15.1 SPI协议概述
由于时间的原因物理特性之类的这里不在过多的说，如果你是做软件的，这篇是完全没有问题的，因为作为程序开发者，只需要知道他的数据的发送以及时钟特性，其他的并不是很重要，如果你是做硬件开发的话，我认为你只需要参考芯片官方的数据手册就可以了，并不需要你做什么，这方面的电路设计网上也挺多。
SPI是Motorola首先提出的全双工四线同步串行外围接口，采用主从模式（Master-Slave）架构。支持
单主多从模式应用，时钟由Master控制，在时钟移位脉冲下，数据按位传输，高位在前，低位在后（MSB first）。
4线SPI器件有四个信号：时钟(SPI CLK, SCLK)、主机输出从机输入(MOSI)、主机输入从机输出(MISO)、片选(CS/NSS)。
为全双工通信，如图是SPI与从机连接示意图：
SPI通信什么时候是主机呢？
产生时钟信号的器件称作主机。主机和从机之间传输的数据与主机产生的时钟同步。
SPI只有一个主机，但是可以有多个从机。
SPI通信示意图：
主机的片选信号用于选择从机，一般是一个低电平有效，拉高时从机与SPI总线断开连接。
MOSI是主机发送从机接収，MISO主机接収从机发送。
15.1.1 SPI数据传输
1、在MOSI、MISO和SPI主从机内部的数据寄存器构成一个数据串行传输的环路，在时钟SCLK的控制下实现数据的环形传输。
要开始SPI通信，主机必须发送时钟信号，并通过使能NSS信号选择从机。
在看一下这个图：
15.1.2 时钟极性和时钟相位
1、CPOL极性(Clock Polarity ,CPOL)
SPI的CPOL，表示当总线空闲时，SCLK的极性，其电平的值是低电平0还是高电平1：
CPOL=0，时钟空闲时候的电平是低电平，所以当SCLK有效的时候，就是高电平；
CPOL=1，时钟空闲时候的电平是高电平，所以当SCLK有效的时候，就是低电平。
2、CPHA相位(Clock Phase ,CPHA)
CPHA相位对应着数据采样是在第一个边沿（空闲态转电平切换到相反电平）还是第二个边沿，
0对应着第一个边沿，1对应着第二个边沿。
15.1.3 四种SPI模式
主机必须根据从机的要求选择时钟极性和时钟相位。
下图是SPI的四种模式：
下面咱们来说说这几种模式：
1、模式0：
在此模式下，时钟极性CPOL=0，表示时钟信号的空闲状态为低电平。时钟相位CPHA=0，数据在第一个边沿（上升沿）采样，并且数据在时钟信号接下来的下降沿移出。
2、模式1：
在此模式下，时钟极性CPOL=0，表示时钟信号的空闲状态为低电平。时钟相位CPHA=1，数据在第二个边沿（下降沿）采样，并且数据在时钟信号接下来的上升沿移出。
3、模式2：
在此模式下，时钟极性CPOL=1，表示时钟信号的空闲状态为高电平。时钟相位CPHA=0，数据在第一个边沿（下降沿）采样，并且数据在时钟信号接下来的上升沿移出。
4、模式3：
在此模式下，时钟极性CPOL=1，表示时钟信号的空闲状态为高电平。时钟相位CPHA=1，数据在第二个边沿（上升沿）采样，并且数据在时钟信号接下来的下降沿移出。
15.2 STM32上的SPI
STM32F429内部有6个SPI控制器，可与外部器件进行半双工/全双工的同步串行通信。
SPI控制器主要有以下特性：
全双工同步传输；
8位或 16 位传输帧格式选择；
支持最高的SCK时钟频率为 fpclk/2
主模式或从模式操作、多主模式功能；
可编程的时钟极性和相位；
可编程的数据顺序，先移位 MSB 或 LSB；
可触发中断的专用发送和接收标志；
具有 DMA 功能。
15.2.1 结构
SPI结构图：
STM32 芯片有多个 SPI 外设，它们的 SPI 通讯引脚（MOSI、MISO、SCLK 及 NSS）通过 GPIO 引脚复用映射实现。
SPI引脚图：
6个SPI控制器中SPI1、SPI4、SPI5、SPI6 挂载在 APB2总线上，最高通信速率达45Mbtis/s，SPI2、SPI3挂载在 APB1 总线上，最高通信速率为 22.5Mbits/s。
15.2.2 SPI主机配置
在此配置中，MOSI 引脚为数据输出，MISO 引脚为数据输入。
1、发送数据：在发送缓冲区中写入字节时，SPI控制器开始发送数据。当移位寄存器中的数据都串行输出之后，数据从发送缓冲区传输到移位寄存器，并将TXE 标志置 1，并且在 SPI_CR2寄存器中的 TXEIE 位置 1 时将生成中断。仅当 TXE 标志为 1 时，才可以对发送缓冲区执行写操作。
2、接收数据：对于接收器，在数据传输完成时：移位寄存器中的数据将传输到接收缓冲区，并且 RXNE 标志置 1。如果 SPI_CR2 寄存器中的 RXNEIE 位置 1，则生成中断。在出现最后一个采样时钟边沿时，RXNE 位置 1，移位寄存器中接收的数据字节被拷贝到接收缓冲区中。通过读取 SPI_DR 寄存器获取接收到的数据，并将 RXNE 位清零。
15.2.3 SPI从机配置
在此配置中，从 SCK 引脚上接收主器件的串行时钟。
1、发送数据：数据字节在写周期内被并行加载到发送缓冲区中，当从器件收到时钟信号和数据的高有效位时，开始发送数据。SPI_SR 寄存器中的TXE 标志在数据从发送缓冲区传输到移位寄存器时置 1，并且在SPI_CR2 寄存器中的 TXEIE 位置 1 时将生成中断。
2、接收数据：对于接收器，在数据传输完成时：移位寄存器中的数据将传输到接收缓冲区，并且 RXNE 标志（SPI_SR 寄存器）置 1。如果 SPI_CR2 寄存器中的 RXNEIE 位置 1，则生成中断。通过读取SPI_DR寄存器获取接收到的数据，并将 RXNE 位清零。
15.2.4 主模式的全双工收发过程
通过SPE位置1使能SPI
把第一个数据写入SPI_DR（这种操作会把TXE标志清零）
等到TXE=1，然后写入要发送的第二个数据项。然后等待RXNE=1，读取SPI_DR获取接収第一个数据（RXNE会清零）。然后重复此操作，直到数据接収为止。
等待RXNE=1，读取最后的接収数据
等待TXE=1，然后等待BSY=0，载关闭SPI。
15.2.5 SPI状态标志
软件可通过三种状态标志监视 SPI 总线的状态。
1、发送缓冲区为空 (TXE)：此标志置1时，表示发送缓冲区为空，可以将待发送的下一个数据加载到缓冲区中。对SPI_DR 寄存器执行写操作时，将清零 TXE 标志。
2、接收缓冲区非空 (RXNE)：此标志置 1 时，表示接收缓冲区中存在有效的已接收数据。读取 SPI_DR 时，将清零该标志。
3、BUSY：BSY 标志由硬件置 1 和清零（对此标志执行写操作没有任何作用）。BSY 标志用于指示SPI 通信的状态。BSY 置 1 时，表示 SPI 正忙于通信。在主模式下的双向通信接收模式（MSTR=1 且 BDM=1且 BDOE=0）有一个例外情况，BSY 标志在接收过程中保持低电平。
15.2.6 SPI中断
15.3 SPI应用步骤及常用库函数
15.3.1 SPI典型应用步骤
以SPI5工作在全双工主模式为例，使用PF6、PF7、PF8、PF9分别作为作为SPI1的NSS、SCLK、MISO和MOSI的复用引脚。
1、开启SPI5控制器时钟和通信线复用引脚端口GPIOF的时钟。使能SPI5时钟：RCC_APB2PeriphClockCmd (RCC_APB2Periph_SPI5, ENABLE); 使能GPIOA时钟： RCC_AHB1PeriphClockCmd (RCC_AHB1Periph_GPIOA, ENABLE); 2、初始化引脚复用PF6~PF9到SPI5： GPIO_PinAFConfig(GPIOF,GPIO_PinSource7,GPIO_AF_SPI5); GPIO_PinAFConfig(GPIOF,GPIO_PinSource8,GPIO_AF_SPI5); GPIO_PinAFConfig(GPIOF,GPIO_PinSource9,GPIO_AF_SPI5);将引脚设置为复用模式，并初始化： GPIO_Init(GPIOF, &GPIO_InitStructure); 3、初始化SPI5控制器工作模式。SPI_Init(SPI5, &SPI_InitStructure); 4、使能SPI5控制器SPI_Cmd(SPI5, ENABLE); 5、中断使能如果需要使用中断，需要配置NVIC和使能相应的SPI5中断事件。
15.3.2 常用库函数
头文件：stm32f4xx_spi.h
源文件：stm32f4xx_spi.c
1、SPI初始化函数void void SPI_Init(SPI_TypeDef* SPIx, SPI_InitTypeDef* SPI_InitStruct)1）、参数1：SPI_TypeDef* SPIx ，SPI应用对象，是一个结构体指针#define SPI1 ((SPI_TypeDef *) SPI1_BASE)2）、参数2：SPI_InitTypeDef* SPI_InitStruct，是SPI应用对象初始化结构体指针typedef struct{ uint16_t SPI_Direction; //定义SPI单向还是双向传输 uint16_t SPI_Mode; //定义SPI的主从模式 uint16_t SPI_DataSize; //定义SPI传输数据宽度 uint16_t SPI_CPOL; // SPI的CPOL极性，定义当SPI空闲时，SCLK的极性 uint16_t SPI_CPHA; // SPI的CPHA 相位 uint16_t SPI_NSS; //NSS引脚管理方式 uint16_t SPI_BaudRatePrescaler; //时钟频率 uint16_t SPI_FirstBit; //最先输出的数据位 uint16_t SPI_CRCPolynomial; //CRC多项式}SPI_InitTypeDef;SPI_InitTypeDef SPI_InitStructure; /* FLASH_SPI 模式配置 */// FLASH芯片 支持SPI模式0及模式3，据此设置CPOL CPHASPI_InitStructure.SPI_Direction = SPI_Direction_2Lines_FullDuplex;SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Master;//主机模式SPI_InitStructure.SPI_DataSize = SPI_DataSize_8b;//数据位=8bitSPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_High;//SCK 引脚在 空闲状态处于高电平SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_2Edge;//SCK第二个边沿采样数据线SPI_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft;//内部 从器件管理SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_2;//波特率预分频器SPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB;//先发送数据高位SPI_InitStructure.SPI_CRCPolynomial = 7;//SPI_Init(SPI5, &SPI_InitStructure);2、SPI使能函数void SPI_Cmd(SPI_TypeDef* SPIx, FunctionalState NewState);3、SPI发送数据函数void SPI_I2S_SendData(SPI_TypeDef* SPIx, uint16_t Data);4、SPI接收数据函数uint16_t SPI_I2S_ReceiveData(SPI_TypeDef* SPIx);5、SPI检测状态标志函数FlagStatus SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI_TypeDef* SPIx, uint16_t SPI_I2S_FLAG)
