SPI---读写串行FLASH

一、SPI简介

    SPI协议是由摩托罗拉公司提出的通讯协议(Serial Peripheral Interface)，即串行外围设备接口，是一种高速全双工的通信总线。它被广泛地使用在ADC、LCD等设备与MCU间，要求通讯速率较高的场合。

    STM32有3个SPI：SPI1、SPI2和SPI3。其中SPI1挂载在APB2总线上，最高通信速率可达42Mbit/s ；SPI2和SPI3挂载在APB1总线上，最高通信速率可达21Mbit/s。三个SPI除了通讯速率上有差异外，其它功能上没有任何差异。

    （1）物理层

        SCK：时钟信号线，用于通讯数据同步。它由通讯主机产生，决定了通讯的速率，不同的设备支持的最高时钟频率不一样，如STM32的SPI时钟频率最大为fpclk/2，两个设备之间通讯时，通讯速率受限于低速设备。

        MOSI：主设备输出/从设备输入引脚。主机的数据从这条信号线输出，从机由这条信号线读入主机发送的数据，即这条线上数据的方向为主机到从机。

        MISO：主设备输入/从设备输出引脚。主机从这条信号线读入数据，从机的数据由这条信号线输出到主机，即在这条线上数据的方向为从机到主机。

        SS：从设备选择信号线，常称为片选信号线，也称为NSS、CS。每个从设备都有独立的这一条SS信号线，本信号线独占主机的一个引脚，即有多少个从设备，就有多少条片选信号线。SPI协议使用SS信号线来寻址，当主机要选择从设备时，把该从设备的SS信号线设置为低电平，该从设备即被选中，即片选有效，接着主机开始与被选中的从设备进行SPI通讯。所以SPI通讯以SS线置低电平为开始信号，以SS线被拉高作为结束信号。

    （2）协议层

            SPI协议定义了通讯的起始和停止信号，数据有效性、时钟同步等环节。

            1》通讯基本过程

            标号1处，NSS信号线由高变低，是SPI通讯的起始信号。NSS是每个从机各自独占的信号线，当从机检在自己的NSS线检测到起始信号后，就知道自己被主机选中了，开始准备与主机通讯。

            在图中的标号6处，NSS信号由低变高，是SPI通讯的停止信号，表示本次通讯结束，从机的选中状态被取消。

            SPI使用MOSI及MISO信号线来传输数据，使用SCK信号线进行数据同步。MOSI及MISO数据线在SCK的每个时钟周期传输一位数据，且数据输入输出是同时进行的。

            触发：数据无效，进行高低电平的变化。

            采样：数据有效，数据保持稳定。

            2》CPOL/CPHA

            时钟极性CPOL是指SPI通讯设备处于空闲状态时，SCK信号线的电平信号(即SPI通讯开始前、 NSS线为高电平时SCK的状态)。CPOL=0时， SCK在空闲状态时为低电平，CPOL=1时，则相反。

            时钟相位CPHA是指数据的采样的时刻，当CPHA=0时，MOSI或MISO数据线上的信号将会在SCK时钟线的“奇数边沿”被采样。当CPHA=1时，数据线在SCK的“偶数边沿”采样。

            SCK信号线在空闲状态为低电平时，CPOL=0；空闲状态为高电平时，CPOL=1。

            CPHA=0，MOSI和MISO数据线的有效信号在SCK的奇数边沿保持不变，数据信号将在SCK奇数边沿时被采样，在非采样时刻，MOSI和MISO的有效信号才发生切换。

            CPHA=1，MOSI和MISO数据线的有效信号在SCK的偶数边沿保持不变，数据信号将在SCK偶数边沿时被采样，在非采样时刻，MOSI和MISO的有效信号才发生切换。

            3》通讯模式

            由CPOL及CPHA的不同状态，SPI分成了四种模式，主机与从机需要工作在相同的模式下才可以正常通讯，实际中采用较多的是“模式0”与“模式3”。

二、功能框图

三、通讯过程

    控制NSS信号线，产生起始信号(图中没有画出)；

    把要发送的数据写入到“数据寄存器DR”中，该数据会被存储到发送缓冲区；

    通讯开始，SCK时钟开始运行。MOSI把发送缓冲区中的数据一位一位地传输出去；MISO则把数据一位一位地存储进接收缓冲区中； 当发送完一帧数据的时候，“状态寄存器SR”中的“TXE标志位”会被置1，表示传输完一帧，发送缓冲区已空；类似地，当接收完一帧数据的时候，“RXNE标志位”会被置1，表示传输完一帧，接收缓冲区非空；

    等待到“TXE标志位”为1时，若还要继续发送数据，则再次往“数据寄存器DR”写入数据即可；等待到“RXNE标志位”为1时，通过读取“数据寄存器DR”可以获取接收缓冲区中的内容。

    假如使能了TXE或RXNE中断，TXE或RXNE置1时会产生SPI中断信号，进入同一个中断服务函数，到SPI中断服务程序后，可通过检查寄存器位来了解是哪一个事件，再分别进行处理。也可以使用DMA方式来收发“数据寄存器DR”中的数据。

    只有在发送数据时，才会产生SCK时钟，所以SPI在需要接收数据时，必须先发送一个任意的数据，FLASH会忽略接收的数据，并将指定的数据发送给MCU。

四、原理图