【极海APM32替代笔记】HAL库中的SPI传输（可利用中断或DMA进行连续传输）

news2024/10/7 16:21:06

【极海APM32替代笔记】HAL库中的SPI传输（可利用中断或DMA进行连续传输）

SPI 是英语Serial Peripheral interface的缩写，顾名思义就是串行外围设备接口。是Motorola(摩托罗拉)首先在其MC68HCXX系列处理器上定义的。

SPI，是一种高速的，全双工，同步的通信总线，并且在芯片的管脚上只占用四根线，节约了芯片的管脚，同时为PCB的布局上节省空间，提供方便，主要应用在 EEPROM，FLASH，实时时钟，AD转换器，还有数字信号处理器和数字信号解码器之间。

SPI主从模式

SPI分为主、从两种模式，一个SPI通讯系统需要包含一个（且只能是一个）主设备，一个或多个从设备。提供时钟的为主设备（Master），接收时钟的设备为从设备（Slave），SPI接口的读写操作，都是由主设备发起。当存在多个从设备时，通过各自的片选信号进行管理。

SPI是全双工且SPI没有定义速度限制，一般的实现通常能达到甚至超过10 Mbps

SPI信号线

SPI接口一般使用四条信号线通信：
SDI（数据输入），SDO（数据输出），SCK（时钟），CS（片选）

MISO： 主设备输入/从设备输出引脚。该引脚在从模式下发送数据，在主模式下接收数据。
MOSI： 主设备输出/从设备输入引脚。该引脚在主模式下发送数据，在从模式下接收数据。
SCLK：串行时钟信号，由主设备产生。
CS/SS：从设备片选信号，由主设备控制。它的功能是用来作为“片选引脚”，也就是选择指定的从设备，让主设备可以单独地与特定从设备通讯，避免数据线上的冲突。
硬件上为4根线。

四线SPI可以同时发送和接收数据

另外，还有一种三线SPI，即SCLK、CS、DIO，通过DIO一条线实现MISO和MOSI的功能，三线SPI同时发送或接收

SPI协议可以一对多传输 拉低哪个CS就同哪个芯片通信
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

SPI工作模式

根据时钟极性（CPOL）及相位（CPHA）不同，SPI有四种工作模式。
时钟极性(CPOL)定义了时钟空闲状态电平：

CPOL=0为时钟空闲时为低电平
CPOL=1为时钟空闲时为高电平
时钟相位(CPHA)定义数据的采集时间。

CPHA=0:在时钟的第一个跳变沿（上升沿或下降沿）进行数据采样。
CPHA=1:在时钟的第二个跳变沿（上升沿或下降沿）进行数据采样。
在这里插入图片描述

SPI通信的时序

在这里插入图片描述
传输一个字节
在这里插入图片描述
如图为传输一个24位的数据 在此期间片选SYNC一直为拉低的

SPI配置

在这里插入图片描述
这是一般情况的配置
SPI配置中设置数据长度为8bit,MSB先输出分频为64分频，则波特率为125KBits/s。其他为默认设置。
Motorla格式，CPOL设置为Low,CPHA设置为第二个边沿。不开启CRC检验，NSS为软件控制。
（CPOL=0，CPHA=1）

CRC根据设备需求来
NSS片选这里选择的是软件片选（GPIO设置为输出，由GPIO控制拉高拉低） 之所以推荐这个配置 后面会详细说明
CPOL和CPHA根据芯片来定
工作模式选择全双工

有主机模式全双工/半双工
从机模式全双工/半双工
只接收主机模式/只接收从机模式
只发送主机模式

SPI函数

在stm32f1xx_hal_spi.h头文件中可以看到spi的操作函数。分别对应轮询，中断和DMA三种控制方式。
在这里插入图片描述
轮询： 最基本的发送接收函数，就是正常的发送数据和接收数据（阻塞）
中断： 在SPI发送或者接收完成的时候，会进入SPI回调函数，用户可以编写回调函数，实现设定功能（非阻塞）
DMA： DMA传输SPI数据（非阻塞）

利用SPI接口发送和接收数据主要调用以下两个函数：

HAL_StatusTypeDef  HAL_SPI_Transmit(SPI_HandleTypeDef *hspi, uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout);//发送数据
HAL_StatusTypeDef  HAL_SPI_Receive(SPI_HandleTypeDef *hspi, uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout);//接收数据

SPI发送数据函数：

HAL_SPI_Transmit(SPI_HandleTypeDef *hspi, uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout);//发送数据

参数:

*hspi: 选择SPI1/2，比如&hspi1，&hspi2
*pData ： 需要发送的数据，可以为数组
Size： 发送数据的字节数，1 就是发送一个字节数据
Timeout： 超时时间，就是执行发送函数最长的时间，超过该时间自动退出发送函数
SPI接收数据函数：

HAL_SPI_Receive(SPI_HandleTypeDef *hspi, uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout);//接收数据

参数:

*hspi: 选择SPI1/2，比如&hspi1，&hspi2
*pData ： 接收发送过来的数据的数组
Size： 接收数据的字节数，1 就是接收一个字节数据
Timeout： 超时时间，就是执行接收函数最长的时间，超过该时间自动退出接收函数
SPI接收回调函数：

HAL_SPI_TransmitReceive_IT(&hspi1, TXbuf,RXbuf,CommSize);

当SPI上接收出现了 CommSize个字节的数据后，中断函数会调用SPI回调函数：

HAL_SPI_TxRxCpltCallback(SPI_HandleTypeDef *hspi)

用户可以重新定义回调函数，编写预定功能即可，在接收完成之后便会进入回调函数

另外，最常用又最方便的是：

HAL_SPI_TransmitReceive(SPI_HandleTypeDef *hspi, uint8_t *pTxData, uint8_t *pRxData, uint16_t Size,uint32_t Timeout)

此函数可以同时发送和接收
比如发送2个字节而后又接收3个字节，则Size=5（实际上发送5个字节，在发送2个字节后，开始接收3个字节）
若要发送2个字节的同时接收2个字节，则Size=2
若要发送2个字节，但在发送1个字节后接收一个字节，则Size=2

在这里 发送和接收同时进行，根据需求 Size填入的值为时序的总长度

SPI连续传输

在HAL库中，SPI的传输是不连续的
若是选择硬件NSS，则每次发送一个字节后，NSS都会拉高
所以我们选择软件NSS，这样就可以在完成传输后手动拉高

另外，若CPHA设置为1edge，则默认开启NSSP，在每次传输1个字节后，都会有一段空闲，设置为2或关闭NSSP则没有
如图：
在这里插入图片描述
若是用阻塞的方式进行传输，则每传输完两个字节后会有一个空闲，如图：
在这里插入图片描述
为了使每两个字节传输中不间隔（连续传输）
则使用HAL_SPI_TransmitReceive_IT或HAL_SPI_TransmitReceive_DMA
同时在cubemx中开启中断或DMA（普通模式，开启TX和RX）
（其实说白了 DMA也算中断的一种 DMA不经过CPU传输 发送完成以后也会进入DMA中断回调函数）

由于这两个函数为非阻塞 固在使用时要加上阻塞判断

HAL_SPI_TransmitReceive_IT(hspi,pData,buf,x+y);
while(hspi->State!=HAL_SPI_STATE_READY);
Set_SPI_CS(hspi,GPIO_PIN_SET);

若不加 软件片选会变成这样：
在这里插入图片描述

SPI函数包装如下：

/*!
 * @brief       	对SPI设备进行发送和读取
 *
 * @param 	[in]	hspi: SPI_HandleTypeDef 变量地址
 *					[in]	pData: 需要发送的数据变量地址
 *					[in]	x: 发送数据个数
 *					[in]	y: 读取数据个数，最大为4，若大于4，则返回0
 *					[in]	us: 拉高CS后的延时时长
 *					[in]	sync_flag: 同步标志
 *								当sync_flag为true时，发送数据和读取数据同时进行，片选始终拉低，接收的数据为发送x个数据以后接收的y个数据
 *								当sync_flag为false时，发送数据和读取数据分别进行，片选分两次拉低，接收的数据为第二次片选拉低时的数据
 *
 * @return				dat: SPI读取数据返回
 */
uint32_t SPI_Send_x_Read_y(SPI_HandleTypeDef *hspi, uint8_t *pData, uint8_t x,uint8_t y,uint8_t us,bool sync_flag)
{	
	Set_SPI_CS(hspi,GPIO_PIN_SET);
	
	uint8_t buf[x+y];
	memset(buf,0,sizeof(buf));
	uint32_t dat=0;
	
	if(y>4 || x+y==0)
	{
		return 0;
	}
	
	if(sync_flag)
	{
		Set_SPI_CS(hspi,GPIO_PIN_RESET);
		if(pData!=NULL)
		{
			HAL_SPI_TransmitReceive_IT(hspi,pData,buf,x+y);
			while(hspi->State!=HAL_SPI_STATE_READY);
			Set_SPI_CS(hspi,GPIO_PIN_SET);
			delay_us(us);
		}
		else
		{
			Set_SPI_CS(hspi,GPIO_PIN_SET);
			delay_us(us);
			return 0;
		}		
	}
	else
	{		
		if(pData!=NULL && x!=0)
		{
			Set_SPI_CS(hspi,GPIO_PIN_RESET);
			HAL_SPI_Transmit_IT(hspi,pData,x);
			while(hspi->State!=HAL_SPI_STATE_READY);
			Set_SPI_CS(hspi,GPIO_PIN_SET);
			delay_us(us);
		}
		Set_SPI_CS(hspi,GPIO_PIN_RESET);
		HAL_SPI_Receive_IT(hspi,buf,y);
		while(hspi->State!=HAL_SPI_STATE_READY);
		Set_SPI_CS(hspi,GPIO_PIN_SET);
		delay_us(us);
		x=0;
	}
	
	for(uint8_t i=0;i<y;i++)
	{
		dat|=buf[x+i]<<(8*(y-1-i));
	}
	
	Set_SPI_CS(hspi,GPIO_PIN_SET);
	
	return dat;
}

连续传输后的时序如图：
在这里插入图片描述
软件片选中的拉高延迟50us，是为了满足有的设备对片选拉高时长的要求 50us可以满足大多数设备了

另外，传输完成的拉高也可以放在IT和DMA的回调中去，但是回调也是非阻塞的，若是两次数据间隔时间长，则可以这样使用，这样就可以压缩CS的时间。但如果两次数据间隔很短，就要按刚刚说的软件片选拉高后给延时，如果用回调的话，延时部分会被压缩，原本延时50us，可能只能延时40us，所以尽量不用这个。

void HAL_SPI_TxRxCpltCallback(SPI_HandleTypeDef *hspi)
{  
	Set_SPI_CS(hspi,GPIO_PIN_SET);
	if (hspi == (&hspi2))
	{

	}	
}

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