【参考资料】：STM32F4xx中文参考手册 & STM32F4开发指南（正点原子）
基本原理
SPI是（串行外设接口 Serial Peripheral Interface）的缩写，一种同步串行接口技术，是一种高速的、全双工、同步的通信总线。
SPI是串行同步协议，数据是一位一位传送的，SCK提供时钟脉冲，MOSI、MISO在脉冲基础上完成数据传输。
缺点：没有指定的流控制，没有应答机制确认是否接收到数据
引脚功能
可以主从方式工作，一个主设备，可以连接多个从设备，至少需要4根线
MOSI：主设备输出、从设备输入
MISO：主设备输入，从设备输出
SCLK：时钟信号，由主设备产生，当没有时钟跳变时，从设备不采集或传送数据
CS：片选信号，当一个SPI总线上连接多个设备时，SPI本身的CS可被其他的I/O口引脚替代，每个从设备的CS端可以连接不同的GPIO口引脚
数据发送和接收过程
缓冲区
在接收过程中，数据收到后，先存储到内部接收缓冲区中；而在发送过程中，先将数据存储到内部发送缓冲区中，然后发送数据。
对 SPI_DR 寄存器的读访问将返回接收缓冲值；对 SPI_DR 寄存器的写访问会将写入的数据存储到发送缓冲区中 。
主模式下启动通信序列
全双工模式下
在全双工模式下（ BIDIMODE=0 且 RXONLY=0）将数据写入到 SPI_DR 寄存器（发送缓冲区）时，通信序列启动。 随后在第一个位的发送期间，将数据从发送缓冲区并行加载到 8 位移位寄存器中（并行加载，意味着即在数据开始传输的第一个bit时，发送缓冲区会空，TXE标志位置1）， 然后以串行方式将其移出到 MOSI 引脚。
同时，将 MISO 引脚上接收的数据以串行方式移入 8 位移位寄存器，然后并行加载 到 SPI_DR 寄存器（接收缓冲区）中。
处理发送和接收
在第一个位的发送期间，将数据从发送缓冲区传输到移位寄存器时， TXE 标志（发送缓冲区为空）置 1。该标志表示内部发送缓冲区已准备好加载接下来的数据。如果 SPI_CR2 寄存器中的 TXEIE 位置 1，可产生中断。通过对 SPI_DR 寄存器执行写操作将 TXE 位清零 。
注：软件必须确保在尝试写入发送缓冲区之前 TXE 标志已置 1。否则，将覆盖之前写入发送缓冲区的数据
将数据从移位寄存器传输到接收缓冲区时， RXNE 标志（接收缓冲区非空）会在最后一个采样时钟边沿置 1。它表示已准备好从 SPI_DR 寄存器中读取数据。如果 SPI_CR2 寄存器中的 RXNEIE 位置 1，可产生中断。通过读取 SPI_DR 寄存器将 RXNE 位清零
SPI通信模式
强调：主机与从机必须要在工作在相同的模式下才可以正常通讯
| 模式 | CPOL 时钟极性 | CPHA 时钟相位 |
|---|---|---|
| MODE0 | 0 | 0 |
| MODE1 | 0 | 1 |
| MODE2 | 1 | 0 |
| MODE3 | 1 | 1 |
- CPOL=0，表示当SCLK=0时处于空闲态，有效状态就是SCLK处于高电平时
- CPOL=1，表示当SCLK=1时处于空闲态，有效状态就是SCLK处于低电平时
- CPHA=0，表示数据采样是在第1个边沿，数据发送在第2个边沿
- CPHA=1，表示数据采样是在第2个边沿，数据发送在第1个边沿
-
CPOL=0，CPHA=0：此时空闲态时，SCLK处于低电平，数据采样是在第1个边沿，也就是 SCLK由低电平到高电平的跳变，所以数据采样是在上升沿，数据发送是在下降沿。
-
CPOL=0，CPHA=1：此时空闲态时，SCLK处于低电平，数据发送是在第2个边沿，也就是 SCLK由低电平到高电平的跳变，所以数据采样是在下降沿，数据发送是在上升沿。
-
CPOL=1，CPHA=0：此时空闲态时，SCLK处于高电平，数据采集是在第1个边沿，也就是 SCLK由高电平到低电平的跳变，所以数据采集是在下降沿，数据发送是在上升沿。
- CPOL=1，CPHA=1：此时空闲态时，SCLK处于高电平，数据发送是在第2个边沿，也就是 SCLK由高电平到低电平的跳变，所以数据采集是在上升沿，数据发送是在下降沿。
CPHA等于0时，总是在奇数边沿数据数据采样，如上图
CPHA等于1时，数据总是在SCK偶数边沿被采样，见上图
解释：通信时钟由主器件发起，主机和从机的发送数据是同时完成的，两者的接收数据也是同时完成的，即当上升沿主机发送数据的时候，从机也发送了数据。
为了保证主机和从机能够正确通信，两者的SPI应当具有相同的时钟极性和时钟相位，即两者必须工作在同一模式下
SPI状态标志
- 发送缓冲区空（TXE）
此标志位为1，表示发送缓冲区为空，可以将待发送的下一个数据发送到缓冲区中。对SPI_DR寄存器执行写操作，将清零TXE标志
- 接收缓冲区非空（RXNE）
此标志位置1时，表示接收缓冲区中存在有效的已接收的数据。读取SPI_DR寄存器，将清零该标志位
- BUSY
BSY 标志由硬件置 1 和清零（对此标志执行写操作没有任何作用）。 BSY 标志用于指示SPI 通信的状态。
BSY 置 1 时，表示 SPI 正忙于通信。在主模式下的双向通信接收模式（ MSTR=1 且 BDM=1且 BDOE=0）有一个例外情况， BSY 标志在接收过程中保持低电平。
如果软件要关闭 SPI 并进入停止模式（或关闭外设时钟），可使用 BSY 标志检测传输是否结束以避免破坏最后一个数据的传输 。
注意：请勿使用 BUSY 标志处理每次数据发送或接收，最好改用 TXE 标志和 RXNE 标志
关闭SPI
若要关闭SPI，建议在主模式或全双工从模式（ BIDIMODE=0、 RXONLY=0）下执行以下步骤：
- 等待 RXNE=1 以接收最后的数据
- 等待 TXE=1
- 然后等待 BSY=0
- 关闭 SPI (SPE=0)，最后进入停止模式（或关闭外设时钟）
使用DMA进行SPI通信
使能SPI_CR2寄存器中的使能位时，将请求DMA访问。发送缓冲区和接收缓冲区会发出各自的DMA请求
- 在发送过程中，每次 TXE 位置 1 都会发出 DMA 请求。 DMA 随后对 SPI_DR 寄存器执-行写操作（此操作会将 TXE 标志清零）
- 在接收过程中，每次 RXNE 位置 1 都会发出 DMA 请求。 DMA 随后对 SPI_DR 寄存器执行读操作（此操作会将 RXNE 标志清零）
在发送模式下， DMA 完成了所有要发送数据的传输（ DMA_ISR 寄存器中的 TCIF 标志置1）后，可以对 BSY 标志进行监视，以确保 SPI 通信已完成。在关闭 SPI 或进入停止模式前必须执行此步骤，以避免损坏最后一次数据的发送。软件必须首先等待 TXE=1，再等待BSY=0
注：此处对DMA发送和接收时序图的流程不懂，需返回前方理解 --处理数据发送和接收过程-- 部分内容