1、spi基本介紹
SPI 是英語 Serial Peripheral interface 的縮寫，顧名思義就是串行外圍設備接口,是一種高速的，全雙工，同步的通信總線。
SPI 接口一般使用 4 條線通信：
MISO 主設備數據輸入，從設備數據輸出。
MOSI 主設備數據輸出，從設備數據輸入。
SCLK 時鐘信號，由主設備產生。
CS 從設備片選信號，由主設備控制。
SPI總線框架其實和I2C差不多，可以說都是總線設備+從設備，不同的是SPI設備的通信時序配置並不固定，也就是說控制特定設備的總線需要單獨配置；這裏我主要說一下怎麼配置spi及spi設備來實現操作相應的芯片（設備），spi協議的知識不在這裏加以贅述。
裸機實現spi設備的過程（以W25Q256爲例）
首先是spi設備初始化（w25q256）
初始化須包括：
| 初始化相應SPI |
|---|
| 初始化該spi設備的引腳 |
| 獲取spi設備信息 |
| 配置spi設備時鐘模式、地址模式 |
| 其它相關spi設備的操作函數（如id、讀寫） |
其中spi初始化包括：
| spi控制器配置 |
|---|
| 工作模式配置 |
| 單雙向模式配置 |
| 數據大小配置 |
| 空閒方式配置 |
| 數據採集方式配置 |
| NSS信號 |
| 定義波特率預分頻的值 |
| 數據開始位設置 |
| TI模式是否開啓 |
| CRC計算/校檢 |
| 最後記得使能啓動 |
然後就是spi的時鐘和速度的配置：
時鐘配置：相應spi控制器時鐘和spi控制器相關引腳時鐘
速度配置：一般爲fAPB1/分頻係數
這些配置完後就可以利用HAL_SPI_TransmitReceive來編寫spi讀寫函數了。
這裏我把正點原子的初始化代碼粘貼過來參考（放在文章結尾）。
RTT實現spi設備的過程（以W25Q256爲例）
RTT是如何實現和裸機一樣對spi設備初始化呢？
首先rtt裏有一個系統spi初始化函數：
int rt_hw_spi_init(void)
{
stm32_get_dma_info();
return rt_hw_spi_bus_init();
}
INIT_BOARD_EXPORT(rt_hw_spi_init);
這個rt_hw_spi_bus_init主要是實現總線註冊設備裏面包含以下函數：
result = rt_spi_bus_register(&spi_bus_obj[i].spi_bus, spi_config[i].bus_name, &stm_spi_ops);
在此之前需要用戶自己打開相應的spi控制器例如：
#ifdef BSP_USING_SPI1
SPI1_BUS_CONFIG,
#endif
#ifdef BSP_USING_SPI2
SPI2_BUS_CONFIG,
#endif
根據打開的相應控制器註冊，註冊完相應的spi控制器後，我們就可以把自己的spi設備掛載道相應的控制器上，所以我們使用spi設備時rtt還會自動生成一個將spi設備（W25Q256）註冊成塊設備的函數：
static int rt_hw_spi_flash_init(void)
{
__HAL_RCC_GPIOF_CLK_ENABLE();
rt_hw_spi_device_attach("spi5", "spi50", GPIOF, GPIO_PIN_6);
if (RT_NULL == rt_sfud_flash_probe("W25Q256", "spi50"))
{
return -RT_ERROR;
};
return RT_EOK;
}
INIT_COMPONENT_EXPORT(rt_hw_spi_flash_init);
這個函數包括rt_hw_spi_device_attach和rt_sfud_flash_probe兩個函數：
首先先看一下rt_hw_spi_device_attach這個函數,這個函數就和裸機上的初始化spi設備是差不多的，實現相應引腳初始化，掛載並初始化相應的spi總線，這樣就實現了spi設備的初始化；
當然rt_sfud_flash_probe這個函數就和我們想的一樣主要是實現spi的初始化，具體是怎麼實現的呢？
實現主要是用rt_spi_configure函數和stm32_spi_init函數，rt_spi_configure函數實現spi設備的字節、時鐘模式、時鐘頻配置，順藤摸瓜會發現使用rt_spi_configure會使用stm32_spi_init，而這個函數就是對spi初始化的函數，spi工作模式、收發模式、SPI發送接收字節長度、波特率分頻數以及TI模式CRC都是在這裏面配置的，這樣一來rtt就完全實現了一個spi設備的初始化，在 spi_dev.c 中可以看出，SPI設備的主要操作沒有主要使用 I/O 設備模型來操作；而是系統性的一步步初始化，分開而又聯繫，要指出的是具體rtt的spi數據傳輸的核心實現在 drv_spi.c 中的 spixfer() 函數，此函數調用Hal 庫的 ：
HAL_SPI_TransmitReceive_DMA / HAL_SPI_TransmitReceive
HAL_SPI_Transmit_DMA / HAL_SPI_Transmit
HAL_SPI_Receive_DMA / HAL_SPI_Receive
來傳輸函數實現數據傳輸。
實現spi數據的收發,數據傳輸的結構體是這樣的：
struct rt_spi_message
{
const void *send_buf; /** 發送緩衝區指針 */
void *recv_buf; /** 接收緩衝區指針 */
rt_size_t length; /** 發送 / 接收 數據字節數 */
struct rt_spi_message *next; /** 指向繼續發送的下一條消息的指針 */
unsigned cs_take : 1; /** 片選選中 */
unsigned cs_release : 1; /** 片選釋放 */
};
裸機配置代碼參考
1、spi設備初始化（w25q256）
void W25QXX_Init(void)
{
u8 temp;
GPIO_InitTypeDef GPIO_Initure;
__HAL_RCC_GPIOF_CLK_ENABLE(); //使能GPIOF時鐘
//PF6
GPIO_Initure.Pin=GPIO_PIN_6; //PF6
GPIO_Initure.Mode=GPIO_MODE_OUTPUT_PP; //推輓輸出
GPIO_Initure.Pull=GPIO_PULLUP; //上拉
GPIO_Initure.Speed=GPIO_SPEED_FAST; //快速
HAL_GPIO_Init(GPIOF,&GPIO_Initure); //初始化
W25QXX_CS=1; //SPI FLASH不選中
SPI5_Init(); //初始化SPI
SPI5_SetSpeed(SPI_BAUDRATEPRESCALER_2); //設置爲45M時鐘,高速模式
W25QXX_TYPE=W25QXX_ReadID(); //讀取FLASH ID.
if(W25QXX_TYPE==W25Q256) //SPI FLASH爲W25Q256
{
temp=W25QXX_ReadSR(3); //讀取狀態寄存器3，判斷地址模式
if((temp&0X01)==0) //如果不是4字節地址模式,則進入4字節地址模式
{
W25QXX_CS=0; //選中
SPI5_ReadWriteByte(W25X_Enable4ByteAddr);//發送進入4字節地址模式指令
W25QXX_CS=1; //取消片選
}
}
}
//讀取W25QXX的狀態寄存器，W25QXX一共有3個狀態寄存器
//狀態寄存器1：
//BIT7 6 5 4 3 2 1 0
//SPR RV TB BP2 BP1 BP0 WEL BUSY
//SPR:默認0,狀態寄存器保護位,配合WP使用
//TB,BP2,BP1,BP0:FLASH區域寫保護設置
//WEL:寫使能鎖定
//BUSY:忙標記位(1,忙;0,空閒)
//默認:0x00
//狀態寄存器2：
//BIT7 6 5 4 3 2 1 0
//SUS CMP LB3 LB2 LB1 (R) QE SRP1
//狀態寄存器3：
//BIT7 6 5 4 3 2 1 0
//HOLD/RST DRV1 DRV0 (R) (R) WPS ADP ADS
//regno:狀態寄存器號，範:1~3
//返回值:狀態寄存器值
u8 W25QXX_ReadSR(u8 regno)
{
u8 byte=0,command=0;
switch(regno)
{
case 1:
command=W25X_ReadStatusReg1; //讀狀態寄存器1指令
break;
case 2:
command=W25X_ReadStatusReg2; //讀狀態寄存器2指令
break;
case 3:
command=W25X_ReadStatusReg3; //讀狀態寄存器3指令
break;
default:
command=W25X_ReadStatusReg1;
break;
}
W25QXX_CS=0; //使能器件
SPI5_ReadWriteByte(command); //發送讀取狀態寄存器命令
byte=SPI5_ReadWriteByte(0Xff); //讀取一個字節
W25QXX_CS=1; //取消片選
return byte;
}
//寫W25QXX狀態寄存器
void W25QXX_Write_SR(u8 regno,u8 sr)
{
u8 command=0;
switch(regno)
{
case 1:
command=W25X_WriteStatusReg1; //寫狀態寄存器1指令
break;
case 2:
command=W25X_WriteStatusReg2; //寫狀態寄存器2指令
break;
case 3:
command=W25X_WriteStatusReg3; //寫狀態寄存器3指令
break;
default:
command=W25X_WriteStatusReg1;
break;
}
W25QXX_CS=0; //使能器件
SPI5_ReadWriteByte(command); //發送寫取狀態寄存器命令
SPI5_ReadWriteByte(sr); //寫入一個字節
W25QXX_CS=1; //取消片選
}
//W25QXX寫使能
//將WEL置位
void W25QXX_Write_Enable(void)
{
W25QXX_CS=0; //使能器件
SPI5_ReadWriteByte(W25X_WriteEnable); //發送寫使能
W25QXX_CS=1; //取消片選
}
//W25QXX寫禁止
//將WEL清零
void W25QXX_Write_Disable(void)
{
W25QXX_CS=0; //使能器件
SPI5_ReadWriteByte(W25X_WriteDisable); //發送寫禁止指令
W25QXX_CS=1; //取消片選
}
//讀取芯片ID
//返回值如下:
//0XEF13,表示芯片型號爲W25Q80
//0XEF14,表示芯片型號爲W25Q16
//0XEF15,表示芯片型號爲W25Q32
//0XEF16,表示芯片型號爲W25Q64
//0XEF17,表示芯片型號爲W25Q128
//0XEF18,表示芯片型號爲W25Q256
u16 W25QXX_ReadID(void)
{
u16 Temp = 0;
W25QXX_CS=0;
SPI5_ReadWriteByte(0x90);//發送讀取ID命令
SPI5_ReadWriteByte(0x00);
SPI5_ReadWriteByte(0x00);
SPI5_ReadWriteByte(0x00);
Temp|=SPI5_ReadWriteByte(0xFF)<<8;
Temp|=SPI5_ReadWriteByte(0xFF);
W25QXX_CS=1;
return Temp;
}
//讀取SPI FLASH
//在指定地址開始讀取指定長度的數據
//pBuffer:數據存儲區
//ReadAddr:開始讀取的地址(24bit)
//NumByteToRead:要讀取的字節數(最大65535)
void W25QXX_Read(u8* pBuffer,u32 ReadAddr,u16 NumByteToRead)
{
u16 i;
W25QXX_CS=0; //使能器件
SPI5_ReadWriteByte(W25X_ReadData); //發送讀取命令
if(W25QXX_TYPE==W25Q256) //如果是W25Q256的話地址爲4字節的，要發送最高8位
{
SPI5_ReadWriteByte((u8)((ReadAddr)>>24));
}
SPI5_ReadWriteByte((u8)((ReadAddr)>>16)); //發送24bit地址
SPI5_ReadWriteByte((u8)((ReadAddr)>>8));
SPI5_ReadWriteByte((u8)ReadAddr);
for(i=0;i<NumByteToRead;i++)
{
pBuffer[i]=SPI5_ReadWriteByte(0XFF); //循環讀數
}
W25QXX_CS=1;
}
//SPI在一頁(0~65535)內寫入少於256個字節的數據
//在指定地址開始寫入最大256字節的數據
//pBuffer:數據存儲區
//WriteAddr:開始寫入的地址(24bit)
//NumByteToWrite:要寫入的字節數(最大256),該數不應該超過該頁的剩餘字節數!!!
void W25QXX_Write_Page(u8* pBuffer,u32 WriteAddr,u16 NumByteToWrite)
{
u16 i;
W25QXX_Write_Enable(); //SET WEL
W25QXX_CS=0; //使能器件
SPI5_ReadWriteByte(W25X_PageProgram); //發送寫頁命令
if(W25QXX_TYPE==W25Q256) //如果是W25Q256的話地址爲4字節的，要發送最高8位
{
SPI5_ReadWriteByte((u8)((WriteAddr)>>24));
}
SPI5_ReadWriteByte((u8)((WriteAddr)>>16)); //發送24bit地址
SPI5_ReadWriteByte((u8)((WriteAddr)>>8));
SPI5_ReadWriteByte((u8)WriteAddr);
for(i=0;i<NumByteToWrite;i++)SPI5_ReadWriteByte(pBuffer[i]);//循環寫數
W25QXX_CS=1; //取消片選
W25QXX_Wait_Busy(); //等待寫入結束
}
//無檢驗寫SPI FLASH
//必須確保所寫的地址範圍內的數據全部爲0XFF,否則在非0XFF處寫入的數據將失敗!
//具有自動換頁功能
//在指定地址開始寫入指定長度的數據,但是要確保地址不越界!
//pBuffer:數據存儲區
//WriteAddr:開始寫入的地址(24bit)
//NumByteToWrite:要寫入的字節數(最大65535)
//CHECK OK
void W25QXX_Write_NoCheck(u8* pBuffer,u32 WriteAddr,u16 NumByteToWrite)
{
u16 pageremain;
pageremain=256-WriteAddr%256; //單頁剩餘的字節數
if(NumByteToWrite<=pageremain)pageremain=NumByteToWrite;//不大於256個字節
while(1)
{
W25QXX_Write_Page(pBuffer,WriteAddr,pageremain);
if(NumByteToWrite==pageremain)break;//寫入結束了
else //NumByteToWrite>pageremain
{
pBuffer+=pageremain;
WriteAddr+=pageremain;
NumByteToWrite-=pageremain; //減去已經寫入了的字節數
if(NumByteToWrite>256)pageremain=256; //一次可以寫入256個字節
else pageremain=NumByteToWrite; //不夠256個字節了
}
};
}
//寫SPI FLASH
//在指定地址開始寫入指定長度的數據
//該函數帶擦除操作!
//pBuffer:數據存儲區
//WriteAddr:開始寫入的地址(24bit)
//NumByteToWrite:要寫入的字節數(最大65535)
u8 W25QXX_BUFFER[4096];
void W25QXX_Write(u8* pBuffer,u32 WriteAddr,u16 NumByteToWrite)
{
u32 secpos;
u16 secoff;
u16 secremain;
u16 i;
u8 * W25QXX_BUF;
W25QXX_BUF=W25QXX_BUFFER;
secpos=WriteAddr/4096;//扇區地址
secoff=WriteAddr%4096;//在扇區內的偏移
secremain=4096-secoff;//扇區剩餘空間大小
//printf("ad:%X,nb:%X\r\n",WriteAddr,NumByteToWrite);//測試用
if(NumByteToWrite<=secremain)secremain=NumByteToWrite;//不大於4096個字節
while(1)
{
W25QXX_Read(W25QXX_BUF,secpos*4096,4096);//讀出整個扇區的內容
for(i=0;i<secremain;i++)//校驗數據
{
if(W25QXX_BUF[secoff+i]!=0XFF)break;//需要擦除
}
if(i<secremain)//需要擦除
{
W25QXX_Erase_Sector(secpos);//擦除這個扇區
for(i=0;i<secremain;i++) //複製
{
W25QXX_BUF[i+secoff]=pBuffer[i];
}
W25QXX_Write_NoCheck(W25QXX_BUF,secpos*4096,4096);//寫入整個扇區
}else W25QXX_Write_NoCheck(pBuffer,WriteAddr,secremain);//寫已經擦除了的,直接寫入扇區剩餘區間.
if(NumByteToWrite==secremain)break;//寫入結束了
else//寫入未結束
{
secpos++;//扇區地址增1
secoff=0;//偏移位置爲0
pBuffer+=secremain; //指針偏移
WriteAddr+=secremain;//寫地址偏移
NumByteToWrite-=secremain; //字節數遞減
if(NumByteToWrite>4096)secremain=4096; //下一個扇區還是寫不完
else secremain=NumByteToWrite; //下一個扇區可以寫完了
}
};
}
//擦除整個芯片
//等待時間超長...
void W25QXX_Erase_Chip(void)
{
W25QXX_Write_Enable(); //SET WEL
W25QXX_Wait_Busy();
W25QXX_CS=0; //使能器件
SPI5_ReadWriteByte(W25X_ChipErase); //發送片擦除命令
W25QXX_CS=1; //取消片選
W25QXX_Wait_Busy(); //等待芯片擦除結束
}
//擦除一個扇區
//Dst_Addr:扇區地址 根據實際容量設置
//擦除一個扇區的最少時間:150ms
void W25QXX_Erase_Sector(u32 Dst_Addr)
{
//監視falsh擦除情況,測試用
//printf("fe:%x\r\n",Dst_Addr);
Dst_Addr*=4096;
W25QXX_Write_Enable(); //SET WEL
W25QXX_Wait_Busy();
W25QXX_CS=0; //使能器件
SPI5_ReadWriteByte(W25X_SectorErase); //發送扇區擦除指令
if(W25QXX_TYPE==W25Q256) //如果是W25Q256的話地址爲4字節的，要發送最高8位
{
SPI5_ReadWriteByte((u8)((Dst_Addr)>>24));
}
SPI5_ReadWriteByte((u8)((Dst_Addr)>>16)); //發送24bit地址
SPI5_ReadWriteByte((u8)((Dst_Addr)>>8));
SPI5_ReadWriteByte((u8)Dst_Addr);
W25QXX_CS=1; //取消片選
W25QXX_Wait_Busy(); //等待擦除完成
}
//等待空閒
void W25QXX_Wait_Busy(void)
{
while((W25QXX_ReadSR(1)&0x01)==0x01); // 等待BUSY位清空
}
//進入掉電模式
void W25QXX_PowerDown(void)
{
W25QXX_CS=0; //使能器件
SPI5_ReadWriteByte(W25X_PowerDown); //發送掉電命令
W25QXX_CS=1; //取消片選
delay_us(3); //等待TPD
}
//喚醒
void W25QXX_WAKEUP(void)
{
W25QXX_CS=0; //使能器件
SPI5_ReadWriteByte(W25X_ReleasePowerDown); // send W25X_PowerDown command 0xAB
W25QXX_CS=1; //取消片選
delay_us(3); //等待TRES1
}
2、spi初始化以及時鐘初始化速度設置
void SPI5_Init(void)
{
SPI5_Handler.Instance=SPI5; //SP5
SPI5_Handler.Init.Mode=SPI_MODE_MASTER; //設置SPI工作模式，設置爲主模式
SPI5_Handler.Init.Direction=SPI_DIRECTION_2LINES; //設置SPI單向或者雙向的數據模式:SPI設置爲雙線模式
SPI5_Handler.Init.DataSize=SPI_DATASIZE_8BIT; //設置SPI的數據大小:SPI發送接收8位幀結構
SPI5_Handler.Init.CLKPolarity=SPI_POLARITY_HIGH; //串行同步時鐘的空閒狀態爲高電平
SPI5_Handler.Init.CLKPhase=SPI_PHASE_2EDGE; //串行同步時鐘的第二個跳變沿（上升或下降）數據被採樣
SPI5_Handler.Init.NSS=SPI_NSS_SOFT; //NSS信號由硬件（NSS管腳）還是軟件（使用SSI位）管理:內部NSS信號有SSI位控制
SPI5_Handler.Init.BaudRatePrescaler=SPI_BAUDRATEPRESCALER_256;//定義波特率預分頻的值:波特率預分頻值爲256
SPI5_Handler.Init.FirstBit=SPI_FIRSTBIT_MSB; //指定數據傳輸從MSB位還是LSB位開始:數據傳輸從MSB位開始
SPI5_Handler.Init.TIMode=SPI_TIMODE_DISABLE; //關閉TI模式
SPI5_Handler.Init.CRCCalculation=SPI_CRCCALCULATION_DISABLE;//關閉硬件CRC校驗
SPI5_Handler.Init.CRCPolynomial=7; //CRC值計算的多項式
HAL_SPI_Init(&SPI5_Handler);//初始化
__HAL_SPI_ENABLE(&SPI5_Handler); //使能SPI5
SPI5_ReadWriteByte(0Xff); //啓動傳輸
}
//SPI5底層驅動，時鐘使能，引腳配置
//此函數會被HAL_SPI_Init()調用
//hspi:SPI句柄
void HAL_SPI_MspInit(SPI_HandleTypeDef *hspi)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_Initure;
__HAL_RCC_GPIOF_CLK_ENABLE(); //使能GPIOF時鐘
__HAL_RCC_SPI5_CLK_ENABLE(); //使能SPI5時鐘
//PF7,8,9
GPIO_Initure.Pin=GPIO_PIN_7|GPIO_PIN_8|GPIO_PIN_9;
GPIO_Initure.Mode=GPIO_MODE_AF_PP; //複用推輓輸出
GPIO_Initure.Pull=GPIO_PULLUP; //上拉
GPIO_Initure.Speed=GPIO_SPEED_FAST; //快速
GPIO_Initure.Alternate=GPIO_AF5_SPI5; //複用爲SPI5
HAL_GPIO_Init(GPIOF,&GPIO_Initure);
}
//SPI速度設置函數
//SPI速度=fAPB1/分頻係數
//@ref SPI_BaudRate_Prescaler:SPI_BAUDRATEPRESCALER_2~SPI_BAUDRATEPRESCALER_2 256
//fAPB1時鐘一般爲45Mhz：
void SPI5_SetSpeed(u8 SPI_BaudRatePrescaler)
{
assert_param(IS_SPI_BAUDRATE_PRESCALER(SPI_BaudRatePrescaler));//判斷有效性
__HAL_SPI_DISABLE(&SPI5_Handler); //關閉SPI
SPI5_Handler.Instance->CR1&=0XFFC7; //位3-5清零，用來設置波特率
SPI5_Handler.Instance->CR1|=SPI_BaudRatePrescaler;//設置SPI速度
__HAL_SPI_ENABLE(&SPI5_Handler); //使能SPI
}
//SPI5 讀寫一個字節
//TxData:要寫入的字節
//返回值:讀取到的字節
u8 SPI5_ReadWriteByte(u8 TxData)
{
u8 Rxdata;
HAL_SPI_TransmitReceive(&SPI5_Handler,&TxData,&Rxdata,1, 1000);
return Rxdata; //返回收到的數據
}
實現完以上初始化就可以對spi設備進行操作了，如有不對的地方望點出及時改正。