📚 课程目录第4章 SPI总线驱动

4. SPI 总线驱动：主从模式、时钟相位与 DMA 传输

SPI 这玩意儿，说简单也简单，说坑也真不少。我最早接触 SPI 是在一块老式的 ARM 板子上，当时觉得不就是四根线嘛，SCK、MOSI、MISO、CS，能有多复杂？结果一上逻辑分析仪，波形乱七八糟，从机根本不搭理我。后来才发现，时钟极性和相位配错了。

今天咱们就好好捋一捋 CH32V203 的 SPI 模块。我会把主从模式、时钟配置、DMA 传输这些点，结合我踩过的坑，一个一个说清楚。

4.1 SPI 主从模式配置

CH32V203 的 SPI 外设，支持主模式和从模式。说白了，主模式负责产生时钟，从模式被动接收。配置起来其实不复杂，但有几个关键寄存器你得记住。

寄存器	功能	关键位
SPI_CTRL1	控制寄存器 1	MSTR(主从选择)、BR[2:0](波特率)、SPE(使能)
SPI_CTRL2	控制寄存器 2	SSOE(片选输出使能)、DMAEN(DMA使能)
SPI_STAT	状态寄存器	BSY(忙标志)、RXNE(接收非空)、TXE(发送空)
SPI_DAT	数据寄存器	8位或16位数据

我个人习惯，初始化 SPI 时先关掉外设（SPE=0），配好所有参数，最后再使能。这样能避免配置过程中产生意外时钟。

主模式初始化要点：

设置 MSTR=1，选择主模式
配置 BR[2:0] 分频系数，决定 SCK 频率
设置 CPOL 和 CPHA，匹配从机要求
配置数据帧格式（8位或16位）
使能 SPI（SPE=1）

// 主模式初始化示例
void SPI1_Master_Init(void) {
    // 使能 SPI1 时钟
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_SPI1, ENABLE);
    
    // 配置 GPIO：SCK、MOSI 为推挽输出，MISO 为浮空输入
    // ... GPIO 配置代码省略 ...
    
    // 关闭 SPI
    SPI_Cmd(SPI1, DISABLE);
    
    // 配置为主模式，8位数据，CPOL=0, CPHA=0
    SPI_InitTypeDef spi_init = {0};
    spi_init.SPI_Direction = SPI_Direction_2Lines_FullDuplex;
    spi_init.SPI_Mode = SPI_Mode_Master;
    spi_init.SPI_DataSize = SPI_DataSize_8b;
    spi_init.SPI_CPOL = SPI_CPOL_Low;
    spi_init.SPI_CPHA = SPI_CPHA_1Edge;
    spi_init.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft;
    spi_init.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_16;
    spi_init.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB;
    SPI_Init(SPI1, &spi_init);
    
    // 使能 SPI
    SPI_Cmd(SPI1, ENABLE);
}

4.2 时钟极性与相位设置

时钟极性和相位，这是 SPI 最容易出问题的地方。我见过太多人在这上面栽跟头了。

CPOL（时钟极性）：决定空闲时 SCK 的电平。

CPOL=0：空闲时 SCK 为低电平
CPOL=1：空闲时 SCK 为高电平

CPHA（时钟相位）：决定数据在哪个边沿被采样。

CPHA=0：第一个边沿采样（上升沿或下降沿，取决于 CPOL）
CPHA=1：第二个边沿采样

你想想看，这两个参数组合起来就是四种模式。很多从机芯片的数据手册里会明确写“Mode 0”或“Mode 3”，其实就是指 CPOL 和 CPHA 的组合。

SPI 模式	CPOL	CPHA	采样边沿
Mode 0	0	0	上升沿采样
Mode 1	0	1	下降沿采样
Mode 2	1	0	下降沿采样
Mode 3	1	1	上升沿采样

我曾经踩过的坑： 有一次调试一个温湿度传感器，数据读出来全是 0xFF。折腾了半天，最后用逻辑分析仪一看，发现从机是在 SCK 下降沿输出数据，而我配置的是上升沿采样。说白了，就是 CPHA 配反了。改过来之后，数据就正常了。

所以我的建议是：拿到一个从机芯片，第一件事就是看数据手册里的时序图。找到 SCK 和 MOSI/MISO 的对应关系，确认是 Mode 几，然后再配置。

4.3 DMA 传输配置

SPI 配合 DMA，才能发挥出真正的性能。尤其是你要传输大量数据的时候，比如驱动 LCD 屏幕或者读写 SD 卡，用 CPU 一个一个字节去搬，效率太低了。

CH32V203 的 SPI1 和 SPI2 都支持 DMA 传输。配置起来也不难，分三步走：

配置 DMA 通道，设置源地址、目的地址、传输长度
使能 SPI 的 DMA 请求（SPI_CTRL2 的 TXDMAEN 和 RXDMAEN）
启动 DMA 传输

// SPI1 DMA 发送示例
void SPI1_DMA_Send(uint8_t *data, uint16_t len) {
    // 配置 DMA1 通道3 用于 SPI1_TX
    DMA_InitTypeDef dma_init = {0};
    
    dma_init.DMA_PeripheralBaseAddr = (uint32_t)&SPI1->DAT;
    dma_init.DMA_MemoryBaseAddr = (uint32_t)data;
    dma_init.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralDST;
    dma_init.DMA_BufferSize = len;
    dma_init.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable;
    dma_init.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable;
    dma_init.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_Byte;
    dma_init.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_Byte;
    dma_init.DMA_Mode = DMA_Mode_Normal;
    dma_init.DMA_Priority = DMA_Priority_High;
    dma_init.DMA_M2M = DMA_M2M_Disable;
    DMA_Init(DMA1_Channel3, &dma_init);
    
    // 使能 SPI1 的 TX DMA
    SPI_I2S_DMACmd(SPI1, SPI_I2S_DMAReq_Tx, ENABLE);
    
    // 启动 DMA
    DMA_Cmd(DMA1_Channel3, ENABLE);
}

小技巧： 做 DMA 传输时，记得检查 DMA 传输完成标志。我一般会在 DMA 中断里做后续处理，比如关闭 SPI 片选或者通知上层应用。别在 DMA 还没传完就去操作 SPI 寄存器，容易出问题。

4.4 调试与故障定位

SPI 调试，工具很重要。我强烈建议你备一个逻辑分析仪，哪怕是几十块钱的 USB 逻辑分析仪，也比用示波器方便得多。为什么？因为逻辑分析仪可以同时抓多路信号，还能解析协议，一眼就能看出问题。

常见的 SPI 故障，我总结了一下：

没时钟输出：检查 SPI 是否使能，GPIO 配置是否正确，时钟分频是否合理
数据全是 0xFF：大概率是时钟相位不匹配，或者从机没被选中（CS 没拉低）
数据错位：检查数据帧格式（8位/16位），以及 MSB/LSB 顺序
DMA 传输卡死：检查 DMA 通道配置，确认源地址和目的地址是否正确

我的调试流程：

先用 GPIO 模拟 SPI，确认从机能正常工作
再用硬件 SPI 的轮询模式，验证寄存器配置
最后才上 DMA，做性能优化

这样一步步来，出了问题也容易定位。

4.5 知识结构总览

下面这张图，把 SPI 驱动涉及的核心知识点串起来了。你可以对照着看，哪个环节不清楚，就回头翻翻对应的内容。

嗯，SPI 这块内容就这些。配置不难，但细节多。你只要把主从模式、时钟相位、DMA 这三个点吃透了，大部分 SPI 设备都能搞定。下次遇到 SPI 通信问题，别慌，拿逻辑分析仪抓一下波形，对照着时序图看，问题基本就浮出水面了。