【STM32筆記】HAL庫中的SPI傳輸（可利用中斷或DMA進行連續傳輸）

SPI 是英語Serial Peripheral interface的縮寫，顧名思義就是串行外圍裝置接口。是Motorola(摩托羅拉)首先在其MC68HCXX系列處理器上定義的。

SPI，是一種高速的，全雙工，同步的通信總線，并且在晶片的管腳上隻占用四根線，節約了晶片的管腳，同時為PCB的布局上節省空間，提供友善，主要應用在 EEPROM，FLASH，實時時鐘，AD轉換器，還有數字信号處理器和數字信号解碼器之間。

SPI主從模式

SPI分為主、從兩種模式，一個SPI通訊系統需要包含一個（且隻能是一個）主裝置，一個或多個從裝置。提供時鐘的為主裝置（Master），接收時鐘的裝置為從裝置（Slave），SPI接口的讀寫操作，都是由主裝置發起。當存在多個從裝置時，通過各自的片選信号進行管理。

SPI是全雙工且SPI沒有定義速度限制，一般的實作通常能達到甚至超過10 Mbps

SPI信号線

SPI接口一般使用四條信号線通信：

SDI（資料輸入），SDO（資料輸出），SCK（時鐘），CS（片選）

MISO： 主裝置輸入/從裝置輸出引腳。該引腳在從模式下發送資料，在主模式下接收資料。

MOSI： 主裝置輸出/從裝置輸入引腳。該引腳在主模式下發送資料，在從模式下接收資料。

SCLK：串行時鐘信号，由主裝置産生。

CS/SS：從裝置片選信号，由主裝置控制。它的功能是用來作為“片選引腳”，也就是選擇指定的從裝置，讓主裝置可以單獨地與特定從裝置通訊，避免資料線上的沖突。

硬體上為4根線。

四線SPI可以同時發送和接收資料

另外，還有一種三線SPI，即SCLK、CS、DIO，通過DIO一條線實作MISO和MOSI的功能，三線SPI同時發送或接收

SPI協定可以一對多傳輸 拉低哪個CS就同哪個晶片通信

SPI工作模式

根據時鐘極性（CPOL）及相位（CPHA）不同，SPI有四種工作模式。

時鐘極性(CPOL)定義了時鐘空閑狀态電平：

CPOL=0為時鐘空閑時為低電平

CPOL=1為時鐘空閑時為高電平

時鐘相位(CPHA)定義資料的采集時間。

CPHA=0:在時鐘的第一個跳變沿（上升沿或下降沿）進行資料采樣。

CPHA=1:在時鐘的第二個跳變沿（上升沿或下降沿）進行資料采樣。

SPI通信的時序

傳輸一個位元組

如圖為傳輸一個24位的資料 在此期間片選SYNC一直為拉低的

SPI配置

這是一般情況的配置

SPI配置中設定資料長度為8bit,MSB先輸出分頻為64分頻，則波特率為125KBits/s。其他為預設設定。

Motorla格式，CPOL設定為Low,CPHA設定為第二個邊沿。不開啟CRC檢驗，NSS為軟體控制。

（CPOL=0，CPHA=1）

CRC根據裝置需求來

NSS片選這裡選擇的是軟體片選（GPIO設定為輸出，由GPIO控制拉高拉低） 之是以推薦這個配置 後面會詳細說明

CPOL和CPHA根據晶片來定

工作模式選擇全雙工

有主機模式全雙工/半雙工

從機模式全雙工/半雙工

隻接收主機模式/隻接收從機模式

隻發送主機模式

SPI函數

在stm32f1xx_hal_spi.h頭檔案中可以看到spi的操作函數。分别對應輪詢，中斷和DMA三種控制方式。

輪詢： 最基本的發送接收函數，就是正常的發送資料和接收資料（阻塞）

中斷： 在SPI發送或者接收完成的時候，會進入SPI回調函數，使用者可以編寫回調函數，實作設定功能（非阻塞）

DMA： DMA傳輸SPI資料（非阻塞）

利用SPI接口發送和接收資料主要調用以下兩個函數：

HAL_StatusTypeDef  HAL_SPI_Transmit(SPI_HandleTypeDef *hspi, uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout);//發送資料
HAL_StatusTypeDef  HAL_SPI_Receive(SPI_HandleTypeDef *hspi, uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout);//接收資料
           

SPI發送資料函數：

參數:

*hspi: 選擇SPI1/2，比如&hspi1，&hspi2

*pData ： 需要發送的資料，可以為數組

Size： 發送資料的位元組數，1 就是發送一個位元組資料

Timeout： 逾時時間，就是執行發送函數最長的時間，超過該時間自動退出發送函數

SPI接收資料函數：

參數:

*hspi: 選擇SPI1/2，比如&hspi1，&hspi2

*pData ： 接收發送過來的資料的數組

Size： 接收資料的位元組數，1 就是接收一個位元組資料

Timeout： 逾時時間，就是執行接收函數最長的時間，超過該時間自動退出接收函數

SPI接收回調函數：

當SPI上接收出現了 CommSize個位元組的資料後，中斷函數會調用SPI回調函數：

使用者可以重新定義回調函數，編寫預定功能即可，在接收完成之後便會進入回調函數

另外，最常用又最友善的是：

此函數可以同時發送和接收

比如發送2個位元組而後又接收3個位元組，則Size=5（實際上發送5個位元組，在發送2個位元組後，開始接收3個位元組）

若要發送2個位元組的同時接收2個位元組，則Size=2

若要發送2個位元組，但在發送1個位元組後接收一個位元組，則Size=2

在這裡 發送和接收同時進行，根據需求 Size填入的值為時序的總長度

SPI連續傳輸

在HAL庫中，SPI的傳輸是不連續的

若是選擇硬體NSS，則每次發送一個位元組後，NSS都會拉高

是以我們選擇軟體NSS，這樣就可以在完成傳輸後手動拉高

另外，若CPHA設定為1edge，則預設開啟NSSP，在每次傳輸1個位元組後，都會有一段空閑，設定為2或關閉NSSP則沒有

如圖：

若是用阻塞的方式進行傳輸，則每傳輸完兩個位元組後會有一個空閑，如圖：

為了使每兩個位元組傳輸中不間隔（連續傳輸）

則使用HAL_SPI_TransmitReceive_IT或HAL_SPI_TransmitReceive_DMA

同時在cubemx中開啟中斷或DMA（普通模式，開啟TX和RX）

（其實說白了 DMA也算中斷的一種 DMA不經過CPU傳輸 發送完成以後也會進入DMA中斷回調函數）

由于這兩個函數為非阻塞 固在使用時要加上阻塞判斷

HAL_SPI_TransmitReceive_IT(hspi,pData,buf,x+y);
while(hspi->State!=HAL_SPI_STATE_READY);
Set_SPI_CS(hspi,GPIO_PIN_SET);
           

若不加 軟體片選會變成這樣：

SPI函數包裝如下：

/*!
 * @brief       	對SPI裝置進行發送和讀取
 *
 * @param 	[in]	hspi: SPI_HandleTypeDef 變量位址
 *					[in]	pData: 需要發送的資料變量位址
 *					[in]	x: 發送資料個數
 *					[in]	y: 讀取資料個數，最大為4，若大于4，則傳回0
 *					[in]	us: 拉高CS後的延時時長
 *					[in]	sync_flag: 同步标志
 *								當sync_flag為true時，發送資料和讀取資料同時進行，片選始終拉低，接收的資料為發送x個資料以後接收的y個資料
 *								當sync_flag為false時，發送資料和讀取資料分别進行，片選分兩次拉低，接收的資料為第二次片選拉低時的資料
 *
 * @return				dat: SPI讀取資料傳回
 */
uint32_t SPI_Send_x_Read_y(SPI_HandleTypeDef *hspi, uint8_t *pData, uint8_t x,uint8_t y,uint8_t us,bool sync_flag)
{	
	Set_SPI_CS(hspi,GPIO_PIN_SET);
	
	uint8_t buf[x+y];
	memset(buf,0,sizeof(buf));
	uint32_t dat=0;
	
	if(y>4 || x+y==0)
	{
		return 0;
	}
	
	if(sync_flag)
	{
		Set_SPI_CS(hspi,GPIO_PIN_RESET);
		if(pData!=NULL)
		{
			HAL_SPI_TransmitReceive_IT(hspi,pData,buf,x+y);
			while(hspi->State!=HAL_SPI_STATE_READY);
			Set_SPI_CS(hspi,GPIO_PIN_SET);
			delay_us(us);
		}
		else
		{
			Set_SPI_CS(hspi,GPIO_PIN_SET);
			delay_us(us);
			return 0;
		}		
	}
	else
	{		
		if(pData!=NULL && x!=0)
		{
			Set_SPI_CS(hspi,GPIO_PIN_RESET);
			HAL_SPI_Transmit_IT(hspi,pData,x);
			while(hspi->State!=HAL_SPI_STATE_READY);
			Set_SPI_CS(hspi,GPIO_PIN_SET);
			delay_us(us);
		}
		Set_SPI_CS(hspi,GPIO_PIN_RESET);
		HAL_SPI_Receive_IT(hspi,buf,y);
		while(hspi->State!=HAL_SPI_STATE_READY);
		Set_SPI_CS(hspi,GPIO_PIN_SET);
		delay_us(us);
		x=0;
	}
	
	for(uint8_t i=0;i<y;i++)
	{
		dat|=buf[x+i]<<(8*(y-1-i));
	}
	
	Set_SPI_CS(hspi,GPIO_PIN_SET);
	
	return dat;
}
           

連續傳輸後的時序如圖：

軟體片選中的拉高延遲50us，是為了滿足有的裝置對片選拉高時長的要求 50us可以滿足大多數裝置了

另外，傳輸完成的拉高也可以放在IT和DMA的回調中去，但是回調也是非阻塞的，若是兩次資料間隔時間長，則可以這樣使用，這樣就可以壓縮CS的時間。但如果兩次資料間隔很短，就要按剛剛說的軟體片選拉高後給延時，如果用回調的話，延時部分會被壓縮，原本延時50us，可能隻能延時40us，是以盡量不用這個。

void HAL_SPI_TxRxCpltCallback(SPI_HandleTypeDef *hspi)
{  
	Set_SPI_CS(hspi,GPIO_PIN_SET);
	if (hspi == (&hspi2))
	{

	}	
}