STM32 SPI驱动开发：高速数据传输与外设控制的秘诀

# 1. STM32 SPI总线概述**

SPI（串行外设接口）总线是一种高速、全双工、同步串行通信协议，广泛用于STM32微控制器与外设之间的数据传输。

**SPI总线原理和特点**

* 主从模式：SPI总线采用主从模式，由一个主设备控制多个从设备。
* 数据传输：数据通过一条串行数据线（MOSI）从主设备传输到从设备，另一条串行数据线（MISO）从从设备传输到主设备。
* 时钟同步：一个专用的时钟线（SCK）由主设备提供，用于同步数据传输。
* 全双工通信：SPI总线支持全双工通信，允许主设备和从设备同时发送和接收数据。

# 2. STM32 SPI驱动开发基础

### 2.1 SPI驱动架构和配置

#### 2.1.1 SPI驱动框架

STM32 SPI驱动框架采用分层设计，主要包括以下模块：

- **硬件抽象层（HAL）**：提供对底层硬件寄存器的直接访问，屏蔽不同STM32系列之间的差异。
- **中间层（LL）**：在HAL和应用层之间提供一个中间层，简化SPI操作。
- **应用层**：定义SPI的应用接口，提供用户友好的函数。

#### 2.1.2 SPI寄存器配置

STM32 SPI寄存器主要包括以下内容：

- **CR1寄存器**：配置SPI模式、时钟分频、数据大小和NSS引脚模式。
- **CR2寄存器**：配置数据传输方向、DMA传输模式和中断使能。
- **SR寄存器**：反映SPI的状态，包括数据发送完成、接收完成和错误标志。
- **DR寄存器**：用于数据发送和接收。

### 2.2 SPI数据传输机制

#### 2.2.1 单工和双工模式

SPI支持单工和双工两种数据传输模式：

- **单工模式**：数据只能在一个方向上传输，即主设备发送数据到从设备，或从设备发送数据到主设备。
- **双工模式**：数据可以在两个方向同时传输，即主设备和从设备可以同时发送和接收数据。

#### 2.2.2 DMA数据传输

DMA（直接内存访问）技术可以将数据直接从内存传输到外设，从而提高数据传输效率。STM32 SPI支持DMA传输，需要配置DMA通道和SPI寄存器。

**代码块：**

/* 配置DMA通道 */
DMA_Channel_TypeDef *DMA_Channel;
DMA_Channel->CCR &= ~DMA_CCR_EN;  // 禁用DMA通道
DMA_Channel->CCR |= DMA_CCR_DIR;  // 设置传输方向为内存到外设
DMA_Channel->CCR |= DMA_CCR_MINC;  // 设置内存地址自增
DMA_Channel->CCR |= DMA_CCR_PSIZE_1;  // 设置数据大小为8位
DMA_Channel->CCR |= DMA_CCR_MSIZE_1;  // 设置外设地址自增

/* 配置SPI寄存器 */
SPI_TypeDef *SPI;
SPI->CR2 |= SPI_CR2_TXDMAEN;  // 启用DMA传输
SPI->CR2 |= SPI_CR2_RXDMAEN;  // 启用DMA接收

**逻辑分析：**

* 第1行：禁用DMA通道。
* 第2行：设置DMA传输方向为内存到外设。
* 第3行：设置内存地址自增。
* 第4行：设置数据大小为8位。
* 第5行：设置外设地址自增。
* 第7行：启用DMA传输。
* 第8行：启用DMA接收。

**参数说明：**

* `DMA_Channel`：DMA通道指针。
* `SPI`：SPI外设指针。
* `DMA_CCR_DIR`：DMA传输方向配置位。
* `DMA_CCR_MINC`：内存地址自增配置位。
* `DMA_CCR_PSIZE_1`：数据大小配置位（8位）。
* `DMA_CCR_MSIZE_1`：外设地址自增配置位。
* `SPI_CR2_TXDMAEN`：SPI DMA传输使能位。
* `SPI_CR2_RXDMAEN`：SPI DMA接收使能位。

# 3.1 SPI中断处理

#### 3.1.1 中断配置和管理

在STM32中，SPI中断通过NVIC（嵌套向量中断控制器）进行管理。要启用SPI中断，需要执行以下步骤：

1. **配置NVIC寄存器：**设置NVIC中对应的中断向量表项，指定中断优先级和使能中断。
2. **配置SPI中断寄存器：**设置SPI外设的IER（中断使能寄存器）和ICR（中断清除寄存器），使能特定的中断源。

#### 3.1.2 中断处理函数

SPI中断处理函数通常在中断服务程序（ISR）中实现。当发生中断时，ISR会被调用，执行中断处理逻辑。ISR通常包含以下步骤：

1. **读取中断状态寄存器：**确定触发中断的具体中断源。
2. **清除中断标志：**通过写入ICR寄存器来清除中断标志位，表示中断已处理。
3. **执行中断处理逻辑：**根据不同的中断源，执行相应的处理逻辑，例如数据传输、错误处理等。
4. **返回中断：**通过执行`return from interrupt`指令返回中断。

### 3.2 SPI多主从通信

#### 3.2.1 多主从通信原理

在多主从通信模式中，多个SPI设备可以连接到同一SPI总线上。其中一个设备作为主设备，负责控制数据传输，而其他设备作为从设备，响应主设备的请求。

#### 3.2.2 STM32多主从通信实现

STM32可以通过配置NSS（从设备选择）引脚来实现多主从通信。NSS引脚用于选择要通信的从设备。

**主设备实现：**

1. 配置NSS引脚为输出模式。
2. 在数据传输前，拉低NSS引脚，选择要通信的从设备。
3. 数据传输完成后，拉高NSS引脚，释放从设备。

**从设备实现：**

1. 配置NSS引脚为输入模式。
2. 监控NSS引脚的状态，当NSS引脚被拉低时，开始接收或发送数据。
3. 当NSS引脚被拉高时，停止数据传输。

**代码示例：**

// 主设备代码
void SPI_Master_Init() {
    // 配置NSS引脚为输出模式
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
    GPIO_InitStruct.Pin = NSS_PIN;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
    GPIO_Init(NSS_PORT, &GPIO_InitStruct);
}

void SPI_Master_SendData(uint8_t *data, uint16_t size) {
    // 拉低NSS引脚，选择从设备
    HAL_GPIO_WritePin(NSS_PORT, NSS_PIN, GPIO_PIN_RESET);

    // 发送数据
    HAL_SPI_Transmit(&h