SPI 通信中，从机发送模式的 “下溢（Underrun）” 是影响数据可靠性的关键问题 —— 当主机时钟已触发，但从机 TXFIFO 无可用数据时，会导致传输异常。STM32H7 系列通过灵活的 UDRDET 配置，支持三种下溢检测时刻，配合 dummy 数据、自定义下溢模式（underrun pattern）机制，可精准适配不同场景需求，核心价值在于 “提前规避异常、明确故障处理、保障传输完整性”。

资料获取：STM32H7 SPI通信的Underrun特性介绍

1. SPI Underrun 是什么

1.1 下溢定义与发生场景

• Underrun（下溢） ：SPI 从机工作在发送模式时，主机的 SCK 时钟信号已到来，但从机 TXFIFO 中无待发送数据，导致无法按时输出有效数据的异常状态。
• 核心影响 ：未处理的下溢会导致传输数据错乱、主机接收错误，严重时引发通信中断。
• 解决逻辑 ：通过硬件检测下溢事件，自动发送预设数据（dummy/pattern），同时触发中断提醒软件处理，避免异常扩散。

1.2 基础铺垫：SPI 时钟与传输逻辑

下溢检测与 SPI 时钟相位 / 极性直接相关，需先明确核心配置（不深入复杂时序，聚焦传输本质）：

• CPOL（时钟极性） ：SCK 空闲电平（0 = 低电平，1 = 高电平）。
• CPHA（时钟相位） ：数据采样 / 移位的时钟边沿（0 = 奇数边沿采样、偶数边沿移位；1 = 奇数边沿移位、偶数边沿采样）。
• 传输关键 ：从机需在主机指定的时钟边沿前，将数据写入 TXFIFO，否则触发下溢。

2. 核心配置：UDRDET 三种下溢检测模式详解

STM32H7 通过 SPI_CFG1 寄存器的UDRDET[1:0]字段，配置从机下溢检测时刻，三种模式行为差异显著，需结合场景选型：

UDRDET 配置	检测时刻	下溢后行为	关键波形特征	适用场景
0（默认）	新数据帧启动时（主机开始提供该帧时钟）	1. 首帧下溢：发送 dummy 数据；2. 未清除 UDR 状态位：后续帧发送 underrun pattern	第二帧触发下溢，第三帧起发 pattern（见图 2）	对首帧容错要求高、允许短暂无数据的场景（如低速传感器数据传输）
1	上一帧传输结束时（TXFIFO 变为空）	1. 初始 TXFIFO 空（首帧）：先送 dummy，后续发 pattern；2. 传输中 TXFIFO 空：直接发 pattern	首帧空则首帧送 dummy，传输中为空则当前帧后发 pattern（见图 3/4）	需快速响应下溢、避免多帧错误的场景（如高速数据流式传输）
2	SS 信号激活时（SS引脚拉低）	1. 激活时 TXFIFO 空：立即触发下溢；2. SS 未翻转：每帧后均触发下溢（即使 TXFIFO 非空）	首帧及后续均发送 pattern（见图 5）	严格要求无数据时不传输、需快速终止通信的场景（如安全敏感数据传输）

关键补充：下溢后核心处理机制

1. dummy 数据 ：硬件默认生成的占位数据，无实际含义，仅用于维持 SPI 时序完整性。
2. underrun pattern ：可通过 SPI_CFG1 寄存器UDRCFG字段配置（如全 0、全 1、交替码等），用于主机识别下溢异常。
3. 硬件延迟注意 ：下溢事件发生后，需经过几个 SPI 时钟周期 才能检测到（或触发中断），软件处理需预留缓冲时间。

3. 实战配置：从 CubeMX 到代码实现

3.1 CubeMX 配置步骤

1. 启用 SPI 从机模式，配置 CPOL/CPHA（需与主机一致）。
2. 进入 “Configuration”→“SPI Configuration”→“Advanced Parameters”。
3. 找到 “Underrun Detection (UDRDET)”，选择对应模式（0/1/2）。
4. （可选）配置 underrun pattern（“Underrun Pattern Configuration”）。
5. 启用 UDR 中断（如需软件处理下溢）：“NVIC Settings”→勾选 “SPIx global interrupt”。

3.2 寄存器配置代码示例（HAL 库）

#include "stm32h7xx_hal.h"

// SPI句柄（需提前初始化SPI从机模式）
extern SPI_HandleTypeDef hspi1;

// 配置UDRDET模式（以UDRDET=1为例）
void SPI_Config_Underrun(uint8_t udr_det_mode) {
  // 1. 禁用SPI，避免配置过程中产生传输
  __HAL_SPI_DISABLE(&hspi1);

  // 2. 配置UDRDET字段（SPI_CFG1寄存器，位[17:16]）
  MODIFY_REG(hspi1.Instance->CFG1, SPI_CFG1_UDRDET, (udr_det_mode << SPI_CFG1_UDRDET_Pos));

  // 3. （可选）配置underrun pattern（UDRCFG字段，位[19:18]，示例：全0 pattern）
  MODIFY_REG(hspi1.Instance->CFG1, SPI_CFG1_UDRCFG, (0x00 << SPI_CFG1_UDRCFG_Pos));

  // 4. 清除之前的UDR状态位（SPI_SR寄存器）
  __HAL_SPI_CLEAR_FLAG(&hspi1, SPI_FLAG_UDR);

  // 5. 重新启用SPI
  __HAL_SPI_ENABLE(&hspi1);
}

// UDR中断回调函数（处理下溢事件）
void HAL_SPI_ErrorCallback(SPI_HandleTypeDef *hspi) {
  if (hspi->Instance == SPI1 && __HAL_SPI_GET_FLAG(hspi, SPI_FLAG_UDR)) {
    // 1. 处理下溢逻辑（如补充数据到TXFIFO、终止通信等）
    printf("SPI Underrun detected!rn");

    // 2. 清除UDR状态位（必须操作，否则后续一直发送pattern）
    __HAL_SPI_CLEAR_FLAG(hspi, SPI_FLAG_UDR);
  }
}

4. 选型建议与避坑指南

4.1 配置选型建议

• 低速、数据突发传输（如传感器周期性上报）：选 UDRDET=0，允许首帧 dummy 数据，容错性更高。
• 高速、连续数据流（如 ADC 采样实时传输）：选 UDRDET=1，快速检测传输中 TXFIFO 空，减少错误数据量。
• 高可靠性、无数据时禁止传输（如加密数据通信）：选 UDRDET=2，SS 激活即检测，直接发 pattern 提示异常。

4.2 常见问题与规避

• 问题 1：下溢后一直发送 underrun pattern → 未清除 SPI_SR 寄存器的 UDR 状态位，需在中断或主循环中主动清除。
• 问题 2：检测不到下溢中断 → 未启用 SPI 全局中断，或未在 NVIC 中配置中断优先级。
• 问题 3：不同 UDRDET 模式混用导致异常 → 明确场景后固定配置，避免动态切换（如需切换需先禁用 SPI）。

STM32H7 SPI 的 Underrun 特性通过灵活的检测时刻配置和自动容错机制，从硬件层面提升了从机发送的可靠性。核心是根据通信场景选择合适的 UDRDET 模式，配合状态位清除、pattern 配置和中断处理，可彻底规避下溢导致的传输异常。