SPI 知识点复习资料（结合 STM32F427 代码）

本资料以spi.c代码为例把 SPI 从基础到实战的知识点串起来。 你的项目里用了 4 个 SPISPI1/SPI3 做从机接收SPI2/SPI4 做主机发送。一、SPI 是什么SPISerial Peripheral Interface串行外设接口是一种同步、全双工/半双工、主从式的板级通信协议。相比 I²C 更快、相比 UART 更简单可靠缺点是线多、没有硬件寻址靠片选区分设备。4 根基本信号线信号全称方向作用SCKSerial Clock主机→从机时钟由主机产生从机被动接收MOSIMaster Out Slave In主机→从机主机发、从机收MISOMaster In Slave Out从机→主机从机发、主机收NSS/CSSlave Select / Chip Select主机→从机片选低电平选中从机核心思想SPI 是移位寄存器对接。主机每发一个时钟主从各移出一位、移入一位所以发送和接收是同时发生的。这也是为什么HAL_SPI_TransmitReceive是最本质的操作。二、时钟极性与相位CPOL / CPHA—— 最容易忘、最容易出错这是四种 SPI 模式的来源也是你代码里 4 个 SPI 各不相同的地方。CPOL时钟极性决定时钟空闲时是高还是低CPOL0SPI_POLARITY_LOW空闲为低电平CPOL1SPI_POLARITY_HIGH空闲为高电平CPHA时钟相位决定在时钟的哪个边沿采样数据CPHA0SPI_PHASE_1EDGE第一个边沿采样CPHA1SPI_PHASE_2EDGE第二个边沿采样四种模式对照模式CPOLCPHAHAL 宏你的代码Mode 000LOW 1EDGESPI4主机Mode 101LOW 2EDGESPI1从机Mode 210HIGH 1EDGESPI2主机Mode 311HIGH 2EDGESPI3从机⚠️黄金规则互相通信的一对主机和从机必须用同一种模式。模式不匹配会导致采样时刻错位数据全乱。你代码里 SPI1(Mode1) 和 SPI2(Mode2) 模式不同说明它们不是互相通信的——SPI1/SPI3 是从机接收来自外部阵面设备的数据SPI2/SPI4 是主机对外发送。复习时要对着实际硬件连接确认每一对的模式是否一致。三、数据格式相关配置DataSize —— 数据帧长度chspi1.Init.DataSize SPI_DATASIZE_8BIT; // 8位帧也可 16BIT决定一次移位传输 8 位还是 16 位。收发两端必须一致。FirstBit —— 位序chspi1.Init.FirstBit SPI_FIRSTBIT_MSB; // 高位先发也可 LSBMSB 最高有效位先传输最常用。两端必须一致。TIMode —— 帧格式chspi1.Init.TIMode SPI_TIMODE_DISABLE; // 用标准Motorola格式不用TI格式一般 DISABLE用标准 SPI 帧格式。CRCCalculation —— 硬件CRC校验chspi1.Init.CRCCalculation SPI_CRCCALCULATION_DISABLE; hspi1.Init.CRCPolynomial 10; // DISABLE时此值无意义硬件自动算 CRC 做校验一般 DISABLE需要时才开。四、传输方向Direction—— 你的代码里的重点这是初学者最容易忽略、你代码里却用得很关键的一项。宏含义用几根数据线SPI_DIRECTION_2LINES全双工MOSI MISO 都用SPI_DIRECTION_2LINES_RXONLY只收只接收SPI_DIRECTION_1LINE半双工单线双向只用一根数据线收发分时你代码里的用法chspi1.Init.Direction SPI_DIRECTION_1LINE; // SPI1从机半双工 hspi2.Init.Direction SPI_DIRECTION_1LINE; // SPI2主机半双工 hspi4.Init.Direction SPI_DIRECTION_2LINES; // SPI4主机全双工半双工1LINE的关键点只用一根数据线主从各用不同引脚主机用MOSI引脚收发从机用MISO引脚收发看你的引脚配置就能印证SPI2 主机配了PC3 → SPI2_MOSI主机用 MOSISPI1 从机配了PA6 → SPI1_MISO从机用 MISO所以 SPI2(主, MOSI) → SPI1(从, MISO) 单线把数据从主机送到从机这是一条单向的半双工数据流。五、主从模式与片选NSS 管理Mode —— 主机还是从机chspi1.Init.Mode SPI_MODE_SLAVE; // 从机被动接收时钟 hspi2.Init.Mode SPI_MODE_MASTER; // 主机产生时钟从机不需要设波特率时钟由主机给只有主机才有BaudRatePrescaler。NSS —— 片选管理方式chspi1.Init.NSS SPI_NSS_HARD_INPUT; // 从机硬件NSS引脚电平决定是否被选中 hspi2.Init.NSS SPI_NSS_SOFT; // 主机软件管理片选宏含义SPI_NSS_SOFT软件管理用普通 GPIO 手动拉高拉低片选SPI_NSS_HARD_INPUT从机模式NSS 引脚作输入硬件根据其电平判断是否被选中SPI_NSS_HARD_OUTPUT主机模式硬件自动输出 NSS你代码里的骚操作把 NSS 当 EXTI 中断用注意你的从机 NSS 引脚并没有配成 SPI 复用功能而是配成了外部中断c// SPI1 的 PA4本该是NSS配成了上升沿中断 GPIO_InitStruct.Pin GPIO_PIN_4; GPIO_InitStruct.Mode GPIO_MODE_IT_RISING; // 外部中断不是SPI复用 HAL_GPIO_Init(GPIOA, GPIO_InitStruct); HAL_NVIC_EnableIRQ(EXTI4_IRQn);这是为了用片选信号的边沿来做帧同步/帧对齐第九节详解。主机的软件片选由你自己控制cvoid sendTX_Start(void) { HAL_GPIO_WritePin(GPIOD, GPIO_PIN_14, GPIO_PIN_RESET); } // 拉低选中 void sendTX_Stop(void) { HAL_GPIO_WritePin(GPIOD, GPIO_PIN_14, GPIO_PIN_SET); } // 拉高释放六、波特率只有主机需要chspi2.Init.BaudRatePrescaler SPI_BAUDRATEPRESCALER_2; // SPI时钟 外设时钟 / 2SPI 时钟 挂载总线时钟 ÷ 分频系数2/4/8/…/256。F427 上要注意总线归属SPI1、SPI4 挂在APB2最高 84MHzSPI2、SPI3 挂在APB1最高 42MHz所以同样是PRESCALER_2SPI2 和 SPI4 的实际速率不同。从机能跟得上的速率有上限一般 fPCLK/4 左右主机太快会导致从机来不及处理而 OVR 溢出。七、外设初始化底层HAL_SPI_MspInitMX_SPIx_Init()配的是 SPI 逻辑参数而真正的硬件底层时钟、引脚、DMA、中断在HAL_SPI_MspInit()里。复习要点开外设时钟__HAL_RCC_SPI1_CLK_ENABLE();开 GPIO 时钟__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();配 GPIO 复用功能cGPIO_InitStruct.Mode GPIO_MODE_AF_PP; // 复用推挽 GPIO_InitStruct.Speed GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH; // 高速信号必须高速档 GPIO_InitStruct.Alternate GPIO_AF5_SPI1; // 复用功能号配 DMA见第八节配 NVIC 中断优先级复用功能号AF要记牢SPIAF 编号SPI1GPIO_AF5_SPI1SPI2GPIO_AF5_SPI2SPI3GPIO_AF6_SPI3← 注意是 AF6SPI4GPIO_AF5_SPI4AF 号填错是最常见的波形完全没有故障SPI3 尤其容易错。八、三种传输方式轮询 / 中断 / DMAHAL 库对每种收发都提供三套 API方式发送接收特点轮询阻塞HAL_SPI_TransmitHAL_SPI_Receive简单CPU 死等适合低速小数据中断HAL_SPI_Transmit_ITHAL_SPI_Receive_IT不阻塞每帧进一次中断DMAHAL_SPI_Transmit_DMAHAL_SPI_Receive_DMACPU 几乎不参与适合高速大数据你的代码用的是DMA 接收cHAL_SPI_Receive_DMA(hspi1, tempRxBuffer, 22); // 用DMA接收22字节DMA 配置要点在 MspInit 里chdma_spi1_rx.Instance DMA2_Stream0; // 数据流(要查对照表不能乱填) hdma_spi1_rx.Init.Channel DMA_CHANNEL_3; // 通道 hdma_spi1_rx.Init.Direction DMA_PERIPH_TO_MEMORY; // 外设→内存(接收) hdma_spi1_rx.Init.PeriphInc DMA_PINC_DISABLE; // 外设地址不递增 hdma_spi1_rx.Init.MemInc DMA_MINC_ENABLE; // 内存地址递增 hdma_spi1_rx.Init.Mode DMA_CIRCULAR; // 循环模式 __HAL_LINKDMA(spiHandle, hdmarx, hdma_spi1_rx); // 把DMA和SPI句柄绑定Stream / Channel 不能随便填每个外设的 DMA 请求映射是芯片手册里定死的DMA request mapping 表填错 DMA 不触发。Normal 模式 vs Circular 模式易混淆DMA_NORMAL传完一次就停需要重新HAL_SPI_Receive_DMA启动DMA_CIRCULAR传完自动回到缓冲区头继续不用重启⚠️ 你的代码有个值得注意的地方DMA 设了CIRCULAR会自动循环但在回调里又调了一次HAL_SPI_Receive_DMA重新启动。循环模式下其实不用重启两者混用容易产生状态混乱。复习时想清楚你到底要循环自动收还是每帧手动重启二选一。九、接收完成回调与帧对齐难题RxCplt 回调DMA 收满设定字节数后自动进入完成回调cvoid HAL_SPI_RxCpltCallback(SPI_HandleTypeDef *hspi) { if (hspi-Instance SPI1) { spi1_rx_cnt; HAL_SPI_Receive_DMA(hspi1, tempRxBuffer, 22); // 重新启动下一帧 } else if (hspi-Instance SPI3) { HAL_SPI_Receive_DMA(hspi3, tempRxBuffer3, 22); } }SPI 从机的两大经典坑坑 1OVR 溢出Overrun从机模式下如果主机一直发时钟但从机没及时把数据寄存器DR读走就会置 OVR 标志之后接收全部错乱。必须清除cif (__HAL_SPI_GET_FLAG(hspi1, SPI_FLAG_OVR)) __HAL_SPI_CLEAR_OVRFLAG(hspi1);坑 2帧错位没有帧同步SPI 本身没有帧边界概念。从机只要看到时钟就移位一旦丢了一个 bit 或漏了起始后面所有字节就整体错位且永远纠不回来。你代码里的解决方案——用片选CS边沿的 EXTI 中断做帧对齐就是那段被注释掉的HAL_GPIO_EXTI_Callback。思路是CS 下降沿 一帧开始 →HAL_SPI_Abort()丢掉旧的、重新起一次干净对齐的 DMACS 上升沿 一帧结束 → 此时缓冲区里的数据是对齐好的可以拿去用c// 简化后的核心思路对齐版本 if (HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_4) GPIO_PIN_RESET) { HAL_SPI_Abort(hspi1); // 下降沿中止当前清干净 __HAL_SPI_CLEAR_OVRFLAG(hspi1); HAL_SPI_Receive_DMA(hspi1, tempRxBuffer, 22); // 起一帧对齐的接收 } else { rx1_done 1; // 上升沿这一帧收好了 }这是 SPI 从机高速接收里非常实用的技巧用片选信号把连续的比特流切成一帧一帧、保证每帧对齐。你代码里保留了好几个版本的实现用 EXTI 判断、用 DMA 计数器__HAL_DMA_GET_COUNTER算实际收了几个字节都是围绕这个问题在打磨。十、快速自检清单复习后自问SPI 4 根线各是什么方向为什么收发是同时的CPOL/CPHA 各控制什么四种模式怎么对应为什么两端要一致半双工1LINE下主机用哪个引脚、从机用哪个引脚从机为什么不用配波特率F427 上 SPI1/4 和 SPI2/3 分别挂哪条总线MspInit里初始化 SPI 的五个步骤是什么AF 号填错会怎样DMA 的 Normal 和 Circular 有什么区别Stream/Channel 能乱填吗从机的 OVR 溢出怎么产生、怎么清除为什么 SPI 会帧错位用 CS 边沿做帧对齐的原理是什么