLASH_SendByte(*pBuffer);
	  ret = SPI_FLASH_ReadByte(&tmpBuf);
	  /*!< Point on the next byte to be written */
	  pBuffer++;
	}
	
	/*!< Deselect the FLASH: Chip Select high */
	BMI160_CS_HIGH();

	return ret;
}

/**
  * @brief  Reads a block of data from the Slave.
  * @param  pBuffer: pointer to the buffer that receives the data read from the Slave.
  * @param  ReadAddr: Slave internal address to read from.
  * @param  NumByteToRead: number of bytes to read from the Slave.
  * @retval Communication result
  */
int8_t Bsp_Spi_ReadBuffer(uint8_t* pBuffer, uint32_t ReadAddr, uint16_t NumByteToRead)
{
    
    
	int8_t ret;
	uint8_t tmpBuf;

	/*!< Select the FLASH: Chip Select low */
	BMI160_CS_LOW();

	ret = SPI_FLASH_SendByte(ReadAddr);
	ret = SPI_FLASH_ReadByte(&tmpBuf);

	while (NumByteToRead--) /*!< while there is data to be read */
	{
    
    
		/*!< Read a byte from the FLASH */
		ret = SPI_FLASH_SendByte(Dummy_Byte);
		ret = SPI_FLASH_ReadByte(pBuffer);
		/*!< Point to the next location where the byte read will be saved */
		pBuffer++;
	}

	/*!< Deselect the FLASH: Chip Select high */
	BMI160_CS_HIGH();

	return ret;
}

备注：其中SPI工作在全双工的模式：

在发送数据的同时会读取数据，主要目的是发送数据，读取的数据是为了清除状态位丢弃即可。

在读取数据的同时会发送数据，主要目的是读取数据，发送数据是为了清除状态位发送无效数据即可。

这样的操作都是为了清除状态寄存器 SR对应的状态。

5.验证结果

移植SPI IMU BMI160后设备打印的log：

starting up!!!
BMI160 Init is successful!!!
rslt = 0, chip_id = 0xd1
BMI160 accel & gyro config is successful!!!
[accel] X = 1.11g/s, Y = 0.26g/s, Z = 9.95g/s
[gyro] X = 0.30°/s, Y = -0.24°/s, Z = -0.37°/s
[accel] X = 1.01g/s, Y = 0.17g/s, Z = 10.06g/s

下面是逻辑分析仪通信时抓取的数据（读取Chip ID的数据）：
在这里插入图片描述

6.资料下载地址

移植成功的完整代码下载地址如下：
https://download.csdn.net/download/ZHONGCAI0901/13218801

【STM32】STM32的SPI外设使用

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