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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)8 f8 G! T7 d- j

  T. {) F" \4 a  VSPI从模式的配置(MSTR=0)
- V" Q1 B! q# B1.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。
2 x# m) B. {4 r' c6 n3 ]# C# p# A* W6 ~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。
. ~3 ^7 O& u' ~
$ j& V- p7 o  `' 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。  ?5 [* N. }6 d( ~# t, H& W9 N& [
                  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。& ~; M. p5 k9 _! G3 w

8 G* j% }8 ~: m' fSPI主模式配置(MSTR=1)
! p# ~* E& s8 j0 \+ ^1.硬件模式:SSM=0  
$ `! d# ?: ^9 R. [3 K7 I0 y; E   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。
+ J3 b% c& ?  S# A- k   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。            , R) \) u( y: E+ b9 m
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。
  J3 y6 |( Q. H" [) `6 ^# j  
3 L. h$ A2 O) o* }- |) O9 j% `; f- }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 N; d  u3 s  Z! W. s2 j6 k
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。& ^" H( T0 R% `) |" ^

6 w9 z/ \2 F: I3 o' D在实际中,stm32通常用作主模式,选择软件模式。
. O7 a( q, r2 l7 L
: O5 h) ^9 f& u" c" y9 O% J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。  m* V8 T, ~# Y, ^7 d+ W6 ~& J
     这个NSS到底是怎么作用呢?回答是片选。
7 w* i3 _$ q+ p- D3 N     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。# C3 _' X7 T5 n( \# x9 G: p
     先看输入输出模式.9 u# ~1 r' B  M  m0 o
9 }: {2 [, z' z; v. q) H. [3 ]
       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
+ @' b  i4 t. q0 s" O/ y! _" d     下面介绍NSS的输入。
; I7 u& P) w8 P! p3 o     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。
0 j0 X/ E5 v3 a4 N0 \% p  N7 ^     先说软件模式吧。
# E5 G4 B" ~* k* Z8 \9 W     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?
* T. b) K. q/ g- ]* x3 \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。
& P: A7 t, X; p( V0 ]     2 对于SPI 从机来说8 j* ]9 ^1 u2 e- E4 I% V& w$ K
     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。. W1 O" X: O4 w/ q% _0 Y
     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。
. S- n" B/ y" i* ~- j! n! ^! a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
1 k+ Y$ j. E$ f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。
8 x5 |/ b: \  D; g0 i再说说硬件模式。
* o+ F: G4 J( e' ]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。* k0 ~. F; l2 f/ c
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。
5 |5 u8 s1 B, [. M, ~  a" ~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。- b5 [$ z+ ~9 ?6 |, Q9 F" ~" C7 ?
" C9 H" \5 N, _  @" |7 |1 V

8 b5 o: k5 K6 G; t/ B8 p& k
  1. /* SPI1 Config -------------------------------------------------------------*/  
    7 f) H2 M# _+ y" D. f
  2.   . T# a+ j. x' b1 [' M
  3.   SPI_InitStructure.SPI_Direction = SPI_Direction_2Lines_FullDuplex;  
    5 ], x! O+ {1 r& V: f! [
  4.   
    8 s) H. {. v: n6 O! G4 B: e
  5.   SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Master,//这里设置SPI1为主模式,设置SSI为1  
    9 }, ?; N! ]# K; {8 m
  6.   SPI_InitStructure.SPI_DataSize = SPI_DataSize_8b;  
    : c. ?2 d! [& V& o# o1 z
  7.   
    1 v9 r1 c* k4 }/ ?9 k
  8.   SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_Low;  / q( T. Q  G' S4 ?' [
  9.   ) c' B/ g9 S1 O, v8 y2 Q- c. s; w
  10.   SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_2Edge;  7 S6 S6 G+ _2 p+ j
  11.   
    ' ?( P* \9 H8 w! P
  12.   SPI_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft;//这里设置SSM为1,软件管理  # G& C/ ]' d9 _1 @! q6 x; D
  13.   SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_4;  / c. j( x8 c( B# V- p4 s
  14.   6 I- z9 l* h, K, i; c( V
  15.   SPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_LSB;  
    5 H& N! o- X- L5 ~
  16.   
    " K8 B/ G/ P6 X+ n  u& d
  17.   SPI_InitStructure.SPI_CRCPolynomial = 7;  & v3 I0 i' H+ p+ I) _$ m- j# W
  18.   
    4 F! H7 V5 X5 o) g- C
  19.   SPI_Init(SPI1, &SPI_InitStructure);  
    ) P: ]; V6 C0 b, P. w) Z
  20.   / X0 N" X7 O8 y# I9 z* N9 c1 |
  21.   /* SPI2 Config -------------------------------------------------------------*/  0 p  p' C! ^* @* K6 v& G8 J9 ]
  22.   ( H. D$ _* O3 L. A
  23.   SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Slave;//这里设置SPI2为从模式SSI为0  
    / e& @: O- g! N
  24.   
    & j: a1 c/ ~8 w9 w/ L, d
  25.   //因为SPI2和SPI1用的是同一个SPI_InitStructure,所以SSM位已经为1  
    + C1 Q& q5 u/ j$ p
  26.   & K* x1 |; b9 ~! s& A2 j) |
  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。
% p+ l" P% c: u: y: H
/ K% b6 _% C9 i6 f1 C7 J9 ~. A, N4 C
$ L; A: D! g1 s, I/ O2 a$ d. B
- [4 }/ R. q3 D) x% |7 v

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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?
  V) Z5 o5 p' f3 ]
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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