RVMCU课堂「15」: 手把手教你玩转RVSTAR—SPI总线通信篇
时间：2021-12-07 11:32:44
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[导读]SPI是一种同步、高速、全双工的通信总线，全称为SerialPeripheralInterface（串行外设接口），由Motorola公司提出。在嵌入式系统设计时，常使用SPI接口连接一些传感器、外接存储器或通信模组，本期内容将通过RV-STAR和ArduinoUNO间的SPI通...
SPI是一种同步、高速、全双工的通信总线，全称为Serial Peripheral Interface（串行外设接口），由Motorola公司提出。在嵌入式系统设计时，常使用SPI接口连接一些传感器、外接存储器或通信模组，本期内容将通过RV-STAR和Arduino UNO间的SPI通信例程，带领大家了解SPI的应用方法。
系统环境Windows 10-64bit
软件平台NucleiStudio IDE 202102版CoolTerm
硬件需求RV-STAR开发板Arduino UNO开发板
SPI原理简介
SPI是一种主从式的总线通信，通常是“一主一从”或“一主多从”，但如果能保证系统中任意时刻只有一个处于激活状态的主设备，也可以通过时分实现一条总线上有多个主设备。标准的SPI需要四根信号线：
SPI的工作基于移位寄存器：为实现数据传输或数据接收，主设备和从设备包含了专用的移位寄存器，通常是8位或16位。工作过程就像一个环形传送带：由主机逐位将数据放在传送带上，并驱动传送带将数据传送到从机，同时从机也会同步地逐位将数据传送给主机。
GD32VF103的SPI模块
GD32VF103的SPI接口模块提供了基于SPI协议的数据发送和接收功能，可以工作于主机或从机模式，同时具有硬件CRC计算和校验的全双工及半双工模式。
SPI模块的主要特征：
实验部分
实验部分我们将实现一个简单的SPI通信过程：字符串数据由主机（RV-STAR）生成，并通过SPI接口发送到从机（Arduino UNO），然后从机再将字符串数据通过串口打印输出到PC主机上。由于我们采用的是“一主一从”的通信模式，不需要进行片选，因此可以省去SS线的连接（但一定要共地线），这样也可以同时简化部分代码，可以参考如下方式将两个开发板进行连线：
然后需要分别创建工程并编写代码，RV-STAR的工程创建相信读者们已经很熟悉了，Arduino的话，可用Arduino IDE进行开发。RV-STAR 作为 SPI 主机，在传输数据前需要对 SPI 外设进行配置：首先使能外设时钟，然后初始化输出端口，SCK 和 MOSI 引脚初始化为推挽输出模式，MOSI需要初始化为浮空输入模式；然后创建一个 SPI 初始化结构体并进行配置，其中，需要设置时钟极性为低、在第一个跳变沿处理数据（即 SPI_CK_PL_LOW_PH_1EDGE），这是为了和Arduino的SPI默认配置保持一致，另外由于Arduino本身的时钟速率较低，SPI速率不宜过高，因此这里分频系数设置为128，配置部分的完整代码如下：
void spi_config()
{
rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOA);
rcu_periph_clock_enable(RCU_AF);
rcu_periph_clock_enable(RCU_SPI0);
/* configure SPI0 GPIO : SCK/PA5, MISO/PA6, MOSI/PA7 */
gpio_init(GPIOA, GPIO_MODE_AF_PP, GPIO_OSPEED_50MHZ, GPIO_PIN_5 | GPIO_PIN_7);
gpio_init(GPIOA, GPIO_MODE_IN_FLOATING, GPIO_OSPEED_50MHZ, GPIO_PIN_6);
spi_parameter_struct spi_init_struct;
/* deinitialize SPI and the parameters */
spi_i2s_deinit(SPI0);
spi_struct_para_init(
系统环境Windows 10-64bit
软件平台NucleiStudio IDE 202102版CoolTerm
硬件需求RV-STAR开发板Arduino UNO开发板
SPI原理简介
SPI是一种主从式的总线通信，通常是“一主一从”或“一主多从”，但如果能保证系统中任意时刻只有一个处于激活状态的主设备，也可以通过时分实现一条总线上有多个主设备。标准的SPI需要四根信号线：
- SS（Slave Select）：从设备选择，也称片选，主机通过拉低从机的片选信号选择从机
- SCK（Serial Clock）：传输时钟的信号线，时钟信号由主机产生，类似于I2C的SCL
- MOSI（Master Out Slave In）：主设备输出，从设备输入，由主机向从机发送数据的通道
- MISO（Master In Slave Out）：主设备输入，从设备输出，由从机向主机发送数据的通道
SPI的工作基于移位寄存器：为实现数据传输或数据接收，主设备和从设备包含了专用的移位寄存器，通常是8位或16位。工作过程就像一个环形传送带：由主机逐位将数据放在传送带上，并驱动传送带将数据传送到从机，同时从机也会同步地逐位将数据传送给主机。
GD32VF103的SPI模块
GD32VF103的SPI接口模块提供了基于SPI协议的数据发送和接收功能，可以工作于主机或从机模式，同时具有硬件CRC计算和校验的全双工及半双工模式。
SPI模块的主要特征：
- 支持全双工和半双工的主从操作
- 16位宽度，独立的发送和接收缓冲区
- 8位或16位数据帧格式
- 低位在前或高位在前的数据位顺序
- 软件和硬件NSS管理
- 硬件CRC计算、发送和校验
- 发送和接收支持DMA模式
- 支持SPI TI模式
- 支持SPI NSS脉冲模式
实验部分
实验部分我们将实现一个简单的SPI通信过程：字符串数据由主机（RV-STAR）生成，并通过SPI接口发送到从机（Arduino UNO），然后从机再将字符串数据通过串口打印输出到PC主机上。由于我们采用的是“一主一从”的通信模式，不需要进行片选，因此可以省去SS线的连接（但一定要共地线），这样也可以同时简化部分代码，可以参考如下方式将两个开发板进行连线：
然后需要分别创建工程并编写代码，RV-STAR的工程创建相信读者们已经很熟悉了，Arduino的话，可用Arduino IDE进行开发。RV-STAR 作为 SPI 主机，在传输数据前需要对 SPI 外设进行配置：首先使能外设时钟，然后初始化输出端口，SCK 和 MOSI 引脚初始化为推挽输出模式，MOSI需要初始化为浮空输入模式；然后创建一个 SPI 初始化结构体并进行配置，其中，需要设置时钟极性为低、在第一个跳变沿处理数据（即 SPI_CK_PL_LOW_PH_1EDGE），这是为了和Arduino的SPI默认配置保持一致，另外由于Arduino本身的时钟速率较低，SPI速率不宜过高，因此这里分频系数设置为128，配置部分的完整代码如下：
void spi_config()
{
rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOA);
rcu_periph_clock_enable(RCU_AF);
rcu_periph_clock_enable(RCU_SPI0);
/* configure SPI0 GPIO : SCK/PA5, MISO/PA6, MOSI/PA7 */
gpio_init(GPIOA, GPIO_MODE_AF_PP, GPIO_OSPEED_50MHZ, GPIO_PIN_5 | GPIO_PIN_7);
gpio_init(GPIOA, GPIO_MODE_IN_FLOATING, GPIO_OSPEED_50MHZ, GPIO_PIN_6);
spi_parameter_struct spi_init_struct;
/* deinitialize SPI and the parameters */
spi_i2s_deinit(SPI0);
spi_struct_para_init(
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