STM32LL库使用——SPI通信

STM32使用前的准备

对于要使用的每个STM32芯片，首先我们手上必备的两本手册（ST官网有pdf版）：

1. 参考手册（Reference manual）
2. 数据手册（Datasheet）

其中参考手册包括各个功能模块的具体信息、原理、各种工作模式介绍、配置方法以及寄存器相关信息；数据手册包括芯片的基本参数、引脚数量与各自功能、电气特性、封装信息等内容。一般在选型与硬件设计阶段，参考数据手册多一些，而到了程序设计阶段，参考手册就是必须的了。

以下是STM32G4系列的参考手册的“自我介绍”：

This reference manual targets application developers. It provides complete information on how to use the STM32G4 Series microcontroller memory and peripherals.

本参考手册的目标是应用程序开发人员。 它提供了关于的完整信息如何使用STM32G4系列单片机的内存和外设。  

SPI相关设置

我们以STM32G系列为例，直接翻到SPI章节，SPI结构示意图如下：

一共4个引脚可与外设连接：

• MISO（Master In / Slave Out data）：该引脚在从模式下发送数据，在主模式下接收数据
• MOSI（Master Out / Slave In data）：该引脚在主模式下发送数据，在从模式下接收数据
• SCK（Serial Clock）：主设备往从设备传输的时钟信号
• NSS（Slave select）：用于主设备选择从设备

 单个主设备与单个从设备全双工通信模式示意图如下：

我们采用STM32CubeMX可以方便的完成基础配置，实际只需要编写如下实际通讯需要的代码

基础通讯代码

Tx：发送缓冲区；Rx：接收缓冲区；DR：数据寄存器

状态指示标志：

• Tx buffer empty flag (TXE)：发送缓冲区为空
• Rx buffer not empty (RXNE)：接收缓冲区非空
• Busy flag (BSY)：SPI数据正在传输中

基本工作原理：主机向从机发送一个值（指令），然后从机依据接收到的指令返回一个值

常见情况我们用STM32作为主机

1.  等待TXE标志置1（Tx空），表明此时发送缓冲区Tx中无待发送的值
2. 将数据写入SPIx_DR寄存器，对DR的写操作将把数据写入Tx末尾
3. 等待BSY标志置0（即busy，置1表明Tx中的数据正在传输中）。期间数据通过MOSI发送给从机，从机返回的信息通过MISO回到主机接收缓冲区Rx
4. 等待RXNE标志置1（Rx非空），表明此时Rx存在接收到的值
5. 读取SPIx_DR寄存器，对DR的读操作将返回Rx中最早的值

// data_in:待发送的值
// data_out:接收到的值
static int spi_transmit_receive(uint16_t data_in, uint16_t *data_out){
	int state = 0;
	*data_out = 0;
	uint32_t timeout_cnt;
	static const uint32_t timeout_cnt_num = 10000;
	
	// Wait until TXE flag is set to send data 
	timeout_cnt = 0;
	while(!LL_SPI_IsActiveFlag_TXE(SPI1)){
		timeout_cnt ++;
		if(timeout_cnt > timeout_cnt_num){
			state = -1;
			break;
		}
	}
	
	// Transmit data in 16 Bit mode
	LL_SPI_TransmitData16(SPI1, data_in);
	
	// Check BSY flag 
	timeout_cnt = 0;
	while(LL_SPI_IsActiveFlag_BSY(SPI1)){
		timeout_cnt ++;
		if(timeout_cnt > timeout_cnt_num){
			state = -1;
			break;
		}
	}
	
	// Check RXNE flag 
	timeout_cnt = 0;
	while(!LL_SPI_IsActiveFlag_RXNE(SPI1)){
		timeout_cnt ++;
		if(timeout_cnt > timeout_cnt_num){
			state = -1;
			break;
		}
	}
	
	// Read 16-Bits in the data register
	*data_out = LL_SPI_ReceiveData16(SPI1);
	
	return state;
}

 所涉及的LL库相关函数：

/**
  * @brief  Write 16-Bits in the data register
  * @rmtoll DR           DR            LL_SPI_TransmitData16
  * @param  SPIx SPI Instance
  * @param  TxData Value between Min_Data=0x00 and Max_Data=0xFFFF
  * @retval None
  */
__STATIC_INLINE void LL_SPI_TransmitData16(SPI_TypeDef *SPIx, uint16_t TxData)
{
#if defined (__GNUC__)
  __IO uint16_t *spidr = ((__IO uint16_t *)&SPIx->DR);
  *spidr = TxData;
#else
  SPIx->DR = TxData;
#endif /* __GNUC__ */
}

/**
  * @brief  Read 16-Bits in the data register
  * @rmtoll DR           DR            LL_SPI_ReceiveData16
  * @param  SPIx SPI Instance
  * @retval RxData Value between Min_Data=0x00 and Max_Data=0xFFFF
  */
__STATIC_INLINE uint16_t LL_SPI_ReceiveData16(SPI_TypeDef *SPIx)
{
  return (uint16_t)(READ_REG(SPIx->DR));
}

/**
  * @brief  Check if Tx buffer is empty
  * @rmtoll SR           TXE           LL_SPI_IsActiveFlag_TXE
  * @param  SPIx SPI Instance
  * @retval State of bit (1 or 0).
  */
__STATIC_INLINE uint32_t LL_SPI_IsActiveFlag_TXE(SPI_TypeDef *SPIx)
{
  return ((READ_BIT(SPIx->SR, SPI_SR_TXE) == (SPI_SR_TXE)) ? 1UL : 0UL);
}

/**
  * @brief  Get busy flag
  * @note   The BSY flag is cleared under any one of the following conditions:
  * -When the SPI is correctly disabled
  * -When a fault is detected in Master mode (MODF bit set to 1)
  * -In Master mode, when it finishes a data transmission and no new data is ready to be
  * sent
  * -In Slave mode, when the BSY flag is set to '0' for at least one SPI clock cycle between
  * each data transfer.
  * @rmtoll SR           BSY           LL_SPI_IsActiveFlag_BSY
  * @param  SPIx SPI Instance
  * @retval State of bit (1 or 0).
  */
__STATIC_INLINE uint32_t LL_SPI_IsActiveFlag_BSY(SPI_TypeDef *SPIx)
{
  return ((READ_BIT(SPIx->SR, SPI_SR_BSY) == (SPI_SR_BSY)) ? 1UL : 0UL);
}

/**
  * @brief  Check if Rx buffer is not empty
  * @rmtoll SR           RXNE          LL_SPI_IsActiveFlag_RXNE
  * @param  SPIx SPI Instance
  * @retval State of bit (1 or 0).
  */
__STATIC_INLINE uint32_t LL_SPI_IsActiveFlag_RXNE(SPI_TypeDef *SPIx)
{
  return ((READ_BIT(SPIx->SR, SPI_SR_RXNE) == (SPI_SR_RXNE)) ? 1UL : 0UL);
}

 实际使用spi_transmit_receive函数时，一般需要在函数前后设置以下片选NSS输出，通讯前选中当前从机，通讯后再关闭，防止多主机或者多从机模式时的冲突。

	// NSS片选引脚置0，开启当前主从关系
	LL_GPIO_ResetOutputPin(GPIOx, LL_GPIO_PIN_x);
	
	spi_transmit_receive(controlword, &recbuff);
	
	// NSS置1，关闭当前主从关系
	LL_GPIO_SetOutputPin(GPIOx, LL_GPIO_PIN_x);