SH32F9001的SPI介绍与应用

一、SH32F9001 SPI简介

SPI(Serial peripheral interface)即串行外围设备接口，是由Motorola首先在其MC68HCxx系列单片机上定义的，基于高速全双工总线的通讯协议。被广泛应用于LCD、闪存芯片等设备与MCU之间通讯。SH32F9001包含2个独立的串行外设接口SPI0/1，主从机可选，10个可编程主时钟频率，极性相位可编程，数字位宽8/16位可选，支持DMA通信，带MCU中断的主模式故障出错标志，写入冲突标志保护，可选择LSB或MSB传输。

二、 SPI的物理层与协议层简介

1、SPI物理层

SPI通讯需要使用4条线：3条总线（SCK、MOSI、MISO）和1条片选（nSS）。

Master与Slave连接示意图（只需要连接4条线）

SCK(Serial Clock)：时钟信号线，通讯数据同步用，由主机产生，决定了SPI的通讯速率。

MOSI(Master Output Slave Input)：主机输出数据/从设备输入数据线，即这条数据线上传输主机发给从机的数据。

MISO(Master Input Slave Output)：主机输入数据/从设备输出数据线，即这条数据线上传输从机发给主机的数据。

nSS(Slave Select)：片选信号线，主要用于选中对应的SPI从设备，低电平有效。每个从设备独立拥有一条nSS信号线，占据主机的一个引脚。设备的其它三根总线是并联到SPI主机的，即无论多少个从设备，都共同使用这3条线。当从设备上的nSS引脚被拉低时说明该从设备被主机选中，可以与主机进行通讯。

一个Master与多个Slave连接示意图

（2）SPI 协议层

如上图为SH32F9001芯片SPI的一种通讯模式（CPOL=1,CPHA=0）时序图，nSS、SCK、MOSI信号均由Master产生，MISO信号由从机产生。在nSS为低电平的前提下，MOSI和MISO信号才有效，在每个时钟周期MOSI和MISO传输一位数据。

SPI通讯也需要通讯的起始/结束信号，有效数据和同步时钟。途中nSS信号由高电平变为低电平即为SPI的起始信号，nSS信号由低电平变为高电平即为SPI通讯的结束信号。当从机检测到nSS引脚被拉低时就知道自己被主机选中，准备和主机进行通讯。

SPI通讯的数据采集是个相对复杂的环节且有多种模式，现在只以上图（CPOL=1,CPHA=0）情形为例进行简单讲解。途中Capture Point行箭头指示的地方即为有效数据被采集的时间点。SCK、MOSI、MISO线上的数据在每个SCK时钟周期传输一位数据，数据的输入/输出是可以同时进行的。由上图可知，在SCK为奇数边沿，即SCK下降沿时，数据得到有效采样，也就是说，在这个时刻，MISO和MOSI的数据有效，高电平表示1，低电平表示数据0，在其它时刻数据并无效，可以理解为为下一次MISO和MOSI的数据传输做准备，在非采样时刻MOSI和MISO上的信号才能切换。

数据传输中，先传送高位还是低位，SPI并无明确规定，但是数据要在主从机中正确传输，首先要约定好先传高还是低，一般是高位在先的方式传输。

三、 SPI的时钟极性（CPOL）和时钟相位（CPHA）

时钟极性（CPOL）指通讯设备处于空闲状态时，SCK的状态，即空闲时SCK是高电平还是低电平。时钟相位（CPHA）指数据采样时刻位于SCK的偶数边沿采样还是奇数边沿采样。

CPOL=0时SCK在空闲时为低电平；CPOL=1时SCK在空闲时为高电平；CPHA=0时，在SCK的计数边沿采样；CPHA=1时，在SCK的偶数边沿采样。所以SPI的采样时刻并非由上升沿/下降沿决定的，而是由CPOL与CPHA所组合的工作模式决定。所以SPI有4种工作模式。

工作模式	CPOL	CPHA	空闲时SCK时钟	采样时钟边沿
1	0	0	低	奇数边沿
2	0	1	低	偶数边沿
3	1	0	高	奇数边沿
4	1	1	高	偶数边沿

注意：在配置主机和从机的工作模式时，需要配置为相同的工作模式，只有模式相同才能进行正确通讯。

四、 SH32F9001与闪存W25Q128通讯示例

1、W25Q128简介

W25Q128芯片是串行闪存，可以通过四线SPI控制，管脚如下图所示。使用SPI控制时，DO管脚为MISO，DI管脚为MOSI，/CS为片选NSS，CLK为时钟信号线。

W25Q128通过命令操作，这里简单介绍几条接下来示例中与32F9001通讯的指令，其它指令详情可以参考其数据手册。

（1）读制造商/设备ID指令：0x90

该指令通常在调试程序时候用到，判断SPI通信是否正常。SH32F9001做主机拉低/CS片选使能器件开始传输，首先通过DI脚即MOSI线传送”90H”指令，接着传输“000000H”的24位地址，之后W25Q128会通过DO脚即MISO脚传送制造商ID(EFH)和设备ID(17H)。

（2）写使能指令：0x06

SH32F9001向FLASH发送0x06写使能指令即可开启写使能,该指令先拉低/CS引脚电平,接着传输“06H”指令。

（3）读数据指令：0x03

读数据指令可以从存储器依次一个或多个读取数据字节，该指令通过主器件拉低/CS电平能设备开始传输，然后传输“03H”指令，接着通过DI管脚传输24位地址，W25Q128器件得到地址后，寻址存储器中的数据通过DO引脚即MISO传输给SH32F9001。

（4）页编程指令：0x02

页编程指令可以在擦除的存储单元中写入256个字节。该指令先拉低/CS引脚，接着传输“02H”指令和24位地址。后面接着传输至少一个字节数据，最多256字节。

2、SH32F9001与W25Q128硬件连接示意图：

SH32F9001与W25Q128进行SPI通信只需要对应连接4条线就可以，将SH32F9001的PC6配置为nSS脚，PC7配置为MISO，PC8配置为MOSI，PC9配置为SCK。

3、SH32F9001与W25Q128通讯程序。

void SPI_GPIO_Config(void)//GPIO初始化

{

RCC->RCCLOCK= 0x33CC; //打开时钟配置锁定寄存器

RCC->AHBENR.BIT.IOCLKEN= 1; //使能IO时钟

RCC->RCCLOCK= 0; //关闭时钟配置锁定寄存器

GPIOC_CFG->LCKR.BIT.LOCK=0X5AA5; //解锁GPIOA配置锁

GPIOC_CFG->LCKR.BIT.LCK=0;

GPIOC->MODER =0X0340; //设置PC6/C8/C9口为输出模式PC7输入模式

GPIOC_CFG->OTYPER=0X0; //设置PC6/C8/C9口输出方式为推挽输出

GPIOC_CFG->PUPDR.BIT.PHDR9=1; //PC9开上拉

GPIOC_CFG->AFRL.BIT.AFR6=0X03;//设置PC6口为SPI0-SCK脚模式

GPIOC_CFG->AFRL.BIT.AFR7=0X03;//设置PC7口为SPI0-MISO脚模式

GPIOC_CFG->AFRH.BIT.AFR8=0X03;//设置PC8口为SPI0-MOSI脚模式

GPIOC_CFG->AFRH.BIT.AFR9=0X01;//PC9口为nSS脚

GPIOC_CFG->LCKR.BIT.LOCK=0; //关闭GPIOC配置锁

GPIOC_CFG->LCKR.BIT.LCK=0XFFFF;

}

voidSPI0Init(void) //SPI0初始化

{

GPIOC->BSRR.V32=0x0200;// SPI0 flash不选中

RCC->RCCLOCK = 0x33CC; //打开时钟配置锁定寄存器

RCC->APB1ENR.BIT.SPI0EN =1; //使能SPI0时钟

RCC->RCCLOCK = 0; //关闭时钟配置锁定寄存器

SPI0->CR.BIT.SPR=0X04; //SPI0时钟为PCLK1/32分频

SPI0->CR.BIT.SSDIS=0; //打开NSS引脚

SPI0->CR.BIT.CPOL=1; //在空闲模式SCK处于高电平

SPI0->CR.BIT.CPHA=1; //SCK周期的第二沿采集数据

SPI0->CR.BIT.MSTR=1; //配置SPI0为主机模式

SPI0->CR.BIT.DIR =0;//MSB优先发送

SPI0->CR.BIT.SPDATL =0； //SPI0每次发送8Bit数据

SPI0->CR.BIT.SPIEN=1; //使能SPI

}