SPI模块功能框图
典型的SPI控制器由如波特率发生器、主控逻辑、收发缓冲、控制部分等几大部分组成。
通常SPI通过4个管脚与外部器件相连：
l MISO：主收从发管脚，仅由从设备控制；单向数据线；
l MOSI：主发从收管理，仅由主设备控制；单向数据线；
l SCK：串口时钟，由主设备控制，仅由主设备控制；用于时钟同步；
l NSS(SEL)：从设备选择管脚，对于主机，无用，可配置为GPIO口用于选择从机；仅由主设备控制；用于从机寻址；
从机仅控制MISO管脚，发数据到主机。
SPI通信协议
这里的通信协议，同UART，只规定了每一帧数据如何传输，并未对帧结构的组成做介绍。相对而言，IIC不仅指定了位传输协议，还指定了帧的格式。
CPOL和CPHA位组合成四种可能的时序关系。CPOL(时钟极性)位控制在没有数据传输时时钟的空闲状态电平，CPHA位控制数据采样的边沿。所有的采样均同步于SCK。
l CPOL = 0，SCK引脚在空闲状态 = 0；CPOL = 1，SCK引脚在空闲状态 = 1；
l CPHA = 1，接收器接收数据在SCK时钟的第二个边沿(CPOL
= 00时下降沿，CPOL = 1时上升沿)数据采样，第二个时钟边沿被锁存；CPHA = 0，接受器接收数据在SCK时钟的第一边沿(CPOL = 0时下降沿，CPOL = 1时上升沿)采样，数据在第二个时钟边沿被锁存。发送器总是在第二个时钟边沿输出数据。
l CPOL时钟极性和CPHA时钟相位的组合选择数据捕捉的时钟边沿。
特别注意，当总线上没有SCK时钟信号时，即使从机有数据要发送，从机也会等待SCK信号到来，并在SCK信号的指定边沿将信号输出。数据帧格式为：MSB/LSB在先，8/16/32位等，收发双发数据帧格式、时钟极性和相位的配置必须相同。对于每帧的具体内容，并不作解释。
SPI配置
SPI从模式
在从配置里，SCK引脚用于接收到从主设备来的串行时钟，时钟由主设备提供。
1． 配置步骤
l 定义数据帧格式为8位或16位；帧格式为MSB或LSB为第一位；
l 选择CPOL和CPHA位来定义数据传输和串行时钟之间的相位关系，从设备和主设备的CPOL和CPHA位必须配置成相同的方式。
l 设备为从模式，使能SPI。
此时，MOSI引脚是数据输入，MISO引脚是数据输出。
2． 数据发送过程
只有当从设备收到主设备传到的时钟信号时，才可始发送。在MOSI引脚上出现第一个数据位时，发送过程开始，第一个位被发送出去。余下的位(对于8位数据帧格式，还有7位；对于16位数据帧格式，还有15位)被装进移位寄存器。当发送缓冲器中的数据传输到移位寄存器时， TXE(发送缓冲为空)标志被设置，此时可以产生中断以通知应用程序；
3． 数据接收过程
当数据接收完成时：
移位寄存器中的数据传送到接收缓冲器，接收移位寄存寄存器中的RXNE（接收缓冲非空）标志被设置；此时，可能产生中断。SPI主模式
在主配置时，串行时钟在SCK脚产生。
1． 配置步骤
l 配置SCK波特率。波特率由主机控制；
l 配置CPOL和CPHA位，和定义8或16位数据帧、LSBFIRST位帧格式。
l 设置为主模式，使能SPI；
l 在这个配置中，MOSI脚是数据输出，而MISO脚是数据输入。
2． 数据发送过程
当一字节写进发送缓冲器时，发送过程开始。在发送第一个数据位时，数据字被并行地(通过内部总线)传入移位寄存器，而后串行地移出到MOSI脚上；MSB在先还是LSB在先，取决于SPI_CR1寄存器中的LSBFIRST位。数据从发送缓冲器传输到移位寄存器时TXE标志将被置位，同时可能产生中断。
3． 数据接收过程
对于接收器来说，当数据传输完成时：
移位寄存器里的数据传送到接收缓冲器，并且RXNE标志被置位；
特殊配置-单工通信
SPI通常以全双工的方式通信，但也能够以两种配置工作于单工方式：
l 1条时钟线和1条双向数据线
l 1条时钟线和1条数据线(双工模式下只读方式)
1． 1条时钟线和1条双向数据线
设置SPI_CR1寄存器中的BIDIMODE位而启用此模式。在这个模式中，SCK用作时钟，主模式中的MOSI或从模式中的MISO用作数据通信。传输的方向由配置寄存中的特殊位控制：当位是1的时候，数据线是输出，否则是输入。
2． 1条时钟和1条数据线(双工模式下只读方式)
为了释放一根I/O脚作为它用，可以通过设置禁止SPI输出功能，SPI将运行于只接收模式。 接收脚(主设备的MISO，或者从设备的MOSI)可以当作通用IO口使用。因此读数据寄存器时，读不到接收的值。
1.4.4 常见SPI控制器的状态标志
应用程序通过3个状态标志可以完全监控SPI总线的状态。
1． 忙(Busy)标志
此标志表明SPI通信层的状态。当它被设置时，表明SPI正忙于通信，并且/或者在发送缓冲器里有一个有效的数据字正在等待被发送。此标志的目的是说明在SPI总线上是否有正在进行的通信。以下情况时此标志将被置位：
l 数据被写进主设备的发送数据寄存器上。
l SCK时钟出现在从设备的时钟引脚上。
发送/接收一个字(字节)完成后，BUSY标志立即清除；此标志由硬件设置和清除。监视此标志可以避免写冲突错误。写此标志无效。仅当SPE位被设置时此标志才有意义。
2． 发送缓冲器空闲标志(TXE)
此标志被置位时表明发送缓冲器为空，因此下一个待发送的数据可以写进缓冲器里。当发送缓冲器有一个待发送的数据时，TXE标志被清除。当SPI被禁止时，此标志被清除。
3． 接收缓冲器非空(RXNE)
此标志为’1’时表明在接收缓冲器中包含有效的接收数据。读SPI数据寄存器可以清除此标志。
1.4.5 错误标志
1． 主模式错误(MODF)
主模式故障仅发生在：在片选引脚硬件模式管理下，主设备的NSS脚被拉低；或者在片选引脚软件模式管理下，SSI位被复位时；MODF位被自动置位。主模式故障对SPI设备有以下影响：
l MODF位被置位，如果设置了ERRIE位则产生SPI中断；
l SPE位被复位。这将停止一切输出，并且关闭SPI接口；
l MSTR位被复位，因此强迫此设备进入从模式。
下面的步骤用于清除MODF位：
l 当MODF位被置位时，执行一次对SPI_SR寄存器的读或写操作；
l 然后写SPI_CR1寄存器 。
在有多个MCU的系统中，为了避免出现多个从设备的冲突，必须先拉高该主设备的NSS脚，再对MODF位进行清零。在清零的过程中或者清零完成之后，SPE和MSTR位可以恢复到它们的原始状态。
出于安全的考虑，当MODF位被置位的情况下，硬件不允许设置SPE和MSTR位。
通常配置下，从设备的MODF位不能被置位。然而，在多主配置里，一个设备可以在设置了MODF位的情况下，处于从设备模式；此时，MODF位指示可能出现了多主冲突。中断程序可以执行一个复位或返回到默认状态来从错误状态中恢复。
2． 溢出错误
当主设备已经发送了数据字节，而从设备还没有清除前一个数据字节产生的RXNE时，即为溢出错误。当产生溢出错误时：
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