SPI通訊

1.簡介

這裡介紹STM32通過SPI實現對外部SPIFlash的讀寫功能，其中，SPI作為主裝置，SPIFlash作為從裝置。為了驗證SPI Flash收到的資料是否是STM32通過SPI傳送給它的資料，我們將SPIFlash讀取的資料顯示在螢幕上（TFTLCD）。

1.1 SPI簡介

SPI就是序列外圍裝置介面，它是一種高速的，全雙工，同步的通訊匯流排，並且在晶片的管腳上只佔用四根線，這四根線的定義分別是：

 MISO：主裝置資料輸入，從裝置資料輸出；

 MOSI：主裝置資料輸出，從裝置資料輸入；

 SCLK：時鐘訊號，由主裝置產生；

 CS：從裝置片選訊號，由主裝置控制；

SPI為了和外設進行資料交換，根據外設工作要求，其輸出串行同步時鐘極性和相位可以進行配置，時鐘極性（CPOL）對傳輸協議沒有重大的影響。如果CPOL=0，串行同步時鐘的空閒狀態為低電平；如果CPOL=1，串行同步時鐘的空閒狀態為高電平。時鐘相位（CPHA）能夠配置用於選擇兩種不同的傳輸協議之一進行資料傳輸。如果CPHA=0，在串行同步時鐘的第一個跳變沿（上升或下降）資料被取樣；如果CPHA=1，在串行同步時鐘的第二個跳變沿（上升或下降）資料被取樣。SPI匯流排資料傳輸時序圖如下圖：

資料傳輸過程如下：SCK的第一個時鐘週期在時鐘的前沿取樣資料（上升沿，第一個時鐘沿鍾沿），在時鐘的後沿輸出資料（下降沿，第二個時鐘沿）。首先來看主器件，主器件的輸出口MOSI輸出的資料，在時鐘的前沿被從器件取樣，那主器件是在何時刻輸出資料的呢？資料的輸出時刻實際上在SCK訊號有效以前，比SCK的上升沿還要早半個時鐘週期。資料的輸出時刻與SSEL訊號沒有關係。再來看從器件，主器件的輸入口MISO同樣是在時鐘的前沿取樣從器件輸出的資料，那從器件又是在何時刻輸出資料的呢？ 從器件是在SSEL訊號有效後，立即輸出資料，儘管此時SCK訊號還沒有起效。

1.2 SPI Flash簡介

SPI Flash以W25Q64為例進行介紹，W25Q64將8M的容量分為128個塊（Block ），每個塊大小為64K位元組，每個塊又分為16個扇區（Sector），每個扇區4K個位元組。W25Q64 的最少擦除單位為一個扇區，也就是每次必須擦除4K個位元組。這樣我們需要給W25Q64 開闢一個至少4K的快取區。

SPI Flash的寫入資料基本過程是：先獲得首地址（WriteAddr）所在的扇區，並計算在扇區內的偏移，然後判斷要寫入的資料長度是否超過本扇區所剩下的長度，如果不超過，再先看看是否要擦除，如果不要，則直接寫入資料即可，如果要則讀出整個扇區，在偏移處開始寫入指定長度的資料，然後擦除這個扇區，再一次性寫入。當所需要寫入的資料長度超過一個扇區的長度的時候，我們先按照前面的步驟把扇區剩餘部分寫完，再在新扇區內執行同樣的操作，如此迴圈，直到寫入結束。

2. 硬體設計

我們利用STM32自帶的SPI和SPIFlash通訊，通訊過程中SPI是主裝置，SPIFlash是從裝置，硬體設計如下圖所示：

3. 軟體設計

3.1 SPI軟體設計

（1）使能SPI時鐘，且定義相關引腳的複用功能；

使能SPI時鐘，且配置SPI佔用的幾個GPIO引腳的功能為複用功能；SPI和STM32共用一個時鐘，可以對SPI頻率進行設定，SPI時鐘通過APB2進行分頻，分頻係數可以是2、4、8等，最低是256分頻。

（2）設定SPI工作引數

主要對SPI以下幾個工作引數進行設定：

設定SPI的通訊方式，可以是全雙工、半雙工等方式；

設定SPI的主從模式；

設定SPI傳輸方式：8位傳輸還是16位傳輸；

設定SPI的時鐘極性；

設定SPI的時鐘相位；

設定SPI的分頻係數；

設定SPI的CRC校驗多項式；

（3）使能SPI外設；

（4）SPI傳送接收資料；

（5）檢視SPI傳輸狀態；

3.2 SPI Flash軟體設計

（1）SPIFlash讀出資料；讀取資料過程：由於W25Q64 支援以任意地址（但是不能超過W25Q64的地址範圍）開始讀取資料，在傳送24 位地址之後，程式就可以開始迴圈讀資料了，其地址會自動增加的，不過要注意，不能讀的資料超過了W25Q64的地址範圍。

（2）SPIFlash寫入資料；寫入資料基本過程：先獲得首地址（WriteAddr）所在的扇區，並計算在扇區內的偏移，然後判斷要寫入的資料長度是否超過本扇區所剩下的長度，如果不超過，再先看看是否要擦除，如果不要，則直接寫入資料即可，如果要則讀出整個扇區，在偏移處開始寫入指定長度的資料，然後擦除這個扇區，再一次性寫入。當所需要寫入的資料長度超過一個扇區的長度的時候，我們先按照前面的步驟把扇區剩餘部分寫完，再在新扇區內執行同樣的操作，如此迴圈，直到寫入結束。