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SPI总线通讯协议

🕗 发布于 2024-04-21 16:48 单片机  嵌入式硬件  嵌入式  通信协议  SPI  

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SPI

SPI:串行外围设备接口(Serial peripheral interface)，一种高速， 全双工、同步的通信总线。

SPI使用4条线通信：
MISO：主设备数据输入，从设备数据输出，从设备发送数据。
MOSI：主设备数据输出，从设备数据输入，主设备发送数据。
SCLK：时钟信号，由主设备产生，用于同步数据传输。
CS：从设备片选信号，由主设备控制，选择需要通信的从设备。
在这里插入图片描述
时钟频率：
Nor Flash W25Q128JV：133MHZ
EEPROM 25AA02E48L：10MHZ

外设的读操作和写操作是同步完成的。
主设备和从设备都有一个串行移位寄存器，主设备写入一个字节到串行寄存器来发起一次传输，串行移位寄存器通过MOSI信号线将字节传送给从机，从机也将自己的串行移位寄存器中的内容通过MISO信号线返回给主机。这样，两个移位寄存器中的内容就被交换。
在这里插入图片描述
若只进行写操作，主机需要忽略接收到的字节。
若只进行读操作，主机必须发送一个空字节来引发从机的传输。
有三种连接模式：单主单从模式、单主多从模式、菊花链模式。

SPI时钟的相位和极性的不同组合
一共有4种不同的触发传输方式
CPOL控制电平状态。为1时，空闲状态为高电平；为0时，空闲状态为低电平。
CPHA控制相位。
为1时，第二个边沿触发。CPOL为1时，上升沿触发；CPOL为0时，下降沿触发。
为0时，第一个边沿触发。CPOL为1时，下降沿触发；CPOL为0时，上升沿触发。
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QSPI

请添加图片描述
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CS下降沿是能后，一般等SCLK一个时钟周期，等待其时钟上升沿时。
1、发送命令状态，用来发送8-bit的命令码。用来确定使用单线、双线、四线模式。
2、发送24位地址，由于四线同时进行，因此缩短为6个时钟周期。
3、M0~M7 位的作用是配置 QSPI 的工作模式，包括数据传输方向、时钟参数、数据位宽和速率等。
4、Dummy 周期通常用于确保数据传输的稳定性和正确性，为了调整时序而插入的虚拟字节或周期。
5、发送或接收数据，四线制，一个周期能够接收4位数据，效率提升4倍。

下面以STM32F407和外部flash(W25Q128)SPI通信传输数据为例

SPI配置

//以下是SPI模块的初始化代码，配置成主机模式   
//SPI口初始化
//这里针是对SPI1的初始化
void SPI1_Init(void)
{ 
GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;
SPI_InitTypeDef  SPI_InitStructure;

RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOB, ENABLE);//使能GPIOB时钟
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_SPI1, ENABLE);//使能SPI1时钟

//GPIOFB3,4,5初始化设置
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_3|GPIO_Pin_4|GPIO_Pin_5;//PB3~5复用功能输出
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;//复用功能
GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;//推挽输出
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;//100MHz
GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;//上拉
GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);//初始化

GPIO_PinAFConfig(GPIOB,GPIO_PinSource3,GPIO_AF_SPI1); //PB3复用为 SPI1
GPIO_PinAFConfig(GPIOB,GPIO_PinSource4,GPIO_AF_SPI1); //PB4复用为 SPI1
GPIO_PinAFConfig(GPIOB,GPIO_PinSource5,GPIO_AF_SPI1); //PB5复用为 SPI1
 
//这里只针对SPI口初始化
RCC_APB2PeriphResetCmd(RCC_APB2Periph_SPI1,ENABLE);//复位SPI1
RCC_APB2PeriphResetCmd(RCC_APB2Periph_SPI1,DISABLE);//停止复位SPI1

SPI_InitStructure.SPI_Direction = SPI_Direction_2Lines_FullDuplex;  //设置SPI单向或者双向的数据模式:SPI设置为双线双向全双工
SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Master;//设置SPI工作模式:设置为主SPI
SPI_InitStructure.SPI_DataSize = SPI_DataSize_8b;//设置SPI的数据大小:SPI发送接收8位帧结构
SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_High;//串行同步时钟的空闲状态为高电平
SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_2Edge;//串行同步时钟的第二个跳变沿（上升或下降）数据被采样
SPI_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft;//NSS信号由硬件（NSS管脚）还是软件（使用SSI位）管理:内部NSS信号有SSI位控制
//SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_256;//定义波特率预分频的值:波特率预分频值为256
SPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB;//指定数据传输从MSB位还是LSB位开始:数据传输从MSB位开始
SPI_InitStructure.SPI_CRCPolynomial = 7;//CRC值计算的多项式
SPI_Init(SPI1, &SPI_InitStructure);  //根据SPI_InitStruct中指定的参数初始化外设SPIx寄存器

SPI_Cmd(SPI1, ENABLE); //使能SPI外设

SPI1_ReadWriteByte(0xff);//启动传输 
}

SPI读写一个字节

//SPI1 读写一个字节
//TxData:要写入的字节
//返回值:读取到的字节
u8 SPI1_ReadWriteByte(u8 TxData)
{  
while (SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, SPI_I2S_FLAG_TXE) == RESET){}//等待发送区空  
SPI_I2S_SendData(SPI1, TxData); //通过外设SPIx发送一个byte  数据

while (SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, SPI_I2S_FLAG_RXNE) == RESET){} //等待接收完一个byte  
return SPI_I2S_ReceiveData(SPI1); //返回通过SPIx最近接收的数据    
}

W25Q128初始化

//4Kbytes为一个Sector
//16个扇区为1个Block
//W25Q128
//容量为16M字节,共有256个Block,4096个Sector 
 
//初始化SPI FLASH的IO口
void W25QXX_Init(void)
{ 
 GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;

 RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOB, ENABLE);//使能GPIOB时钟
 RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOG, ENABLE);//使能GPIOG时钟

//GPIOB14
 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_14;//PB14  片选引脚
 GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT;//输出
 GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;//推挽输出
 GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;//100MHz
 GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;//上拉
 GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);//初始化

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_7;//PG7
 GPIO_Init(GPIOG, &GPIO_InitStructure);//初始化

GPIO_SetBits(GPIOG,GPIO_Pin_7);//PG7输出1,防止NRF干扰SPI FLASH的通信  SPI上还挂载着NRF 不止flash一个设备


W25QXX_CS=1;//SPI FLASH不选中
SPI1_Init();   //初始化SPI

//SPI1_SetSpeed(SPI_BaudRatePrescaler_4);//设置为21M时钟
//SPI1速度设置函数
//SPI速度=fAPB2/分频系数
//@ref SPI_BaudRate_Prescaler:SPI_BaudRatePrescaler_2~SPI_BaudRatePrescaler_256  
//fAPB2时钟一般为84Mhz：
//void SPI1_SetSpeed(u8 SPI_BaudRatePrescaler)
//{
//assert_param(IS_SPI_BAUDRATE_PRESCALER(SPI_BaudRatePrescaler_4));//判断有效性
SPI1->CR1&=0XFFC7;//位3-5清零，用来设置波特率
SPI1->CR1|=SPI_BaudRatePrescaler_4;//设置SPI1速度 
SPI_Cmd(SPI1,ENABLE); //使能SPI1
//} 
W25QXX_TYPE=W25QXX_ReadID();//读取FLASH ID.
}

读取SPI FLASH

//在指定地址开始读取指定长度的数据
//pBuffer:数据存储区
//ReadAddr:开始读取的地址(24bit)
//NumByteToRead:要读取的字节数(最大65535)
void W25QXX_Read(u8* pBuffer,u32 ReadAddr,u16 NumByteToRead)   
{ 
 u16 i;       
W25QXX_CS=0;                            //使能器件   
SPI1_ReadWriteByte(W25X_ReadData);         //发送读取命令  芯片手册有指令
SPI1_ReadWriteByte((u8)((ReadAddr)>>16));  // 第一次是高八位 发送24bit地址  16M字节编址的地址为24位即可
SPI1_ReadWriteByte((u8)((ReadAddr)>>8));   //u8强制类型转换后取中八位
SPI1_ReadWriteByte((u8)ReadAddr);   //低八位地址
for(i=0;i<NumByteToRead;i++)
{ 
pBuffer[i]=SPI1_ReadWriteByte(0XFF);   //循环读数  SPI发送0xFF 并接收外设的数据
  }
W25QXX_CS=1;            
}

写SPI FLASH

//在指定地址开始写入指定长度的数据
//该函数带擦除操作!
//pBuffer:数据存储区
//WriteAddr:开始写入的地址(24bit)
//NumByteToWrite:要写入的字节数(最大65535)   
u8 W25QXX_BUFFER[4096]; 
void W25QXX_Write(u8* pBuffer,u32 WriteAddr,u16 NumByteToWrite)   
{ 
u32 secpos;
u16 secoff;
u16 secremain;   
 u16 i;    
u8 * W25QXX_BUF;  
  W25QXX_BUF=W25QXX_BUFFER; 

 secpos=WriteAddr/4096;//扇区地址    找到是哪一个扇区 扇区数=256块*16个扇区
secoff=WriteAddr%4096;//在扇区内的偏移  每个扇区4096个地址 求余数找到偏移量
secremain=4096-secoff;//扇区剩余空间大小   
 //printf("ad:%X,nb:%X\r\n",WriteAddr,NumByteToWrite);//测试用

 if(NumByteToWrite<=secremain)secremain=NumByteToWrite;//若写入的字节数比扇区剩余空间小  则赋值
while(1) 
{
W25QXX_Read(W25QXX_BUF,secpos*4096,4096);//事先读出整个扇区的内容保存到W25QXX_BUF中
//编程即写数据，由于Flash的特性，只能从1编程0，所以写数据之前Flash里面的数据不是0xFF就必须先擦除，然后才能写数据。
//擦除即将Flash里面的数据恢复为0xFF的过程。
for(i=0;i<secremain;i++)//校验数据  在读出的扇区的数组(复制的那一份)W25QXX_BUF校验是否有数据
{
if(W25QXX_BUF[secoff+i]!=0XFF)break;//若数据不是默认0xFF(全为1)则证明有数据，需要擦除    
}
if(i<secremain)//需要擦除
{
W25QXX_Erase_Sector(secpos);//擦除这个扇区
for(i=0;i<secremain;i++)   //复制
{
W25QXX_BUF[i+secoff]=pBuffer[i];  
}
W25QXX_Write_NoCheck(W25QXX_BUF,secpos*4096,4096);//写入整个扇区  

}
//不需要擦除
else W25QXX_Write_NoCheck(pBuffer,WriteAddr,secremain);//写已经擦除了的,直接写入扇区剩余区间.    
if(NumByteToWrite==secremain)break;//写入结束了(跨扇区)
else//写入未结束
{
secpos++;//扇区地址增1
secoff=0;//偏移位置为0  

  pBuffer+=secremain;  //指针偏移
WriteAddr+=secremain;//写地址偏移   
   NumByteToWrite-=secremain;//字节数递减
if(NumByteToWrite>4096)secremain=4096;//下一个扇区还是写不完
else secremain=NumByteToWrite;//下一个扇区可以写完了
} 
} 
}

原文地址：https://blog.csdn.net/qq_45009309/article/details/137915640

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