树莓派（主）与STM32（从）使用SPI通信_树莓派 spi

1.实验目的

使用树莓派向 STM32 发送数据，STM32 收到数据后通过串口的方式将数据打印到电脑上，同时返回给树莓派数据。树莓派接收到数据后打印在控制台上。
SPI 的配置为

树莓派主机
STM32 从机
全双工
8 bit 传输
工作模式 0 ：CPOL|CPHA = 00
MSB 优先
禁止 CRC 校验

2.SPI 简介

SPI（Serial Peripheral Interface，串行外设接口）是 Motorola 公司提出的一种同步串行数据传输标准

2.1 接口

SPI 接口经常被称为 4 线串行总线，以主/从方式工作，数据传输过程由主机初始化，其使用的 4 条信号线分别为：

1. SCLK：串行时钟，用来同步数据传输，由主机输出，从机不用配置时钟
2. MOSI：主机输出从机输入数据线，通常先传输 MSB ；
3. MISO：主机输入从机输出数据线，通常先传输 LSB ；
4. CS：片选线，低电平有效，由主机输出。
   在 SPI 总线上，某一时刻可以出现多个从机，但只能存在一个主机，主机通过片选线来确定要通信的从机。连接是对应相连，如下所示
   SCLK-----SCLK
   MOSI-----MOSI
   MISO-----MISO
   CS-----CS

2.2 数据传输

在一个 SPI 时钟周期内，会完成如下操作：

• 主机通过 MOSI 线发送 1 位数据，从机通过该线读取这 1 位数据；
• 从机通过 MISO 线发送 1 位数据，主机通过该线读取这 1 位数据。
  这是通过移位寄存器来实现的。如下图所示，主机和从机各有一个移位寄存器，且二者连接成环。随着时钟脉冲，数据按照从高位到低位的方式依次移出主机寄存器和从机寄存器，并且依次移入从机寄存器和主机寄存器。当寄存器中的内容全部移出时，相当于完成了两个寄存器内容的交换。
  

2.3 时钟极性和时钟相位

在 SPI 操作中，最重要的两项设置就是时钟极性（ CPOL 或 UCCKPL ）和时钟相位（ CPHA 或 UCCKPH ）。

• CPOL 表示时钟信号的初始电平的状态（就是空闲状态），CPOL 为 0 表示时钟信号初始状态为低电平，为 1 表示时钟信号的初始电平是高电平。
• CPHA 表示在哪个时钟沿采样数据，CPHA 为 0 表示在首个时钟变化沿采样数据，而 CPHA 为 1 则表示在第二个时钟变化沿采样数据。
  主机和从机的发送数据是同时完成的，两者的接收数据也是同时完成的。所以为了保证主从机正确通信，应使得它们的SPI具有相同的时钟极性和时钟相位。

2.4 SPI的4种工作模式

由于 CPOL 和 CPHA 都有两种不同状态，所以 SPI 分成了 4 种模式。我们在开发的时候，使用比较多的是模式 0 和模式 3 ，如下表所示

2.5 优缺点

优点：

• 支持全双工操作
• 操作简单
• 数据传输速率较高

缺点：

• 需要占用主机较多的口线（每个从机都需要一根片选线）
• 只支持单个主机

3.树莓派部分

3.1 开启SPI

树莓派默认是没有开启 SPI 的功能的，我们需要手动去开启一下
在终端输入

raspi-config

然后跟着下面的图进行操作（小键盘上下左右是选择，回车是确定）

输入命令

ls /dev/spi*

出现如下图的样子，就是成功打开了

3.2 安装vscode（可选）

标题是超链接，点击跳转

3.3 下载bcm支持包

4.STM32部分(只讲解SPI和主函数部分）

4.1 spi.c 中 spi 的初始化代码

/* SPI1 引脚初始化，会在HAL_SPI_Init的时候调用*/
void HAL_SPI_MspInit(SPI_HandleTypeDef* spiHandle)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
    if(spiHandle->Instance==SPI1)
    {
        __HAL_RCC_SPI1_CLK_ENABLE();
        __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
        /**SPI1 引脚配置
        PA4     ------> SPI1_NSS
        PA5     ------> SPI1_SCK
        PA6     ------> SPI1_MISO
        PA7     ------> SPI1_MOSI
        */
        GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_4|GPIO_PIN_5|GPIO_PIN_6|GPIO_PIN_7;
        GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;
        GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
        GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH;
        GPIO_InitStruct.Alternate = GPIO_AF5_SPI1;
        HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);
    }
}

/* SPI1 配置初始化 */
void MX_SPI1_Init(void)
{
    hspi1.Instance = SPI1;
    hspi1.Init.Mode = SPI_MODE_SLAVE;// 从机
    hspi1.Init.Direction = SPI_DIRECTION_2LINES;// 全双工
    hspi1.Init.DataSize = SPI_DATASIZE_8BIT;//8 bit 传输
    hspi1.Init.CLKPolarity = SPI_POLARITY_LOW;//CPOL = 0
    hspi1.Init.CLKPhase = SPI_PHASE_1EDGE;//CPHA = 0
    hspi1.Init.NSS = SPI_NSS_HARD_INPUT;//片选硬件输入
    hspi1.Init.FirstBit = SPI_FIRSTBIT_MSB;//MSB 优先
    hspi1.Init.TIMode = SPI_TIMODE_DISABLE;
    hspi1.Init.CRCCalculation = SPI_CRCCALCULATION_DISABLE;//禁止 CRC 校验
    hspi1.Init.CRCPolynomial = 10;
    if (HAL_SPI_Init(&hspi1) != HAL_OK)//判断是否初始化成功
    {
        Error_Handler();
    }
}
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4.2 main.c

#include "main.h"
#include "spi.h"
#include "usart.h"
#include "gpio.h"
#include "stdio.h"

void SystemClock_Config(void);//函数声明，实现在下面

/* 输出和输入重定向，主要用于 printf 串口输出 */
int fputc(int ch, FILE *f)
{
    HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)&ch, 1, 0xffff);
    return ch;
}
int fgetc(FILE *f)
{
    uint8_t ch = 0;
    HAL_UART_Receive(&huart1, &ch, 1, 0xffff);
    return ch;
}

int main(void)
{
    HAL_Init();
    SystemClock_Config();
    MX_GPIO_Init();
    MX_USART1_UART_Init();//串口初始化
    MX_SPI1_Init();//SPI1初始化
    HAL_Delay(1000);

    uint8_t data2[10]={0};//接收数据
    uint8_t send_data2[10]={0xff,0xfe,0xfd,0xfc,0xfb,0xfa,0xf9,0xf8,0xf7,0xf6};//发送数据
    HAL_SPI_TransmitReceive(&hspi1, (uint8_t *)send_data2, (uint8_t *)data2,10,0xff);//提前将数据放进发送缓存区
    while (1)
    {		
        HAL_GPIO_WritePin(Start_GPIO_Port,Start_Pin,GPIO_PIN_RESET);
        HAL_Delay(100);
        HAL_GPIO_WritePin(Start_GPIO_Port,Start_Pin,GPIO_PIN_SET);
        
        /* 接收10个字节的同时，发送10个字节出去，等待时间为 65535ms ，超时则不继续等待 */
        HAL_SPI_TransmitReceive(&hspi1, (uint8_t *)send_data2, (uint8_t *)data2,10,65535);
        /* 通过串口发送给电脑 */
        for(int i=0;i<10;i++)
        {
            printf("0x%02X\n",data2[i]);//指定为以16进制的形式格式化输出
        }				
        HAL_Delay(2000);//延时2s
    }
}

/**
  * @brief System Clock Configuration
  * @retval None
  */
void SystemClock_Config(void)
{
    RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct = {0};
    RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct = {0};
    __HAL_RCC_PWR_CLK_ENABLE();
    __HAL_PWR_VOLTAGESCALING_CONFIG(PWR_REGULATOR_VOLTAGE_SCALE1);
    RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSE;
    RCC_OscInitStruct.HSEState = RCC_HSE_ON;
    RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_ON;
    RCC_OscInitStruct.PLL.PLLSource = RCC_PLLSOURCE_HSE;
    RCC_OscInitStruct.PLL.PLLM = 4;
    RCC_OscInitStruct.PLL.PLLN = 168;
    RCC_OscInitStruct.PLL.PLLP = RCC_PLLP_DIV2;
    RCC_OscInitStruct.PLL.PLLQ = 4;
    if (HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct) != HAL_OK)
    {
        Error_Handler();
    }
    RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_HCLK|RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK
                              |RCC_CLOCKTYPE_PCLK1|RCC_CLOCKTYPE_PCLK2;
    RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK;
    RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1;
    RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV4;
    RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV2;

    if (HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_5) != HAL_OK)
    {
        Error_Handler();
    }
}

/**
  * @brief  This function is executed in case of error occurrence.
  * @retval None
  */
void Error_Handler(void)
{
    __disable_irq();
    while (1)
    {
    }
}
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源码见本文末尾

5.验证结果

下面是树莓派的引脚图

按照下面的方式连接树莓派与 STM32 的引脚
树莓派--------STM32
MOSI/#10--------PA7
MISO/#9----------PA6
SCLK/#11--------PA5
GND---------------GND

cd “/home/pi/SPI_test/bcm2835-1.71/examples/spi/” && gcc *.c -o spi && "/home/pi/SPI_test/bcm2835-1.71/examples/spi/"spi

6.源码

树莓派bcm2835-1.71（带本实验所需程序）
STM32F407从机SPI使用HAL库轮询方式