SPI，全稱為 Serial Peripheral Interface（串行外設接口），是一種用於短距離通信的同步串行通信接口，主要應用在嵌入式系統。
這是第二篇分享，《STM32學習筆記》之SPI通信常見問題分析。
SPI的應用場合很廣，顯示模組、時鐘芯片、存儲芯片、溫度傳感器等眾多器件都有使用SPI接口通信。這些器件通常作為從設備，STM32作為主設備來控制它們。
STM32 SPI基礎內容
絕大部分STM32芯片都有多個SPI外設，它可與外部SPI器件進行半雙工/全雙工同步串行通信。
1. SPI特性
- 三條線全雙工、雙線單工同步傳輸
- 支持 8 位或 16 位傳輸幀格式選擇
- 支持主模式或從模式操作
- 可編程的時鐘極性和相位
- 支持 MSB 或 LSB 數據順序
- 支持DMA收發數據
更多特性請查閱《STM32參考手冊》。
2. 引腳描述
MISO：主輸入/從輸出數據；
MOSI：主輸出/從輸入數據；
SCK：時鐘（主輸出，從輸入時鐘）；
NSS：從器件選擇，可理解片選信號；
3. SPI時序
SPI的時序中有兩個參數需要注意，那就是時鐘相位和時鐘極性。在STM32中，SPI時序由CPOL 和 CPHA 這兩位來決定。
通過軟件配置這兩個參數，可分為四種時序關係，如下圖：
4. 數據幀格式
串行同行數據傳輸分為 MSB 和 LSB，也就是最高有效位在前，還是最低有效位在前。（注：最左邊的比特位即為最高有效位）。
比如傳輸一個字節：0x95（1001 0101）。
如果按照MSB（高位在前），則發送順序：1001 0101。
如果按照LSB（低位在前），則發送順序反過來：1010 1001。
STM32 SPI參數配置
通常STM32的SPI作為主機連接外部從機，要與從機建立正常通信，就必須與從機的參數匹配才行。
這裡以【STM32作為SPI主機讀寫SPI Flash】為例，主要配置參數：雙向全雙工、主機模式、8位數據、MSB等。
1. 標準外設庫配置
<code>SPI_InitTypeDef SPI_InitStructure;
SPI_InitStructure.SPI_Direction = SPI_Direction_2Lines_FullDuplex; //雙向全雙工
SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Master; //主機模式
SPI_InitStructure.SPI_DataSize = SPI_DataSize_8b; //8位數據
SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_High; //時鐘極性：空閒為高
SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_2Edge; //時鐘相位：第2個時鐘沿捕獲
SPI_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft; //軟件控制NSS信號
SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_4; //波特率預分頻值為4
SPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB; //數據傳輸從 MSB 位開始
SPI_InitStructure.SPI_CRCPolynomial = 7;
SPI_Init(SPI1, &SPI_InitStructure);/<code>
2. STM32CubeMX配置
首先選擇全雙工主機模式，然後再逐步配置下面參數。這裡的波特率時鐘灰色不可配置，由你係統時鐘和分頻時鐘決定。
這些配置參數比較容易理解（英文清晰明瞭），若不懂可針對性查閱參考手冊。
STM32 SPI常見問題
雖說SPI相對比較簡單，但在實際應用過程中還是會存在一些奇怪的問題，下面通過案例來分析SPI常見的一些問題。
問題一：NSS片選問題
有工程師使用硬件NSS控制從機，以為NSS信號是自動控制，導致操作從設備失敗。
分析原因：STM32 SPI的NSS信號為片選信號，可“使能”為硬件控制（參看上面參數配置）。
但在應用中同樣需要軟件操作才能控制NSS信號（高低），比如：
<code>SPI_NSSInternalSoftwareConfig(SPI1, SPI_NSSInternalSoft_Set);/<code>
解決辦法：按照通信時序，控制NSS信號高低（通常低有效）。
問題二：SPI引腳複用功能問題
STM32的SPI是一種複用功能，之前使用標準外設庫的工程師容易遺漏複用功能的配置導致SPI不能使用。
分析原因：SPI有些引腳對應的是特殊功能的引腳，比如：PB3（MISO）對應的是 JTDO，如果不配置則默認這個引腳的功能就是 JTDO的功能。
以前經常存在這種問題，但現在通過工具STM32CubeMX配置時自動配置了複用功能。
解決辦法：參考官方提供在初始化代碼中配置複用功能（同時，推薦使用HAL庫）。
<code>GPIO_PinAFConfig(GPIOA, GPIO_PinSource5, GPIO_AF_SPI1);
GPIO_PinAFConfig(GPIOA, GPIO_PinSource6, GPIO_AF_SPI1);/<code>
問題三：時鐘速率過高問題
有工程師購買一個通信為SPI的模塊，最高通信速率8MB/s，他使用10.5MB/s通信速率也能用，但偶爾會出現通信異常。
分析原因：一個芯片標稱的最高速率其實是相對保守的值，在條件比較好的情況下超過了最高值也能用，但不能保證穩定性。
STM32 SPI的時鐘頻率由系統時鐘和分頻決定，有的工程師沒有深入理解這些參數，發現能用就不管了。
如上章節中的21MB/s，如果修改系統時鐘，其實這個值會發生相應變化
解決辦法：最簡單的辦法就是修改分頻值。同時，如果環境惡劣，建議使用屏蔽線。（在保證整個產品系統實時性的同時，儘量降低通信速率）
問題四：時鐘相位問題
有不少工程師在調試SPI時會遇到數據“移位”的問題，數據能收發為什麼會出現這種問題呢？
分析原因：SPI通信時鐘由主機提供，本身上電時（主從）各自的信號就不穩定，如果從機時鐘相位也不匹配，就會因為時鐘引起數據移位，或者異常的情況。
解決辦法：軟件上匹配SPI主從設備的時鐘相位，使用通信協議，CRC、 checksum校驗等。
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