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个人工作经验积累——SPI

STM32 SPI接口使用总结:
一. 标准SPI波形
SPI协议与IIC不同，SPI的时钟极性与采样跳变沿是可以灵活设置的，时钟极性有两中情况，空闲状态时候CLK为高电平或者低电平；采样跳变沿也有两种情况，第一个边沿采样和第二个边沿采样，组合起来SPI的波形一共有四种情况。

1.0下图是逻辑分析仪的SPI参数设置界面：
这里写图片描述
最上面4项是SPI四根数据线
第5项设置SPI数据的传输顺序，标准的是高位在前
第6项设置每次传输的位数，一般都是8位
第7项设置时钟的极性，这里先选择为空闲状态为低电压
第8项设置数据采样的边沿，这里先选择为第一个边沿采样
第9项设置CS引脚的有效电平，一般是低电平有效

1.1下图是上述参数对应的波形图：
这里写图片描述

2.0下图是逻辑分析仪的SPI参数设置界面：
具体的参数含义见1.0描述，这里不在重复解释
这里写图片描述

2.1下图是上述参数对应的波形图：
这里写图片描述

3.0下图是逻辑分析仪的SPI参数设置界面：
具体的参数含义见1.0描述，这里不在重复解释
这里写图片描述
3.1下图是上述参数对应的波形图：
这里写图片描述

4.0下图是逻辑分析仪的SPI参数设置界面：
具体的参数含义见1.0描述，这里不在重复解释
这里写图片描述
4.1下图是上述参数对应的波形图：
这里写图片描述

二. 模拟SPI
SPI代码如下：

// GPIOG_Pin_2  CS
static void Write_CS(uint8_t dat)
{
    if(dat== 0)
    {
        GPIOG->BRR = GPIO_Pin_2;
    }
    else
    {
        GPIOG->BSRR = GPIO_Pin_2;
    }
}

// GPIOG_Pin_3   MOSI
static void Write_MOSI(uint8_t dat)
{
    if(dat== 0)
    {
        GPIOG->BRR = GPIO_Pin_3;
    }
    else
    {
        GPIOG->BSRR = GPIO_Pin_3;
    }
}

// GPIOG_Pin_4    CLK
static void Write_CLK(uint8_t dat)
{
    if(dat== 0)
    {
        GPIOG->BRR = GPIO_Pin_4;
    }
    else
    {
        GPIOG->BSRR = GPIO_Pin_4;
    }
}

// GPIOG_Pin_5   MISO
static uint8_t Read_MISO(void)
{
    uint8_t re_data;
    re_data = GPIO_ReadInputDataBit(GPIOG,GPIO_Pin_5);
    return re_data;
}

// 初始化GPIO
void hw_MCP2515_GPIO_Init()
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
  RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOG, ENABLE);

  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode  = GPIO_Mode_Out_PP;
  GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin   = GPIO_Pin_2 | GPIO_Pin_3 | GPIO_Pin_4;
  GPIO_Init(GPIOG, &GPIO_InitStructure);

    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode  = GPIO_Mode_IPU;
  GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin   = GPIO_Pin_5;
  GPIO_Init(GPIOG, &GPIO_InitStructure);


}
/***********************************************
* 函数名  : SPI_ReadByte
* 描述    : 通过SPI读取一个字节数据
* 输入    : 无
* 输出    : 无
* 返回值  : rByte(读取到的一个字节数据)
* 说明    : 无
***************************************************/
unsigned char SPI_ReadByte(void)
{

    uint8_t i=0,rByte=0;

    Write_CLK(0);
    for(i=0;i<8;i++)
    {
        Write_CLK(1);
        rByte<<=1;
        rByte|=Read_MISO();
        Write_CLK(0);

    }
    return rByte;

}

/***************************************************************
* 函数名  : SPI_SendByte
* 描述    : SPI发送一个字节数据
* 输入    : dt:待发送的数据
* 输出    : 无
* 返回值  : 无
* 说明    : 无
*****************************************************/
void SPI_SendByte(unsigned char dt)
{

    uint8_t i=0;
    for(i=0;i<8;i++)
    {
        Write_CLK(0);
        if( (dt<<i ) & 0x80)
            Write_MOSI(1);
        else
            Write_MOSI(0);
        Write_CLK(1);
    }
    Write_CLK(0);
}

三. 硬件SPI
查阅STM32官方datasheet得到SPI最大速率为18Mhz，实测当设置为第二个时钟边沿采样时，速率可达18Mhz，与数据手册标称值一致，当设置为第一个时钟边沿采样时，最高速率只能达到9MHz，当配置为18MHz时输出数据不对！

硬件SPI配置代码如下:

// 初始化GPIO CS脚
void hw_MCP2515_GPIO_Init()
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
  RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOD, ENABLE);

  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode  = GPIO_Mode_Out_PP;
  GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin   = GPIO_Pin_8 ;  
  GPIO_Init(GPIOD, &GPIO_InitStructure);
  GPIO_SetBits(GPIOD,GPIO_Pin_8);

  SPI2_Init();
  SPI2_SetSpeed(SPI_BaudRatePrescaler_2);
}
void SPI2_SetSpeed(u8 SPI_BaudRatePrescaler)
{
    assert_param(IS_SPI_BAUDRATE_PRESCALER(SPI_BaudRatePrescaler));
    SPI2->CR1&=0XFFC7;
    SPI2->CR1|=SPI_BaudRatePrescaler;   //设置SPI2速度 
    SPI_Cmd(SPI2,ENABLE); 

} 
//以下是SPI模块的初始化代码，配置成主机模式，访问SD Card/W25Q64/NRF24L01                        
//SPI口初始化
//这里针是对SPI2的初始化
void SPI2_Init(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    SPI_InitTypeDef  SPI_InitStructure;

    RCC_APB2PeriphClockCmd( RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE );//PORTB时钟使能 
    RCC_APB1PeriphClockCmd( RCC_APB1Periph_SPI2,  ENABLE );//SPI2时钟使能   

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_13 | GPIO_Pin_14 | GPIO_Pin_15;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;  //PB13/14/15复用推挽输出 
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);//初始化GPIOB

    GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_13|GPIO_Pin_14|GPIO_Pin_15);  //PB13/14/15上拉

    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_Low;      //串行同步时钟的空闲状态为高电平
    SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_1Edge;    //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(SPI2, &SPI_InitStructure);  //根据SPI_InitStruct中指定的参数初始化外设SPIx寄存器

    SPI_Cmd(SPI2, ENABLE); //使能SPI外设

    SPI2_ReadWriteByte(0xff);//启动传输      
}  


//SPIx 读写一个字节
//TxData:要写入的字节
//返回值:读取到的字节
u8 SPI2_ReadWriteByte(u8 TxData)
{       
    u8 retry=0;                 
    while (SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI2, SPI_I2S_FLAG_TXE) == RESET) //检查指定的SPI标志位设置与否:发送缓存空标志位
        {
        retry++;
        if(retry>200)return 0;
        }             
    SPI_I2S_SendData(SPI2, TxData); //通过外设SPIx发送一个数据
    retry=0;

    while (SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI2, SPI_I2S_FLAG_RXNE) == RESET) //检查指定的SPI标志位设置与否:接受缓存非空标志位
        {
        retry++;
        if(retry>200)return 0;
        }                               
    return SPI_I2S_ReceiveData(SPI2); //返回通过SPIx最近接收的数据                     
}

STM32 硬件SPI时序设置为，第二个边沿采样时，最高速率可达18M，如果设置为第一个边沿采样，最高速度只能达到9M！

STM32 模拟SPI，受IO口翻转速率和程序执行速度的影响，最高只能达到1M左右！

四.STM32 IO口反转速度测试

逻辑分析仪实测，IO口电压反转速度约为12MHz
测试代码如下：

while(1)
            {

                    GPIOD->BRR = GPIO_Pin_8;
                    GPIOD->BSRR = GPIO_Pin_8;

                    GPIOD->BRR = GPIO_Pin_8;
                    GPIOD->BSRR = GPIO_Pin_8;

                    GPIOD->BRR = GPIO_Pin_8;
                    GPIOD->BSRR = GPIO_Pin_8;

                    GPIOD->BRR = GPIO_Pin_8;                
                    GPIOD->BSRR = GPIO_Pin_8;

                    GPIOD->BRR = GPIO_Pin_8;
                    GPIOD->BSRR = GPIO_Pin_8;

                    GPIOD->BRR = GPIO_Pin_8;
                    GPIOD->BSRR = GPIO_Pin_8;

                    GPIOD->BRR = GPIO_Pin_8;
                    GPIOD->BSRR = GPIO_Pin_8;

                    GPIOD->BRR = GPIO_Pin_8;
                    GPIOD->BSRR = GPIO_Pin_8;

                    Delay_ms(1);

        }

逻辑分析仪波形如下：
这里写图片描述

由上述波形可见，模拟SPI速率的主要制约因素在程序的执行速率上！

悦读

道可道，非常道；名可名，非常名。 无名，天地之始，有名，万物之母。 故常无欲，以观其妙，常有欲，以观其徼。 此两者，同出而异名，同谓之玄，玄之又玄，众妙之门。

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