简介

SPI是串行外设接口（Serial Peripheral Interface）的缩写，是一种高速的，全双工，同步的通信总线。
SPI总共需要4根线来实现通信，NSS：片选线，用于选择需要通信的从机；CLK：同步时钟线，用于提供同步时钟信号；MISO：主机读从机写线；MOSI：主机写从机读线。
GD32F103系列的SPI最高速度为18MHz。

片选线

SPI的片选逻辑要比I2C的简单得多，通常一个SPI外设会有多条片选线，如下图。

所以我们想要与哪个从机进行通信，那么只需要拉低对应从机的片选线即可，无需像I2C那样要通过传送从机地址来片选对应的从机。

不过GD32的SPI外设好像只有一条片选线，目前我还没有见过有多条片选线的SPI外设，可能高级一点的型号会有吧

时序

因为SPI为同步通信协议，因此通信要配合同步时钟信号，时序如下图。

值得注意的是时钟线有4种不同的时序，通过CKPH和CKPL两个配置位进行配置，CKPH配置的是第一或第二个时钟边沿为有效采样边沿，CKPL配置的是空闲状态时时钟线的电平。

运行模式

SPI外设有好几种运行模式，分别有——全双工主机模式、单向线连接主机发送模式、单向线连接主机接收模式、双向线连接主机发送模式、双向线连接主机接收模式、全双工从机模式、单向线连接从机发送模式、单向线连接从机接收模式、双向线连接从机发送模式、双向线连接从机接收模式。
其实简单点说就是，虽然SPI是一个全双工的通信协议，但通过配置可以使它工作在全双工、半双工和单工的状态，配置十分灵活。
全双工的接线示意图

半双工接线示意图

单工接线示意图

基本发送和技术流程

主机发送

简要流程：

配置SPI外设的时序，使能SPI外设
拉低对应从机NSS线电平
软件写一个数据到发送缓冲区
数据帧从数据缓冲区加载到移位寄存器中，开始发送加载的数据
数据帧的第一位发送之后，TBE位置1
如果有更多数据则重复第3-5步
等待TRANS置0，关闭时钟信号输出，释放片选线，数据传输结束

说明：
TBE全称Transmit Buffer Empty，“发送缓冲区空”标志位。
TRANS，“通信进行中”标志位。

主机接收

简要流程：

配置SPI外设的时序，使能SPI外设
拉低对应从机NSS线电平
输出SCK时钟信号
接收到的数据将从移位寄存器存入到接收缓冲区，且RBNE位置1
软件读取接收缓冲区，RBNE位置0
如果有更多数据则重复第4-5步
等待TRANS置0，关闭时钟信号输出，释放片选线，数据传输结束

说明：
RBNE全称Read Buffer Not Empty，"接收缓冲区非空"标志位。

从机发送

简要流程：

配置SPI外设的时序，使能SPI外设
软件写第一个数据到发送缓冲区
等待NSS线电平为低，SCK线开始翻转
数据帧从数据缓冲区加载到移位寄存器中，开始发送加载的数据
数据帧的第一位发送之后，TBE位置1
如果有更多数据，在每一次TBE置1时都可将数据写入发送缓冲区
等待TRANS置0，数据传输结束

从机接收

简要流程：

配置SPI外设的时序，使能SPI外设
等待NSS线电平为低，SCK线开始翻转
接收到的数据将从移位寄存器存入到接收缓冲区，且RBNE位置1
软件读取接收缓冲区，RBNE位置0
如果有更多数据则重复第4-5步
等待TRANS置0，数据传输结束

例程

STM32F103C8T6有两个SPI外设，对应管脚映射如下：

外设	NSS	SCK	MISO	MOSI
SPI0	PA4	PA5	PA6	PA7
SPI1	PB12	PB13	PB14	PB15

主机和从机全双工通信

现象：主机从机每2秒同时发送一组数据，同时接收一组数据

spi.c文件

#include "spi.h"void SPI_MasterInit(void)
{/* 初始化GPIO */rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOA);/* SPI0 GPIO: NSS/PA4, SCK/PA5, MISO/PA6, MOSI/PA7 */gpio_init(GPIOA, GPIO_MODE_AF_PP, GPIO_OSPEED_50MHZ, GPIO_PIN_4 | GPIO_PIN_5 | GPIO_PIN_7);gpio_init(GPIOA, GPIO_MODE_IN_FLOATING, GPIO_OSPEED_50MHZ, GPIO_PIN_6);/* 初始化SPI */rcu_periph_clock_enable(RCU_SPI0);spi_parameter_struct spi_init_struct = {0};spi_struct_para_init(&spi_init_struct);spi_init_struct.trans_mode           = SPI_TRANSMODE_FULLDUPLEX;  // 全双工模式spi_init_struct.device_mode          = SPI_MASTER;  // 主机模式spi_init_struct.frame_size           = SPI_FRAMESIZE_8BIT;  // 8位数据spi_init_struct.clock_polarity_phase = SPI_CK_PL_LOW_PH_1EDGE;  // 空闲电平为低，第一个边沿采样spi_init_struct.nss                  = SPI_NSS_HARD;  // 硬件片选spi_init_struct.prescale             = SPI_PSC_8;  // 时钟8分频，108MHz / 8 = 13.5MHzspi_init_struct.endian               = SPI_ENDIAN_MSB;  // 大端模式spi_init(SPI0, &spi_init_struct);spi_nss_output_enable(SPI0);spi_enable(SPI0);
}void SPI_SlaveInit(void)
{/* 初始化GPIO */rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOB);/* SPI0 GPIO: NSS/PB12, SCK/PB13, MISO/PB14, MOSI/PB15 */gpio_init(GPIOB, GPIO_MODE_AF_PP, GPIO_OSPEED_50MHZ, GPIO_PIN_14);gpio_init(GPIOB, GPIO_MODE_IN_FLOATING, GPIO_OSPEED_50MHZ, GPIO_PIN_12 | GPIO_PIN_13 | GPIO_PIN_15);/* 初始化SPI */rcu_periph_clock_enable(RCU_SPI1);spi_parameter_struct spi_init_struct = {0};spi_struct_para_init(&spi_init_struct);spi_init_struct.trans_mode           = SPI_TRANSMODE_FULLDUPLEX;  // 全双工模式spi_init_struct.device_mode          = SPI_SLAVE;  // 从机模式spi_init_struct.frame_size           = SPI_FRAMESIZE_8BIT;  // 8位数据spi_init_struct.clock_polarity_phase = SPI_CK_PL_LOW_PH_1EDGE;  // 空闲电平为低，第一个边沿采样spi_init_struct.nss                  = SPI_NSS_HARD;  // 硬件片选spi_init_struct.prescale             = SPI_PSC_8;  // 时钟8分频，108MHz / 8 = 13.5MHzspi_init_struct.endian               = SPI_ENDIAN_MSB;  // 大端模式spi_init(SPI1, &spi_init_struct);spi_enable(SPI1);
}void SPI_MasterSlaveFullduplex(void)
{uint8_t master_tx_buf[16] = {0};uint8_t master_rx_buf[16] = {0};uint8_t slave_tx_buf[16] = {0};uint8_t slave_rx_buf[16] = {0};memset(master_tx_buf, 0x00, sizeof(master_tx_buf));memset(master_rx_buf, 0x00, sizeof(master_rx_buf));memset(slave_tx_buf, 0x00, sizeof(slave_tx_buf));memset(slave_rx_buf, 0x00, sizeof(slave_rx_buf));for(uint8_t i = 0; i < 16; ++i){master_tx_buf[i] = 0x80 + i;slave_tx_buf[i] = 0x40 + i;}printf("Master send: ");for(uint8_t i = 0; i < 16; ++i){printf("%x ", master_tx_buf[i]);}printf("\n");printf("Slave send: ");for(uint8_t i = 0; i < 16; ++i){printf("%x ", slave_tx_buf[i]);}printf("\n");for(uint8_t i = 0; i < 16; ++i){while(RESET == spi_i2s_flag_get(SPI1, SPI_FLAG_TBE));spi_i2s_data_transmit(SPI2, slave_tx_buf[i]);while(RESET == spi_i2s_flag_get(SPI0, SPI_FLAG_TBE));spi_i2s_data_transmit(SPI0, master_tx_buf[i]);while(RESET == spi_i2s_flag_get(SPI1, SPI_FLAG_RBNE));slave_rx_buf[i] = spi_i2s_data_receive(SPI2);while(RESET == spi_i2s_flag_get(SPI0, SPI_FLAG_RBNE));master_rx_buf[i] = spi_i2s_data_receive(SPI0);}printf("Master receive: ");for(uint8_t i = 0; i < 16; ++i){printf("%x ", master_rx_buf[i]);}printf("\n");printf("Slave receive: ");for(uint8_t i = 0; i < 16; ++i){printf("%x ", slave_rx_buf[i]);}printf("\n");
}

main.c文件

#include "gd32f10x.h"
#include "main.h"
#include "systick.h"
#include "usart.h"
#include "spi.h"
#include <stdio.h>
#include <string.h>int main(void)
{   systick_config();USART_Config();SPI_MasterInit();SPI_SlaveInit();while(1){SPI_MasterSlaveFullduplex();delay_ms(2000);}
}

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目录

简介

片选线

时序

运行模式

基本发送和技术流程

主机发送

主机接收

从机发送

从机接收

例程

主机和从机全双工通信

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