揭秘STM32 SPI总线通信：高速数据传输的秘密武器，提升系统性能

# 1. STM32 SPI总线概述

STM32微控制器系列广泛集成了串行外设接口（SPI）总线，用于与外部设备进行高速数据传输。SPI总线是一种同步串行通信协议，具有以下特点：

- **全双工通信：**允许同时发送和接收数据。
- **主从模式：**一个设备作为主设备，控制数据传输，而另一个设备作为从设备，响应主设备的请求。
- **高数据速率：**支持高达几十兆比特/秒的数据传输速率。

# 2. SPI总线通信原理

### 2.1 SPI总线架构和时序

SPI总线采用主从式通信架构，由一个主设备和一个或多个从设备组成。主设备负责控制总线，发起通信并提供时钟信号。从设备被动响应主设备的请求，接收和发送数据。

SPI总线时序由以下信号组成：

- **SCLK（时钟信号）：**由主设备提供，控制数据传输的速率和节奏。
- **MOSI（主输出从输入）：**主设备输出数据到从设备的输入引脚。
- **MISO（主输入从输出）：**从设备输出数据到主设备的输入引脚。
- **SS（从设备选择）：**由主设备拉低，选择要通信的从设备。

SPI总线时序图如下：

sequenceDiagram
participant 主设备 as 主
participant 从设备 as 从
主 -> 从: SS = 0
主 -> 从: SCLK
主 -> 从: MOSI
从 -> 主: MISO
主 -> 从: SCLK
主 -> 从: MOSI
从 -> 主: MISO
主 -> 从: SS = 1

### 2.2 SPI总线通信模式

SPI总线支持四种通信模式，由CPOL（时钟极性）和CPHA（时钟相位）两个参数决定。

| CPOL | CPHA | 模式 | 时序图 |
|---|---|---|---|
| 0 | 0 | 模式0 | SCLK低电平时数据采样 |
| 0 | 1 | 模式1 | SCLK高电平时数据采样 |
| 1 | 0 | 模式2 | SCLK低电平时数据采样，在时钟上升沿发送数据 |
| 1 | 1 | 模式3 | SCLK高电平时数据采样，在时钟下降沿发送数据 |

### 2.3 SPI总线数据传输格式

SPI总线数据传输格式由以下参数决定：

- **数据位宽：**传输的数据位数，通常为8位或16位。
- **数据格式：**数据传输的格式，可以是MSB优先或LSB优先。
- **时钟极性：**SCLK信号的极性，可以是低电平有效或高电平有效。
- **时钟相位：**SCLK信号的相位，可以是数据采样前沿或数据采样后沿。

不同设备可能支持不同的数据传输格式，在通信时需要匹配设备的设置。

# 3.1 SPI外设寄存器结构

STM32 SPI外设寄存器结构主要包括以下几个部分：

| 寄存器 | 描述 |
|---|---|
| CR1 | 控制寄存器 1，用于配置 SPI 总线模式、数据大小、极性和相位 |
| CR2 | 控制寄存器 2，用于配置 SPI 总线从机模式、NSS 引脚模式和中断使能 |
| SR | 状态寄存器，用于指示 SPI 总线的状态，例如数据传输完成、接收缓冲区满等 |
| DR | 数据寄存器，用于发送和接收数据 |
| CRCPR | CRC 多项式寄存器，用于配置 CRC 校验多项式 |
| RXCRCR | RX CRC 寄存器，用于存储接收到的 CRC 校验值 |
| TXCRCR | TX CRC 寄存器，用于存储发送的 CRC 校验值 |

### CR1 寄存器

CR1 寄存器用于配置 SPI 总线模式、数据大小、极性和相位。其位域定义如下：

| 位域 | 名称 | 描述 |
|---|---|---|
| BR | 波特率预分频器 | 用于配置 SPI 总线波特率 |
| MSTR | 主模式 | 配置 SPI 总线为主机或从机模式 |
| CPOL | 时钟极性 | 配置 SPI 总线时钟极性 |
| CPHA | 时钟相位 | 配置 SPI 总线时钟相位 |
| DFF | 数据帧格式 | 配置 SPI 总线数据帧格式 |
| LSBFIRST | 最低有效位优先 | 配置 SPI 总线数据传输顺序 |
| SSI | 内部时钟模式 | 配置 SPI 总线使用内部时钟或外部时钟 |
| SPE | SPI 总线使能 | 使能或禁用 SPI 总线 |