1.SPI简介
1.1 SPI的通信协议
SPI(Serial Peripheral Interface)，顾名思义就是串行外围设备接口，是一种串行同步通讯协议，由一个主设备和一个或多个从设备组成，主设备启动与一个从设备的同步通讯，从而完成数据的交换。
SPI规定了两个SPI设备之间通信必须由主设备(Master)来控制次设备(Slave)。一个Master设备可以通过提供Clock以及对Slave设备进行片选(Slave Select)来控制多个Slave设备，SPI协议还规定Slave设备的Clodck由Master设备通过SCK管教提供给Slave设备，Slave设备本身不能产生或控制Clock，没有Clock则Slave设备不能正常工作
1.2 基本工作原理概述
SPI接口一般由4根线组成，单向传输时3根线也可以。这四根线也是所有基于SPI的设备共有的，它们是SDI(数据输入)、SDO(数据输出)、SCLK(时钟)、CS(片选)。
- SDO-主设备数据输出，从设备数据输入；
- SDI-主设备数据输入，从设备数据输出；
- SCLK-时钟信号，由主设备产生
- CS-设备使能信号，由主设备控制
2.SPI特点
2.1.SPI控制方式
SPI采用主-从模式(Master-Slave)的控制方式。
SPI规定了两个SPI设备之间通信必须由主设备(Master)来控制次设备(Slave)。一个Master设备可以通过提供Clock以及对Slave设备进行片选(Slave Select)来控制多个Slave设备，SPI协议还规定Slave设备的Clock由Master设备通过SCK管教提供给Slave设备，Slave设备本身不能产生或控制Clock，没有Clock则Slave设备不能正常工作。
2.2.SPI传输方式
采用同步方式(Synchronous)传输数据
Master设备会根据将要交换的数据来产生相应的时钟脉冲(Clock Pulse)，时钟脉冲组成了时钟信号(Clock Signal)，时钟信号通过时钟极性(CPOL)和时钟相位(CPHA)控制着两个SPI设备间合适数据交换以及何时对接受到的数据进行采样，来保证数据在两个设备之间是同步传输的。
如上图所示，不论是主机还是从机，在发送数据的同时也接收到了数据。
2.3.SPI数据交换
SPI设备间通信的一个简单概述如下
SSPBUF-(Synchronous Serial Port Buffer)，泛指SPI设备里面的内部缓冲区，一般在物理上是以FIFO的形式，保存传输过程的临时数据
SSPSR-(Synchronous Serail Port Register)，泛指SPI设备里面的移位寄存器(Shift Regitser)，它的作用是根据设置好的数据位宽(bit-width)把数据移入或者移出SSPBUF
SPI设备间数据传输又被称为数据交换，是因为SPI协议规定一个SPI设备不能在数据通信过程中仅仅只充当一个"发送者或者"接收者(Receiver)"。在每一个Clock周期时间内，SPI都会发送并且同时接受一个bit大小的数据，相当于是这一个bit的数据被交换了，而不是单方面发送。
3.SPI相关代码
首先需要了解SPI的结构体SPI_InitTypeDef的定义 1
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12typedef struct
{
uint16_t SPI_Direction;
uint16_t SPI_Mode;
uint16_t SPI_DataSize;
uint16_t SPI_CPOL;
uint16_t SPI_CPHA;
uint16_t SPI_NSS;
uint16_t SPI_BaudRatePrescaler;
uint16_t SPI_FirstBit;
uint16_t SPI_CRCPolynomial;
}SPI_InitTypeDef;
- SPI_Direction是用来设置SPI的通信方式，可以选择为半双工，全双工以及串行发和串行收方式.
- SPI_Mode用来设置SPI的主从模式，主机模式为SPI_Mode_Master,从机模式为SPI_Mode_Slave
- SPI_DataSize 为8位还是16位帧格式选择项，SPI_DataSize_8b或者SPI_DataSize_16b
- SPI_CPOL 用来设置时钟极性。
- SPI_CPHA用来设置时钟相位，也就是选择在串行同步时钟的第几个跳变沿(上升或下降)数据被采样，可以设置为第一个或者第二个跳变沿采集，SPI_CPHA_1Edge或者SPI_CPHA_2Edge
- SPI_NSS 设置NSS信号由硬件(NSS管教)还是软件控制。
- SPI_BaudRatePrescaler是设置SPI波特率预分频值也就是决定SPI的时钟的参数，有8个可选值。
- SPI_FirstBit设置数据是MSB位在前还是LSB位在前。
- SPI_CRCPolynomial 是用来设置CRC校验多项式，提高通信可靠性，大于1即可。
在使用SPI之前，需要对SPI进行初始化： 1
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11SPI_InitTypeDef SPI_InitStructure;
SPI_InitStructure.SPI_Direction=SPI_Direction_2Lines_FullDuplex; // 双线双向全双工
SPI_InitStructure.SPI_Mode=SPI_Mode_Master; // 主机模式
SPI_InitStructure.SPI_DataSize=SPI_DataSize_8b; // SPI发送接收8位帧结构
SPI_InitStructure.SPI_CPOL=SPI_CPOL_High; // 串行同步时钟的空闲状态为高电平
SPI_InitStructure.SPI_CPHA=SPI_CPHA_2Edge; // 第二个跳变沿数据被采样
SPI_InitStructure.SPI_NSS=SPI_NSS_Soft; // NSS信号由软件控制
SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler=SPI_BaudRatePrescaler_256; //预分频256
SPI_InitStructure.SPI_FirstBit=SPI_FirstBit_MSB; // 数据传输从MSB位开始
SPI_InitStructure.SPI_CRCPolynomial=7; // CRC值为7
SPI_Init(SPI2,&SPI_InitStructure); // 根据指定的参数初始化外设SPIx寄存器
在初始化之后，接下来便是使能SPI通信，假设我们使能SPI2，具体的方法是：
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SPI_Cmd(SPI2,ENABLE); // 使能SPI外设
接下来便可以使用SPI传输数据，固件库提供的发送函数以及接收函数原型为：
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2void SPI_I2S_SendData(SPI_TypeDef* SPIx,uint16_t Data);
uint16_t SPI_I2S_ReceiveData(SPI_TypeDef* SPIx);
在SPI传输数据过程中，我们经常要判断数据是否传输完成，发送区是否为空等等状态，这是通过函数SPI_I2S_GetFlagStatus实现的：
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SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI2,SPI_I2S_FLAG_RXNE);
利用上述函数，可以封装一个读写的API，即SPIx_ReadWriteByte函数，函数原型为：
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17u8 SPIx_ReadWriteByte(u8 TxData)
{
u8 retry=0;
while(SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI2,SPI_I2S_FLAG_TXE)==RESNET)
{
retry++;
if(retry>200) return 0;
}
SPI_I2S_SendData(SPI2,TxData);
retry=0
while(SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI2,SPI_I2S_FLAG_TXE)==RESNET)
{
retry++;
if(retry>200) return 0;
}
return SPI_I2S_ReceiveData(SPI2); // 返回通过SPIx最近接收的数据
}
其作用是往SPIx发送缓冲区写入数据的同时可以读取SPIx接收缓冲区中的数据。
那么为什么可以如此实现呢，这需要我们对SPI的框架有所了解。
从框图可以看出SPI有两个缓冲区，一个用于写入(发送缓冲区)，一个用于读取(接收缓冲区)。对数据的寄存器执行写操作时，数据将写入发送缓冲区，从数据寄存器执行读取时，将返回接收缓冲区中的值。这样写并不会出现读到的数据等于发送的数据的情况。
参考资料：
[1] STM32 SPI详解