2. STM32 SPI外设架构：从框图到实战

SPI外设的架构，说白了就是一张硬件地图。你只有把这张地图看懂了，写驱动的时候才知道数据往哪走、时钟从哪来、中断怎么触发。我刚开始学的时候，直接对着寄存器手册硬啃，结果越看越懵。后来老老实实把框图抄了一遍，才豁然开朗。

2.1 SPI框图解析：数据流动的“高速公路”

先看这张核心框图，它展示了SPI外设内部的数据流向和控制逻辑。

这张图里，我重点标出了几个关键模块。你写驱动的时候，本质上就是在操作这些模块的寄存器。

• 控制寄存器组：配置SPI的模式、使能、数据格式等。说白了就是SPI的“大脑”。
• 波特率分频器：决定SCK时钟频率。我习惯叫它“油门”，踩多大看外设能跑多快。
• CPOL/CPHA控制：时钟极性和相位。这个配错了，数据就全乱套。
• 数据寄存器(DR)：读写数据的入口。你往DR写一个字节，硬件自动帮你发出去。
• 移位寄存器：真正的数据搬运工。数据在这里串行移出/移入。

2.2 时钟树与波特率配置：别让外设“跑太快”

SPI的时钟源来自APB总线。你想想看，APB时钟经过分频后，才能得到SCK。这个分频系数由SPI_CR1寄存器的BR[2:0]位控制。

配置波特率的代码很简单，但要注意顺序：

// 假设APB时钟为72MHz，目标SCK为9MHz（分频8）
SPI1->CR1 |= (0x02 << 3);  // BR[2:0] = 010, 分频8

// 我习惯先配置分频，再使能SPI
SPI1->CR1 |= SPI_CR1_SPE;   // 使能SPI

2.3 数据寄存器与FIFO：读写数据的“门”

数据寄存器(DR)是SPI外设和CPU之间的数据通道。你往DR写数据，硬件自动发送；你读DR，得到的是接收到的数据。

但这里有个细节：DR是16位的。如果你配置了8位数据格式，写入DR时只使用低8位；16位格式则使用全部16位。

对于有FIFO的STM32型号（比如F4、F7系列），事情就更有意思了。FIFO可以缓存多个数据，减少CPU的干预次数。

我建议：如果芯片支持FIFO，尽量用起来。特别是做显示驱动或者SD卡读写的时候，FIFO能省不少CPU时间。

2.4 中断与DMA请求线：让CPU“喘口气”

SPI外设可以产生多种中断事件。你想想看，如果每次收发一个字节都要CPU轮询，那CPU基本就废了。中断和DMA就是来解放CPU的。

SPI的中断事件主要有这几个：

• TXE (发送缓冲区空)：可以往DR写下一个数据了。
• RXNE (接收缓冲区非空)：DR里有数据可以读了。
• ERR (错误事件)：溢出、模式错误、CRC错误等。

配置中断的代码示例：

// 使能SPI1的RXNE中断
SPI1->CR2 |= SPI_CR2_RXNEIE;

// 配置NVIC
NVIC_EnableIRQ(SPI1_IRQn);
NVIC_SetPriority(SPI1_IRQn, 1);

如果数据量比较大，比如一次传几百个字节，用中断还是有点累。这时候就该DMA上场了。

SPI的DMA请求线有两条：

• SPI_TX_DMA：发送请求。当发送缓冲区空时触发。
• SPI_RX_DMA：接收请求。当接收缓冲区非空时触发。

配置DMA传输的代码：

// 配置DMA发送通道
DMA_InitTypeDef DMA_InitStruct;
DMA_InitStruct.DMA_PeripheralBaseAddr = (uint32_t)&SPI1->DR;
DMA_InitStruct.DMA_MemoryBaseAddr = (uint32_t)tx_buffer;
DMA_InitStruct.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralDST;
DMA_InitStruct.DMA_BufferSize = 256;
DMA_InitStruct.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable;
DMA_InitStruct.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable;
DMA_InitStruct.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_Byte;
DMA_InitStruct.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_Byte;
DMA_InitStruct.DMA_Mode = DMA_Mode_Normal;
DMA_Init(DMA2_Stream3, &DMA_InitStruct);

// 使能SPI的DMA发送请求
SPI1->CR2 |= SPI_CR2_TXDMAEN;

总结一下中断和DMA的选择：