4. SPI驱动开发（STM32）：HAL库SPI初始化、轮询/中断/DMA三种模式实现、数据帧格式配置（8位/16位）

好，咱们进入实战环节。SPI驱动开发，说白了就是让STM32的SPI外设按照你的意愿工作。HAL库帮我们封装了很多底层操作，但如果你不清楚背后的原理，出了问题照样抓瞎。我个人习惯，写SPI驱动前，先想清楚三个问题：用哪种模式（轮询/中断/DMA）？数据帧是8位还是16位？时钟极性相位怎么配？

4.1 HAL库SPI初始化：从结构体到寄存器

初始化是第一步，也是最容易踩坑的地方。HAL库的初始化函数HAL_SPI_Init()依赖一个结构体SPI_HandleTypeDef。我刚开始用的时候，以为填完结构体就万事大吉，结果有一次SPI死活不通，折腾了半天才发现是CLKPolarity和CLKPhase配反了。

成员	可选值	说明
Mode	SPI_MODE_MASTER / SPI_MODE_SLAVE	主从模式选择
Direction	SPI_DIRECTION_2LINES / SPI_DIRECTION_2LINES_RXONLY / SPI_DIRECTION_1LINE	全双工、只接收、半双工
DataSize	SPI_DATASIZE_8BIT / SPI_DATASIZE_16BIT	数据帧宽度
CLKPolarity	SPI_POLARITY_LOW / SPI_POLARITY_HIGH	空闲时SCK电平
CLKPhase	SPI_PHASE_1EDGE / SPI_PHASE_2EDGE	数据采样沿
NSS	SPI_NSS_SOFT / SPI_NSS_HARD_INPUT / SPI_NSS_HARD_OUTPUT	片选管理方式
BaudRatePrescaler	SPI_BAUDRATEPRESCALER_2 ~ SPI_BAUDRATEPRESCALER_256	波特率预分频
FirstBit	SPI_FIRSTBIT_MSB / SPI_FIRSTBIT_LSB	MSB还是LSB先行
TIMode	SPI_TIMODE_DISABLE / SPI_TIMODE_ENABLE	TI模式，一般禁用
CRCCalculation	SPI_CRCCALCULATION_DISABLE / SPI_CRCCALCULATION_ENABLE	硬件CRC，少用

嗯，这里要注意：时钟极性和相位必须和从设备匹配。我曾经遇到过一块LCD屏，手册上写的是模式0（CPOL=0, CPHA=0），结果我配成了模式3，屏幕死活不亮。后来用示波器一看，SCK波形完全反了。

4.2 三种传输模式：轮询、中断、DMA

SPI数据传输有三种方式，各有各的适用场景。我画了张图，帮你理清思路。

4.2.1 轮询模式

说白了就是CPU死等。调用HAL_SPI_TransmitReceive()后，函数不会返回，直到数据传完。代码最简单，但效率最低。

// 轮询模式示例：发送1字节并接收
uint8_t tx_data = 0xAA;
uint8_t rx_data = 0;
HAL_SPI_TransmitReceive(&hspi1, &tx_data, &rx_data, 1, 1000);
// 函数返回时，数据已经收发完成

我一般在初始化阶段或者读取单次传感器数据时用轮询。比如配置一个SPI DAC的输出值，发几个字节就完事，没必要上中断。

4.2.2 中断模式

中断模式让CPU从等待中解放出来。调用HAL_SPI_TransmitReceive_IT()后，函数立即返回，数据在中断服务函数里逐字节处理。

// 中断模式：启动传输
uint8_t tx_buf[16] = {0};
uint8_t rx_buf[16] = {0};
HAL_SPI_TransmitReceive_IT(&hspi1, tx_buf, rx_buf, 16);

// 传输完成回调
void HAL_SPI_TxRxCpltCallback(SPI_HandleTypeDef *hspi)
{
    if (hspi->Instance == SPI1)
    {
        // 数据收发完成，可以处理rx_buf了
    }
}

嗯，这里有个坑：中断服务函数里不要做耗时操作。我见过有人在回调里直接调用printf，结果串口还没打完，下一个SPI中断又来了，直接导致数据错乱。

4.2.3 DMA模式

DMA模式是终极方案。数据搬运完全由DMA控制器完成，CPU只需要在开始和结束时介入。调用HAL_SPI_TransmitReceive_DMA()即可。

// DMA模式：启动传输
uint8_t tx_buf[256] = {0};
uint8_t rx_buf[256] = {0};
HAL_SPI_TransmitReceive_DMA(&hspi1, tx_buf, rx_buf, 256);

// DMA传输完成回调
void HAL_SPI_TxRxCpltCallback(SPI_HandleTypeDef *hspi)
{
    if (hspi->Instance == SPI1)
    {
        // 256字节已通过DMA自动传输完成
    }
}

4.3 数据帧格式配置：8位 vs 16位

SPI的数据帧可以是8位或16位。这个配置看似简单，但影响深远。

特性	8位数据帧	16位数据帧
配置宏	SPI_DATASIZE_8BIT	SPI_DATASIZE_16BIT
每次传输位数	8位（1字节）	16位（2字节）
DR寄存器访问	按uint8_t读写	按uint16_t读写
典型应用	大多数传感器、Flash、LCD	音频Codec、高精度ADC
注意事项	字节序由FirstBit决定	大端/小端需与从设备匹配

为什么会有16位模式？说白了，有些外设的数据寄存器本身就是16位的，比如音频芯片的左右声道数据。用8位模式发16位数据，你得发两次，还要自己拼凑，麻烦不说还容易出错。

// 8位模式：发送两个字节
uint8_t data8[2] = {0x12, 0x34};
HAL_SPI_Transmit(&hspi1, data8, 2, 1000);

// 16位模式：发送一个16位数据
uint16_t data16 = 0x1234;
HAL_SPI_Transmit(&hspi1, (uint8_t*)&data16, 1, 1000); // 注意：长度参数是"帧数"

4.4 实战经验总结

说了这么多，最后分享几个我自己的经验。

• 初始化顺序很重要：先配置GPIO（复用功能、速度、上下拉），再使能SPI时钟，最后调用HAL_SPI_Init()。顺序反了可能导致初始化失败。
• 片选信号要手动控制：除非你用的是硬件NSS，否则我建议用普通GPIO控制片选。HAL库的HAL_SPI_TransmitReceive不会自动拉高拉低NSS，你得自己在前后加HAL_GPIO_WritePin。
• 调试时先降速：把预分频设大一点，比如SPI_BAUDRATEPRESCALER_256，让SPI时钟降到几百kHz。这样用示波器看波形更容易发现问题。
• 别忘了使能DMA时钟：用DMA模式时，很多人只配了SPI，忘了使能DMA时钟。结果SPI初始化成功，但DMA不工作。检查一下__HAL_RCC_DMAx_CLK_ENABLE()有没有调用。