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STM32 SPI NSS大揭秘

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一曲一离殇 发布时间:2017-9-14 10:04
SSM可以控制内部NSS引脚与SSI(一个寄存器,软件模式)相连,还是与NSS外部引脚(真正的STM32引脚,硬件模式)相连。真正作用的是内部NSS引脚(内部NSS引脚才真正连接到SPI通信控制器上); S1 R% s4 |0 ]# g! N2 k8 O7 w% l
- o/ J" k/ n- `0 ^4 S
SPI从模式的配置(MSTR=0)
& I6 P$ w' c# L+ x" Y1.硬件模式:SSM=0,当外部NSS为低电平时,内部NSS也为低电平,此时可以传送数据。) L7 R2 e; v$ ?& G0 i
2.软件模式:SSM=1,并SSI=0.让内部NSS引脚为低电平,此时可以传送数据。
. {0 E; K: [  r+ N: K, R2 L9 i- Y3 s, ^
相比较而言: 让stm32工作在软件从模式,还是硬件从模式,取决于主从之间的通讯协议,通讯协议中是否需要NSS控制。如果让STM32模拟一个存储器芯片W25Q16的话,则需工作在硬件模式。
. Z6 C; P) S, ^; A5 K                  如果通讯协议不需要NSS控制,也能达到要求,就可以选择软件模式,可以释放出一个GPIO引脚做它用。
1 F! u1 |" R7 J9 y  t: K# z* p3 Q" t1 j$ z4 }
SPI主模式配置(MSTR=1)5 s4 @) T4 L: x! c9 \  }% Q" Z! p. i
1.硬件模式:SSM=0  " b+ \1 i% b: G5 j# v' K" a1 X
   A:输入模式:SSOE=0,在外部NSS引脚为高电平,即内部NSS引脚也为高电平时,才能进行数据传输。 如果要使能从设备,还需要一个GPIO引脚。
: H( B: x+ L; Y: w6 V0 C   B:输出模式:SSOE=1, 外部NSS引脚会输出低电平,使能从设备,进行数据传输。 不需要额外的GPIO引脚就能控制从设备。            ( d  j; H  C" H. y: d1 `: ?
2.软件模式:SSM=1,SSI=1,将内部NSS引脚设置为高电平。这样随时可以传输数据。当然多数情况还需要一个GPIO引脚输出低电平,来使能从设备,让从设备可以接收数据。$ a( p! c/ V) a0 U: T
  
9 N% [* _2 q* a8 v3 W& p! J以驱动W25Q16为例, SPI主模式配置的优劣可以想象到,硬件的输入模式,占用外部NSS引脚和GPIO引脚,一共两个引脚;
6 B. o$ {5 ~4 O; d& G; {* `  F5 P  J8 t硬件的输出模式和软件模式,都只占用一个引脚,他们的不同在于,硬件输出模式必须使用某固定的端口,而软件模式可以使用任意GPIO端口。' B1 g* h6 E4 E" z% x
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在实际中,stm32通常用作主模式,选择软件模式。 1 ?2 P7 E: G  e1 C

9 G( {8 ?( `& A0 z8 o, c" i: i) C关于这个NSS我曾经为它头痛了很久,看手册,看程序,看视频,看帖子,我都没有彻底搞明白它。曾经几次想彻底解决它,但是都夭折了,只能把自己写好的笔记抛弃。还因此多虑导致气血不足,上火,由此导致牙痛,嘴唇干裂。简直痛苦不已。那时候,我真的觉得我可能永远搞不明白了。就这样算了吧。老师说,让我先做做技术,再去追求原理,后来我通过接手了一个用SPI控制ADXL345加速度传感器的任务并结合了一个SPI全双工的实例,才由此慢慢使谜团浮出水面,再通过学会调试技术,终于搞明白了。SPI真的很复杂,不过复杂而有趣。我以一个菜鸟的身份,写出我对STM32 SPI NSS的相关理解。希望大家指正。/ z& K  j+ W) ^% b5 L% H# _
     这个NSS到底是怎么作用呢?回答是片选。& p2 t& l% x9 }* e$ y) ~6 }
     主设备和从设备在进行SPI通信的时候,从设备都有个CS片选信号,低电平有效,我们通常都要用这个NSS连到从设备的CS上。但是这里只是大体让大家大体明白怎么回事,东西很多,关于这个NSS,还有很多东西呢,下面让我娓娓道来。! T9 g$ A# Z6 Q# @( S; M
     先看输入输出模式.
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       对于每个SPI的NSS可以输入,也可以输出。所谓输入,就是NSS的电平信号给自己,所谓输出,就是将NSS的电平信号发送出去,给从机。配置为输出,还是不输出,我们可以通过SPI_CR2寄存器的SSOE位。当SSOE为1时,并且SPI处于主模式控制时,NSS就输出低电平,也就是拉低,因此当其他SPI设备的NSS引脚与它相连,必然接收到低电平,则片选成功,都成为从设备了。NSS的输出就介绍到这里
! }7 ]. M' l5 u) i4 e" S     下面介绍NSS的输入。
# ^( T4 d+ _5 E, p* R     我们都知道NSS输入又分为硬件输入和软件控制输入两种模式,那么就从这两种模式入手,来揭开它的面纱吧。, V- v4 I3 h( J6 q% G0 ^- u
     先说软件模式吧。  U/ @+ T- c0 p. @
     1 对于SPI主机来说,需要设置SPI_CR1寄存器的SSM为1和SSI位为1,SSM为1是为了使能软件管理。,NSS有内部和外部引脚。这时候,外部引脚留作他用(可以用来作为GPIO驱动从设备的片选信号)。内部NSS引脚电平则通过SPI_CRL寄存器的SSI位来驱动。SSI位为1是为了使NSS内电平为高电平。这时候,不免产生疑问,为什么主设备的内部NSS电平要为1呢?; Q% e  _8 w3 c, a) p( E* a2 T! e
STM32手册上说,要保持MSTR和SPE位为1,也就是说要保持主机模式,只有NSS接到高电平信号时,这两位才能保持置1.也就是说对于STM32的SPI,要保持为主机状态,内部输入的NSS电平必须为高。当然这里在硬件模式下也是如此。
! q9 S8 l6 ^3 V% F) f& ~     2 对于SPI 从机来说
  x/ J- }* t" m9 R$ d     主机自己的内部NSS高电平解决了,那么SPI从机的NSS片选低电平也得解决啊。) a2 T' Q0 a; s* m4 n1 \
     如果从机选择STM32的一个SPI,譬如主机选为SPI1,从机选为SPI2,则要按照以下操作手册说,NSS引脚在完成字节传输之前必须连接到一个低电平信号。在软件模式下,则需要设置SPI_CR1寄存器的SSM为1(软件管理使能)和SSI位为0.果然如此。SSI必须要为0,也就是SPI2的片选为低,则片选成功。
7 \( Z2 W. g; X# T( F1 l" w% V若从机为一个其他的SPI芯片,譬如我那个ADXL345加速度传感器。那么,我们可以有两种方法
) \  W# h1 c. I# r6 R5 D$ @一种方法,是把芯片的CS接到GND上,另一种方法是,用一个GPIO口去输出低电平来控制CS片选成功。这个GPIO可以是任何一个GPIO口,当然我们上面提到当SPI的主机配置为软件模式,外部NSS引脚留作他用了,它就是一个GPIO了,我们也可以用它。这时候,我们可以设置它推挽输出为低电平,然后用线跟从机的CS相连,那么就可以片选从芯片了。/ ?, x' ]" u2 C) G8 Q- y
再说说硬件模式。
! i! y" i/ p5 @/ D+ j  @$ L  N对于主机,我们的NSS可以直接接到高电平,对于从机,NSS接低就可以。' }# b6 x, X) ]# x
当然我们上面提过当一个主机的SSOE为1时,主机工作在输出模式,而且NSS拉低了,我们要让从机片选,只要将CS接到主机的NSS上,CS自动拉低。4 Z' ^1 V! @; W4 L& w! o( }& [
这便是,ST公司设计的STM32 SPI NSS的工作流程。下面用实例向大家介绍。
3 B- S1 {6 i, i, ]7 U% S: I2 G0 i1 D9 l, v8 i
. U( u( w! X4 p6 D' @- r% t  t0 V
  1. /* SPI1 Config -------------------------------------------------------------*/  
    - s$ v* V' \# v3 K7 i8 u- [
  2.   1 c0 _% B7 B2 v+ j/ B5 `* n
  3.   SPI_InitStructure.SPI_Direction = SPI_Direction_2Lines_FullDuplex;  
    / S% s% `2 [7 y+ j
  4.   7 o" P  V; S6 j( Y
  5.   SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Master,//这里设置SPI1为主模式,设置SSI为1  
    : U$ R8 o8 o4 f2 P: k3 c
  6.   SPI_InitStructure.SPI_DataSize = SPI_DataSize_8b;  3 s# e- E1 Z+ o( S& H2 r2 H; d* I8 f& |+ [
  7.   . J" P* g% n+ T: u
  8.   SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_Low;  / V/ J9 t+ N3 N) ~$ O
  9.   
    " b# ~7 N' c0 U3 n* b7 d3 s
  10.   SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_2Edge;  % r( I- X# ?2 z
  11.   + p7 C" ]* _. ~- Q( m/ u
  12.   SPI_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft;//这里设置SSM为1,软件管理  
    ' B8 M  T6 Z% `6 Y$ T7 Y% r9 p
  13.   SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_4;  
    ' ]/ n! P2 q$ \) D9 f1 T7 h. u
  14.   
    $ I. E  {% B/ Y8 g3 S# r
  15.   SPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_LSB;  
      T: z% L2 [  }  e5 S8 \
  16.   4 h4 |7 \( Y% O3 T( @
  17.   SPI_InitStructure.SPI_CRCPolynomial = 7;  4 U, H2 L. y( @% s: t* X7 q
  18.   4 n7 ^! R% W6 M3 g- E
  19.   SPI_Init(SPI1, &SPI_InitStructure);  2 {- {) o+ f! i* k! p
  20.   6 |" _! w$ O8 P
  21.   /* SPI2 Config -------------------------------------------------------------*/  
    6 \! i- c/ j) Q
  22.   
    6 J3 t, ^4 H5 Z  ~7 v: U9 v" K! X
  23.   SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Slave;//这里设置SPI2为从模式SSI为0  
    ; J$ _6 _+ _2 k  F4 q
  24.   5 |$ L- f: m0 M
  25.   //因为SPI2和SPI1用的是同一个SPI_InitStructure,所以SSM位已经为1  # p- ?- z" N9 D3 ^
  26.   7 \3 K, z3 ~6 m; W) {
  27.   SPI_Init(SPI2, &SPI_InitStructure);
复制代码
对于SPI2的配置,和SPI1用的是同一个结构体,只需要把模式和SSI一改就行,其他的譬如软件使能,还有时序什么的都不用改。这样SPI1和SPI2就配置好了。以后就可以传输数据了。

4 \" I" W* m, O" G, A
; A1 U5 V: L" g- A& ^+ ~" ?. p5 ]4 Y% G% h0 `2 J1 Q

, d. x5 h) e5 ?: E+ _/ B

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参与人数 1 ST金币 +10 收起 理由
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收藏 1 评论4 发布时间:2017-9-14 10:04

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4个回答
五哥1 回答时间:2017-9-14 11:44:45
非常好的文章,有个疑问,SPI1和SPI2的总线不一样,配置是不是也不同。
五哥1 回答时间:2017-9-14 12:30:57
楼主我还有个SPI使用上的问题  ,见链接    寄存器版本的程序如何改成HAL库的? - STM32 - 意法半导体STM32/STM8技术社区 https://www.stmcu.org.cn/module/forum/thread-611831-1-1.html寄存器版本的程序如何改成HAL库的?
/ b' H: q6 Q( v
MrJiu 回答时间:2017-9-14 14:42:38
写的不错。。。。
lunar-412568 回答时间:2020-6-16 10:34:51
多谢!我正头痛呢!只想吐槽一句,ST写器件手册的人写的不够条理清晰,看得人一头雾水。

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