STM32F030 Nucleo-多樣的SPI通信之Master標(biāo)準(zhǔn)模式-SPIFlash讀寫

我個(gè)人認(rèn)為，學(xué)習(xí)單片機(jī)，在硬件上和驅(qū)動(dòng)上，我們無非學(xué)習(xí)這么幾個(gè)東西：

1.能靈活的操作GPIO端口

2.理解單片機(jī)各個(gè)引腳的功能和作用和外圍最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3.各種通信協(xié)議比如：并口協(xié)議(LCD1602等)，UART/USART協(xié)議，IIC協(xié)議，485通信協(xié)議，SPI通信協(xié)議，IIS音頻流傳輸協(xié)議，CAN通信協(xié)議，單總線通信協(xié)議(DS18B20等)，三總線協(xié)議(DS1302等)等等通信協(xié)議。

4.ADC/DAC 模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換

5.單片機(jī)內(nèi)部提供的一些運(yùn)輸協(xié)議或者特殊功能，比如DMA，RTC,定時(shí)器Timer等，這些功能的操作有單片機(jī)本身確定，經(jīng)過協(xié)議相同目標(biāo)相同，但是操作等可能各家單片機(jī)不盡相同;咱只需要理解它完成的是什么功能/任務(wù)就好。

通過學(xué)習(xí)各種協(xié)議、一些基本的操作和所使用的這款單片機(jī)的內(nèi)核功能或者特殊功能(與內(nèi)核和廠商設(shè)計(jì)相關(guān))，就基本上能利用單片機(jī)與外設(shè)或者其他MCU或CPU實(shí)現(xiàn)通信交流了，都交流上了!那自然就是有關(guān)系了!哈哈哈!那至于想搞什么關(guān)系(男女關(guān)系還是朋友關(guān)系

關(guān)系都搞通了!那么借錢(讀取)或者還錢(寫入)就有機(jī)會(huì)啦!!!

那么其實(shí)問題就來了!有人會(huì)疑問，不是還有算法啊!數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等等這些嗎??其實(shí)這是一個(gè)顯而易見的問題：

建議：

1.在我們寫代碼的時(shí)候，最好將我們的代碼封裝起來，分成與硬件相關(guān)的代碼(層)和與硬件無關(guān)的層。

2.與硬件無關(guān)的層可能有繼續(xù)劃分，比如分一些總線層或者書中間調(diào)度層等等，這些層和我們的產(chǎn)品功能實(shí)現(xiàn)可能沒有太大關(guān)系，但是卻為我們的功能進(jìn)行調(diào)度或者作為基礎(chǔ)，是的我們的代碼的可移植性更高。

3.當(dāng)然，萬事沒有絕對，在RAM和ROM/Flash緊缺的情況下，用上面1和2點(diǎn)的方法顯然是不合適的，因?yàn)樵鄣腞OM/Flash一不小心就裝不了咱的代碼了，那就沒得玩了，何況還有RAM的情況也是這樣，所以這時(shí)候咱就盡量的減少代碼，優(yōu)化代碼，這樣可能就會(huì)使得與硬件相關(guān)的代碼和功能代碼混合在一起了，這樣的代碼的可移植性是非常低的，但是沒辦法嘛!這是一種解決方案!哈哈!

4.基于上面三點(diǎn)的建議，做一下總結(jié)。首先說明一下實(shí)際的情況，絕大部分的初學(xué)者管你內(nèi)存多大，他們的代碼都采用的是第3種方法，這可以說是一種不好的習(xí)慣，建議還是盡量的模仿使用1和2中方法學(xué)習(xí)，當(dāng)然也不是那么簡單的，這需要一個(gè)長久的學(xué)習(xí)和閱讀一些好的開源項(xiàng)目代碼，比如一些實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)源碼(UCosII、FreeRTOS，小型用于SD卡或者SPIFlash等的文件系統(tǒng)源碼等等)，這樣理解開源項(xiàng)目的架構(gòu)，才能自己慢慢學(xué)習(xí)構(gòu)建架構(gòu)的，這是一個(gè)比較漫長的過程，需要有心人在學(xué)習(xí)的過程中慢慢的關(guān)注。

OK!廢話了半天!言歸正傳!這里咱要學(xué)習(xí)的是SPI通信，身邊剛好有SPIFlash，咋就用咱的STM32F030 Nucleo板卡作為主機(jī)與它通信吧。

首先呢，有必要先介紹一下SPI通信協(xié)議。

SPI通信總線協(xié)議最開始是由Motorola(摩托羅拉)提出或者發(fā)明的。她提供了三線制全雙工同步串行外圍接口，采用主從模式架構(gòu)。在一同一個(gè)通信系統(tǒng)中，支持多從機(jī)單一主機(jī)。也就是說，每一個(gè)SPI總線通信上只存在一個(gè)主機(jī)。

它的通信方式是：通信時(shí)鐘CLK有主機(jī)控制，數(shù)據(jù)在時(shí)鐘脈沖下按位傳輸，先傳高位再傳低位。()這一點(diǎn)非常重要!在單片機(jī)不支持硬件SPI通信時(shí)，與具有SPI通信接口的外設(shè)傳感器等通信就必須使用MCU的I/O口模擬SPI時(shí)序與之進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，從而實(shí)現(xiàn)功能。

還有一個(gè)非常好的好處就是，通信速率能達(dá)到幾M到十幾M，哈!好快。

好!基本上幾句話就知道SPI的基本信息了!那么，干啥呢??當(dāng)然是。。。。。。。。分析分析通信過程了哇!哈哈!

硬件通信接口：

CLK-------CLOCK Signal;時(shí)鐘線

MISO-----Master Input Slave Output;主機(jī)輸入從機(jī)輸出數(shù)據(jù)線

MOSI-----Master Output Slave Input;主機(jī)輸出從機(jī)輸入數(shù)據(jù)線

NSS-------Slave Select pin;從設(shè)備使能線

咦!咋覺得不太對呢?上面明明說是三線制啊!咋的這里有四根線呢(CLK時(shí)鐘線、MISO數(shù)據(jù)線，MOSI數(shù)據(jù)線和NSS片選線)?

其實(shí)是這樣的，前面介紹SPI的時(shí)候，說是三線制，主要是說數(shù)據(jù)通信所需要的線，即CLK、MISO、MOSI這三根線是SPI通信的基礎(chǔ)，而NSS片選線有時(shí)候在特定情況下是不必要的(這個(gè)下一篇文章中我會(huì)詳細(xì)介紹)，所以，問題就這樣愉快的解決了。哈哈!這種感覺是不是很爽!!嘿嘿。

當(dāng)然，這其實(shí)只是SPI通信硬件接口的一部分，而且是最基礎(chǔ)的部分。那么現(xiàn)在就STM32F030的硬件SPI資源進(jìn)行講解。打開參考手冊《STM32F030x468C and STM32F070x6B advanced ARM?-based 32-bit MCUs.pdf》

打開到SPI通信的講解章節(jié)，如下：

這就是SPI的簡介了!哈哈!好!不廢話了!繼續(xù)往下：

這里就說明了這款芯片的SPI的特點(diǎn)和功能，再往下：

注意紅線框出的部分，這就是我們這款單片機(jī)擁有的SPI外設(shè)資源和支持的功能資源。非常重要!!!

講到資源，那我們還必須要牢記這款芯片的資源對應(yīng)的單片機(jī)引腳。這個(gè)要從Datasheet來看了。如下：

哈!看見沒!這就是這款芯片的資源了，特別關(guān)注紅框標(biāo)注的地方，而且還要注意哪些復(fù)用是我們的STM32F030 Nucleo板卡的主控MCU STM32F030R8T8才有的，這一點(diǎn)非常重要!別寫半天引腳的配置都不對。這是一件很悲催很丟臉的事。

OK!咱來看看我們的單片機(jī)的SPI內(nèi)臟，如下：

有必要先說明一下：FIFO：First Input First Output，即先進(jìn)先出隊(duì)列!哈哈!還記得在學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是的隊(duì)列嗎??就是這個(gè)了!嘿嘿!

發(fā)送數(shù)據(jù)：當(dāng)不使用Tx FIFO緩沖區(qū)時(shí)，直接就是將1Byte數(shù)據(jù)從MOSI上傳移位寄存器，然后移位寄存器自己根據(jù)時(shí)鐘CLK的邊沿將數(shù)據(jù)按位移動(dòng)到IO口，然后傳送出去;當(dāng)使用Tx FIFO的時(shí)候，咱們就直接將一堆數(shù)據(jù)放在Tx FIFO中，然后使能傳輸，它就自己講數(shù)按照SPI協(xié)議發(fā)送出去了(如紅色線)。

接收數(shù)據(jù)：當(dāng)不使用Rx FIFO緩沖區(qū)的時(shí)候，MCU根據(jù)時(shí)鐘CLK的邊沿對MISO引腳進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，然后放在移位寄存器上，當(dāng)采集滿8bit了，時(shí)鐘就好停下來啦!然后就是讀取數(shù)據(jù)出來啦!哈哈!當(dāng)使用Rx FIFO時(shí)，就將數(shù)據(jù)放大Rx FIFO中，然后當(dāng)FIFO滿的時(shí)候，產(chǎn)生標(biāo)志或者中斷，然后就將數(shù)據(jù)搬到內(nèi)存中就好嘍!嘿嘿!(如藍(lán)色線)。

對于時(shí)鐘線和NSS，當(dāng)然是分別作為產(chǎn)生數(shù)據(jù)傳輸是所需要的時(shí)鐘脈沖和片選了哈!

那么其實(shí)在這個(gè)SPI“內(nèi)臟”中，還包含了CRC校驗(yàn)控制器和同學(xué)控制器，顧名思義肯定是用來校驗(yàn)和控制SPI通了的拉!嘿嘿!

那么粉色框是啥意思呢??最下面那個(gè)一看就知道這是波特率了!嘿嘿!就是控制速度的拉!兩個(gè)設(shè)備要通信，肯定是要站在同一個(gè)水平上交流嘛!如果一個(gè)快一個(gè)慢，那就沒法交流了!嘿嘿!那上面的粉色框是啥呢??RXONLY就是只讀嘍!但是其實(shí)參考手冊上都有表述，先不糾結(jié)這個(gè)。咱要關(guān)注的應(yīng)該是：CPOL和CPHA。這兩東西到底是啥呢??其實(shí)呢CPOL表示SPI通信的時(shí)鐘極性，即表示時(shí)鐘線在空閑時(shí)的電平狀態(tài);CPHA表示SPI通信的時(shí)鐘相位，即表示在時(shí)鐘線脈沖的什么時(shí)候?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行捕捉和輸出?？梢耘渲贸鰞煞NSPI通信協(xié)議(它對SPI通信影響極大)。

CPOL和CPHA的配置表述：

CPOL：CPOL= 0;時(shí)鐘線空閑狀態(tài)時(shí)為低電平;CPOL=1;時(shí)鐘線空閑狀態(tài)時(shí)為高電平。

CPHA：CPHA=0;在時(shí)鐘線的第一個(gè)跳變沿(上升沿/下降沿)數(shù)據(jù)被采集;CPHA=1;在時(shí)鐘線的第二個(gè)跳變沿(上升沿/下降沿)數(shù)據(jù)被采集。

注：在進(jìn)行SPI通信時(shí)，通過一總線上的所有設(shè)備必須保證CPOL和CPHA的一致性;這是非常重要的，反正意思就是在同一水平上進(jìn)行交流。

得到以上消息之后，咱組合一下就有如下情況了，其實(shí)就是2的2次方等于4種SPI通信模式，如下：

(1)SPI0：CPOL=0,CPHA=0

(2)SPI1：CPOL=0,CPHA=1

(3)SPI2：CPOL=1,CPHA=0

(4)SPI3：CPOL=1,CPHA=1

嘿嘿!以上就是SPI通信的四種模式了!也可以理解成SPI通信的四種協(xié)議!還有就是至于SPI0~SPI3到底表示的是啥就不要糾結(jié)了(有些人不知道咋的，就是要糾結(jié)這東西，然后然后連自己都分不清楚這到底是啥)!咱至于記住CPOL和CPHA分別在不同狀態(tài)下表示的是啥就夠了!然后組合!哈哈哈哈!你懂的。

OK!對于SPI總線通信的基本說明就到這了!當(dāng)然了，還有時(shí)序的說明，但是呢，這個(gè)比較長!就不一個(gè)個(gè)分析了，看看SPI通信協(xié)議更靠譜!嘿嘿!我會(huì)附上我認(rèn)為比較好的SPI協(xié)議文檔進(jìn)行參考。

下面咱要繼續(xù)挖SPI了!

SPI主機(jī)-從機(jī)全雙工通信：

看見了沒!現(xiàn)在知道為毛是三線了吧?上面已經(jīng)表示出了主機(jī)和從機(jī)之間的接口連接方式，有時(shí)候只需要一直講NSS處于一個(gè)低電平狀態(tài)，就可以一直正常通信了。至于發(fā)送數(shù)據(jù)那就是CLK，NISO，MOSI的事了。

SPI主機(jī)-從機(jī)半雙工通信：

看見了沒有??這樣也是可以的!這就有點(diǎn)像IIC了，但是，但是協(xié)議是不一樣的!主機(jī)的MOSI與從機(jī)的MISO接口相連!既然是半雙工，那么就意味著它不能同時(shí)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)了，所以，主機(jī)應(yīng)該是先發(fā)完數(shù)據(jù)，然后再讀取數(shù)據(jù)，呵呵!!!這樣的通信方式，到目前為止，俺遇到的傳感器等等設(shè)備也是沒用過哇。不過不管它!既然支持，那么有機(jī)會(huì)就要使用它!嘿嘿!

SPI主機(jī)-從機(jī)單工通信：

在參考手冊中有如下圖的一段話：

講述了SPI可以工作在單工模式下雨設(shè)備通信!和它的配置!那么說明時(shí)候用到這種配置的通信呢??不知道各位有木有用過74HC595，74HC573等等這些鎖存器呢或者是SPILCD/OLED呢?沒錯(cuò)!對于這些設(shè)備或者芯片，單片機(jī)沒有什么數(shù)據(jù)要從他們那里讀取的!只需要向他們寫數(shù)據(jù)就好!所以在這種情況下就需要單工SPI通信了!哈哈!

看下圖：

接口就如上了!嘿嘿!但是!但是一定要看下面的標(biāo)注1、2、3和Note啊，別傻乎乎的出問題了。

SPI主機(jī)-多從機(jī)通信：

看見上圖沒?知道NSS是干啥的了吧?SPI的多機(jī)通信就是這樣了!特別注意粉色框的NSS的接法和用法!很重要哦!其他的一切都是按照SPI標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議來通信的!就不多廢話了。嘿嘿!

OK!SPI的基本的協(xié)議!就是這樣了!哈哈!在參考手冊上還分別對CLK、NSS、RxFIFO/TxFIFO、DMA等等的用法!這個(gè)就自己去看了!基本的協(xié)議將清楚了!那就應(yīng)該做做實(shí)驗(yàn)，謝謝代碼了。嘿嘿!

還有一點(diǎn)解釋就是，為毛不講解寄存器呢??嘿嘿!我將反問道，為毛樣講寄存器呢?難道我會(huì)將的有手冊的好，有手冊的權(quán)威??這是不可能的!而且，學(xué)到了這一步，對怎么看寄存器資料介紹和操作寄存器應(yīng)該是沒問題了的!嘿嘿!

我剛好有64M的SPIFlash，嘿嘿!這個(gè)可不能浪費(fèi)嘍!哈哈!那咱就先玩Flash吧!用它來體驗(yàn)一下SPI通信!嘿嘿!

Flash型號：W25Q64 華邦公司的產(chǎn)品嘍!

Flash大小：64M Bit == 8M Byte，空間可是好大哦!有8M Byte

主控MCU：STM32F030R8T6

咱就通過MCU的硬件SPI資源與SPIFlash進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和讀取。

要干下面這么幾件事：

1.查閱W25Q64 數(shù)據(jù)手冊Datasheet，獲取其SPI的時(shí)鐘相位和極性。這可是通信的關(guān)鍵哦!

看見沒!SPIFlash支持兩種SPI標(biāo)準(zhǔn)通信模式，分別是

SPI0：CPOL=0,CPHA=0

SPI3：CPOL=1,CPHA=1

OK!想要的信息得到了!

2.選擇和配置MCU SPI資源，在這里咱就用SPI1了!如下圖：

有的選擇!這是好事啊!意味著有備胎哇!哈哈哈!那么我們到底該用哪一組呢?查看了一下Nucleo板卡的原理圖，得知PA5引腳是用來驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管LD2的，那就意味著如果咱選用第1組，那么LD2就沒得玩了!這樣就不好玩了!所以咋還是選擇第二組吧!嘿嘿!記住資源選擇的思路哦!!!一切都要考慮到!

咦!是不是感覺有哪里不對??第二組為毛沒有硬件NSS資源呢??這個(gè)咋玩啊??嘿嘿!其實(shí)那，在這里咱是和SPIFlash通信，那么就是以為著STM32F030是作為主機(jī)Master來使用的，所以，嘿嘿!NSS任意選擇一個(gè)GPIO口即可。哈哈!在這里咱根據(jù)Nucleo板卡的布局和考慮到功能的復(fù)用等等，選擇了GPIOA10口作為NSS了。

3.硬件連接，如下圖：

下面就該貼程序了!嘿嘿!

SPI的初始化配置：

解釋：

1.打開SPI1的時(shí)鐘嘍!不理解為毛是APB2的話，沒關(guān)系，兩種方法(1)看時(shí)鐘樹(2)查看stm32f10x_rcc.c文件!找到RCC_APB2Periph_SPI1即可!嘿嘿!

2.打開GPIO端口的復(fù)用功能，這個(gè)從函數(shù)源碼來講應(yīng)該是很好理解的!函數(shù)源碼參數(shù)說明如下：

問題就來了!你咋知道我們所用的資源對應(yīng)的到時(shí)是哪一個(gè)GPIO_AF_x?比日說SPI1從函數(shù)說明來說可能是GPIO_AF_0也可能是GPIO_AF_1，這個(gè)咋玩呢??還是一句話，在參考手冊或者數(shù)據(jù)手冊Datasheet上找，肯定能找到。沒錯(cuò)，就是在Datasheet上找到了!如下圖：

看見了沒??對應(yīng)的是AF0啊啊啊啊啊啊!所以就是GPIO_AF_0。嘿嘿!多么簡單的領(lǐng)悟哇!

3.就是硬件SPI的基本配置了，嘿嘿!不管他!反正，咱只要配置成：全雙工通信(主要參數(shù)宏的2Lines(兩線)是指兩根數(shù)據(jù)線)、數(shù)據(jù)長度8Bit、CPOL=1,CPHA=1(用模式3)、NSS由軟件控制、波特率預(yù)分頻值為4分頻(關(guān)于速率也要參看SPIFlash手冊，這樣才能正確通信)、指定數(shù)據(jù)傳輸從MSB位開始(這個(gè)一定要參看參考手冊)、指定CRC多項(xiàng)式計(jì)算因子為7(這個(gè)在參考手冊中也有詳細(xì)說明)、最后指定SPI為Master主模式。這樣就完成配置了!嘿嘿!

4.啟動(dòng)NSS為軟件管理模式，配置FIFO的接收閥值為事件生成的1/4，最后就使能SPI1控制器了。

哈哈!配置過程就這樣完了!

既然配置完成了!咱就發(fā)送和接收數(shù)據(jù)嘍!這才是最終的目標(biāo)嘛!哈哈!那就往下看嘍!

上面就是讀寫函數(shù)了!四句話解決!是不是很簡潔?嘿嘿!肯定是下班等待發(fā)送標(biāo)志空閑，然后再SPI_SendData8()發(fā)送數(shù)據(jù)啦!因?yàn)槭侨p工的嘛，所以每發(fā)送出去1bit數(shù)據(jù)，MCU也會(huì)接收到1bit的數(shù)據(jù)，只是這些事咱不用考慮，因?yàn)镸CU的SPI控制器已經(jīng)給咱們干了。哈哈!所以發(fā)送了之后，就要該讀取了!但是總得等待接收標(biāo)志位空閑吧!然后讀取就返回了!所以，對于SPI的通信，發(fā)送數(shù)據(jù)和讀取數(shù)據(jù)就是同一個(gè)函數(shù)實(shí)現(xiàn)嘍!但是，有一點(diǎn)要注意哦，SPI通信接收的數(shù)據(jù)是上一次的數(shù)據(jù)，啥意思呢??比如，咱發(fā)送一個(gè)命令(0x08)，spi_data = SPI_SendData8(SPI1,0x08);這是返回的spi_data不是命令0x08所返回的結(jié)果數(shù)據(jù)，所以想要獲取命令0x08的返回?cái)?shù)據(jù)，就要緊接著spi_data = SPI_SendData8(SPI1,0xff);這次才是命令0x08所返回的數(shù)據(jù)，這一點(diǎn)尤其要注意。

OK!既然配置好了!也可以發(fā)送和接收數(shù)據(jù)了!那SPI的講解也就完了!嘿嘿!至于其他部分的關(guān)于SPIFlash的代碼，這就沒什么好說的了!見我附的例程吧!具體的實(shí)現(xiàn)就要參考SPIFlash的datasheet了。

解釋：在這里雖然與SPIFlash通信，但是對SPIFlash的講解并不大!其實(shí)呢，對于SPIFlash的講解又是一大堆!而且我覺得沒必要!因?yàn)檫@與SPI通信無關(guān)了，而且SPIFlash的Datasheet將的非常權(quán)威了，我們只需要知道SPIFlash是存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器，我們用它的目的就是為了存儲(chǔ)數(shù)據(jù)或者存放Demo。這就夠 ，至于它的指令，等等每一種SPIFlash都是不盡相同的!沒法講。