STMCU-管管
发布时间：2020-3-5 16:36
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SPI，全称为 SerialPeripheral Interface（串行外设接口），是一种用于短距离通信的同步串行通信接口，主要应用在嵌入式系统。 这是第二篇分享，《STM32学习笔记》之SPI通信常见问题分析。 % n* b4 s; E& T9 H/ B SPI的应用场合很广，显示模组、时钟芯片、存储芯片、温度传感器等众多器件都有使用SPI接口通信。这些器件通常作为从设备，STM32作为主设备来控制它们。 ) v! J+ R5 L9 F* g5 g+ i2 S% U STM32 SPI基础内容 1 F: o7 I( M8 S0 j! z4 d% j m 绝大部分STM32芯片都有多个SPI外设，它可与外部SPI器件进行半双工/全双工同步串行通信。 1. SPI特性 · 三条线全双工、双线单工同步传输 · 支持 8 位或 16 位传输帧格式选择 · 支持主模式或从模式操作 · 可编程的时钟极性和相位 · 支持 MSB 或 LSB 数据顺序 · 支持DMA收发数据 4 d4 S+ B7 k) F$ _& ` 更多特性请查阅《STM32参考手册》。 3 Z( H4 @/ j/ S4 a* K# K 2. 引脚描述 MISO：主输入/从输出数据； MOSI：主输出/从输入数据； SCK：时钟（主输出，从输入时钟）； NSS：从器件选择，可理解片选信号； 
3. SPI时序 ( C* U& [& v7 Y: E* V9 {0 M SPI的时序中有两个参数需要注意，那就是时钟相位和时钟极性。在STM32中，SPI时序由CPOL 和 CPHA 这两位来决定。 通过软件配置这两个参数，可分为四种时序关系，如下图： 
4. 数据帧格式 串行同行数据传输分为 MSB 和LSB，也就是最高有效位在前，还是最低有效位在前。（注：最左边的比特位即为最高有效位）。 比如传输一个字节：0x95（10010101）。 $ i q6 h. X b* N' ?7 Z2 w
如果按照MSB（高位在前），则发送顺序：1001 0101。 如果按照LSB（低位在前），则发送顺序反过来：1010 1001。 STM32 SPI参数配置 # ?9 [! V% O: G) ^- _% Y 通常STM32的SPI作为主机连接外部从机，要与从机建立正常通信，就必须与从机的参数匹配才行。 这里以【STM32作为SPI主机读写SPI Flash】为例，主要配置参数：双向全双工、主机模式、8位数据、MSB等。 # t1 B; v. z5 p/ f1 g, A 1.标准外设库配置 , U3 m% V2 f& x SPI_InitTypeDef SPI_InitStructure; SPI_InitStructure.SPI_Direction =SPI_Direction_2Lines_FullDuplex; //双向全双工 SPI_InitStructure.SPI_Mode =SPI_Mode_Master; //主机模式 SPI_InitStructure.SPI_DataSize = SPI_DataSize_8b; //8位数据 SPI_InitStructure.SPI_CPOL =SPI_CPOL_High; //时钟极性：空闲为高 SPI_InitStructure.SPI_CPHA =SPI_CPHA_2Edge; //时钟相位：第2个时钟沿捕获 SPI_InitStructure.SPI_NSS =SPI_NSS_Soft; //软件控制NSS信号 SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler =SPI_BaudRatePrescaler_4; //波特率预分频值为4 SPI_InitStructure.SPI_FirstBit =SPI_FirstBit_MSB; //数据传输从 MSB 位开始 SPI_InitStructure.SPI_CRCPolynomial = 7; SPI_Init(SPI1, &SPI_InitStructure); 7 |8 H- R! K0 m" M/ B 2. STM32CubeMX配置 
首先选择全双工主机模式，然后再逐步配置下面参数。这里的波特率时钟灰色不可配置，由你系统时钟和分频时钟决定。 这些配置参数比较容易理解（英文清晰明了），若不懂可针对性查阅参考手册。 . B2 c" {- P4 b( |! Q9 L) N STM32 SPI常见问题 虽说SPI相对比较简单，但在实际应用过程中还是会存在一些奇怪的问题，下面通过案例来分析SPI常见的一些问题。 8 V/ `7 A+ }7 o4 X+ p" ?! T: p 问题一：NSS片选问题 ( R1 p1 {2 I m' W9 u) p/ k8 ` 有工程师使用硬件NSS控制从机，以为NSS信号是自动控制，导致操作从设备失败。 5 e( S" F, ]0 X7 K% { 分析原因：STM32 SPI的NSS信号为片选信号，可“使能”为硬件控制（参看上面参数配置）。 但在应用中同样需要软件操作才能控制NSS信号（高低），比如： SPI_NSSInternalSoftwareConfig(SPI1,SPI_NSSInternalSoft_Set); 解决办法：按照通信时序，控制NSS信号高低（通常低有效）。 7 c! D% C) F- ~# H5 y 问题二：SPI引脚复用功能问题 STM32的SPI是一种复用功能，之前使用标准外设库的工程师容易遗漏复用功能的配置导致SPI不能使用。 % b6 Y& p, t& H2 [+ A 分析原因：SPI有些引脚对应的是特殊功能的引脚，比如：PB3（MISO）对应的是 JTDO，如果不配置则默认这个引脚的功能就是 JTDO的功能。 以前经常存在这种问题，但现在通过工具STM32CubeMX配置时自动配置了复用功能。 解决办法：参考官方提供在初始化代码中配置复用功能（同时，推荐使用HAL库）。 GPIO_PinAFConfig(GPIOA, GPIO_PinSource5,GPIO_AF_SPI1); GPIO_PinAFConfig(GPIOA, GPIO_PinSource6,GPIO_AF_SPI1); ; @. X- H3 w1 D% ~ 问题三：时钟速率过高问题 有工程师购买一个通信为SPI的模块，最高通信速率8MB/s，他使用10.5MB/s通信速率也能用，但偶尔会出现通信异常。 分析原因：一个芯片标称的最高速率其实是相对保守的值，在条件比较好的情况下超过了最高值也能用，但不能保证稳定性。 STM32 SPI的时钟频率由系统时钟和分频决定，有的工程师没有深入理解这些参数，发现能用就不管了。 如上章节中的21MB/s，如果修改系统时钟，其实这个值会发生相应变化 3 F b% P" @! Z% w$ |8 p( o6 v 解决办法：最简单的办法就是修改分频值。同时，如果环境恶劣，建议使用屏蔽线。（在保证整个产品系统实时性的同时，尽量降低通信速率） + H! ^2 K' ~. {8 e1 P, l O 问题四：时钟相位问题 ( U0 J* |# Z- A 有不少工程师在调试SPI时会遇到数据“移位”的问题，数据能收发为什么会出现这种问题呢？ % @7 o/ m6 w4 u 分析原因：SPI通信时钟由主机提供，本身上电时（主从）各自的信号就不稳定，如果从机时钟相位也不匹配，就会因为时钟引起数据移位，或者异常的情况。 - _3 o* s3 i2 Y3 H 解决办法：软件上匹配SPI主从设备的时钟相位，使用通信协议，CRC、 checksum校验等。 R, e2 o2 o7 |7 V+ ~! Y% b1 A2 i4 Y( C/ e, N) {3 i' A 5 C' |# v& l; q/ b- K% I |
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