SPI：串行外围设备接口，主要应用在EEPROM、FLASH、实时时钟、AD转换器、数字信号处理器和数字信号解码器之间。高速全双工，同步通信，只占四根引脚：MISO 主设备数据输入，从设备数据输出；MOSI 主设备数据输出，从设备数据输入；SCLK 时钟信号，由主设备产生；CS 从设备片选信号，由主设备控制。
一、功能
MISO：主设备输入/从设备输出引脚。该引脚在从模式下发送数据，在主模式下接收数据
MOSI：主设备输出/从设备输入引脚。该引脚在主模式下发送数据，在从模式下接收数据
SCK：串口时钟，作为主设备的输出，从设备的输入，主设备的SPI时钟输入到从设备中以保证时钟同步
NSS：从设备选择。这是一个可选的引脚，用来选择主/从设备。它的功能是用来作为“片选引脚”，让主设备可以单独地与特定从设备通讯，避免数据线上的冲突
其实四根引脚作用相对好理解：MISO字面意思就是master input servent out即主机输入，从机输出线，也就说如果咱把MCU配置成主机模式，那么这根引脚就是用来接收其他从机外设的返回信号的；如果把MCU配置成从机模式，那么这根引脚就是MCU给其他主机外设返回数据用的；即找准自己的定位。
当一个SPI设备需要发送广播数据，它必须拉低NSS信号，以通知所有其它的设备它是主设备；如果它不能拉低NSS，这意味着总线上有另外一个主设备在通信，这时将产生一个硬件失败错误(Hard Fault)。
移出的同时移入，写出的同时接收：SPI通信时发生的事情，看一下SPI数据寄存器
SPI的数据寄存器是16位的，我们可以选择8位或16位收发，上图显然是选择了8位进行收发，即每次传递8位数据。咱这MCU的SPI模块里有个DR寄存器，另一边外设的SPI模块里也有个DR寄存器，如果我们MCU当主机，外设当从机，然后主设备向从设备写入数据即发送数据：那么主设备里的DR寄存器从高位开始一位一位的取出（这里以先发高位为例子，向左移，左边为高位，每取出来一个高位，低位就会空出来一位），取出来后送给从设备，从设备则把收到的位放到自己DR寄存器的低位，难道这不会把从设备DR寄存器里面的数据给覆盖掉吗？不会的，因为在接收来自主设备的位数据同时，从设备的DR寄存器也在向左移动（即把自己的高位取出来送到主设备空出来的低位），把自己的低位给空出来，这空出来的低位就是用来接收主设备发过来的数据的。总而言之，主从设备共用一个时钟，在时钟控制下俩设备的DR寄存器都往左移把高位取出来，低位空出来，这就导致主设备向从设备发送（写入）数据时，还会收到从设备发送过来的数据，如果主机想读取从机的DR寄存器，主机需要向从机随便发送一些数据从而使从机把自己的DR数据发给主机。这就导致发送（写入）数据和接收（读取）数据是绑定在一起了。
SPI中断：上面的原理框图中的CR2寄存器控制
从CR2可以看出SPI有：TXEIE(发送寄存器为空，触发中断，即发送完后对应的标志位TXE会置位，从而触发中断)，RXNEIE(接收缓冲区非空即在接收数据或者收满了，同样是对应的RXEN置位，触发中断)，ERRIR(收发时出现了错误，触发中断好报警)，SSOE（多主机模式下用的），TXDMAEN（召唤DMA把其他地方的数据搬运到SPI的发送寄存器），RXDMAEN（召唤DMA及时把SPI的接收寄存器的内容搬运到其他地方去）。
理解一下这个DMA和SPI的配合用法：
为了达到最大通信速度，需要及时往SPI发送缓冲器填数据，同样接收缓冲器中的数据也必须及时读走以防止溢出。为了方便高速率的数据传输，SPI实现了一种采用简单的请求/应答的DMA机制。当SPI_CR2寄存器上的对应使能位被设置时，SPI模块可以发出DMA传输请求。发送缓冲器和接收缓冲器亦有各自的DMA请求。
发送时，在每次TXE被设置为’1’时发出DMA请求（TXE是发送寄存器为空的标志位，说明此时DMA可以搬运数据到发送寄存器了，而TXDMAEN表示允许DMA往SPI搬运），DMA控制器则写数据至SPI_DR寄存器，TXE标志因此而被清除。接收时，在每次RXNE被设置为’1’时发出DMA请求（RXEN是SPI的接受寄存器满了的标志位，说明此时DMA可以搬运SPI的接受寄存器内容到其他地方了），DMA控制器则从SPI_DR寄存器读出数据，RXNE标志因此而被清除。（注：SPI只有一个DR寄存器即接受寄存器和发送寄存器都是指DR，叙述中只是为了方便才这样区分说法）
在发送模式下，当DMA已经传输了所有要发送的数据(DMA_ISR寄存器的TCIF标志变为’1’)后，可以通过监视BSY标志以确认SPI通信结束，这样可以避免在关闭SPI或进入停止模式时，破坏最后一个数据的传输。因此软件需要先等待TXE=1，然后等待BSY=0。
发送缓冲器空闲标志(TXE) ：此标志为’1’时表明发送缓冲器为空，可以写下一个待发送的数据进入缓冲器中。当写入SPI_DR时，TXE标志被清除。接收缓冲器非空(RXNE) ：此标志为’1’时表明在接收缓冲器中包含有效的接收数据。读SPI数据寄存器可以清除此标志。忙(Busy)标志：BSY标志由硬件设置与清除(写入此位无效果)，此标志表明SPI通信层的状态。当它被设置为’1’时，表明SPI正忙于通信。
SPI参数配置：上面的原理框图中的CR1寄存器
这个寄存器功能还挺多的，只简单看看重要的几个吧，以后需要的话再看：DFF（SPI一次发8位还是16位），RXONLY（是否是全双工模式），SSM（是否软件控制NSS位），LSBFIRST（发送是先发高位数据还是低位数据），SPE（SPI使能），BR[2:0]（波特率控制，波特率本质由SPI时钟决定，因此这个就是SPI时钟的分频系数），MSTR（配置当前设备为主机还是从机），CPOL（时钟极性，决定着空闲时SCK的高平状态），CPHA（时钟相位，即从第几个时钟边沿开始正式采样（获取）数据）。所以说CR1寄存器决定着：是否打开SPI，是否采用全双工模式，这是主机还是从机，每次发几位数据，先发高位还是低位，传输波特率是多少，时钟空闲时是低电平还是高电平，从第一个还是第二个时钟边沿获取数据等等。
SPI状态反映：原理框图中的SR寄存器
SPI的状态有：BSY（是否处于忙碌状态），OVR（溢出错误），TXE（发送缓冲是否为空），RXEN（接收缓冲是否为空)等等。
时钟信号的相位和极性
SPI_CR寄存器的CPOL和CPHA位，能够组合成四种可能的时序关系。CPOL(时钟极性)位控制在没有数据传输时时钟的空闲状态电平，此位对主模式和从模式下的设备都有效。如果CPOL被 清’0’，SCK引脚在空闲状态保持低电平；如果CPOL被置’1’，SCK引脚在空闲状态保持高电平。
如果CPHA(时钟相位)位被置’1’，SCK时钟的第二个边沿(CPOL位为0时就是下降沿，CPOL位 为’1’时就是上升沿)进行数据位的采样，数据在第二个时钟边沿被锁存。如果CPHA位被清’0’，SCK时钟的第一边沿(CPOL位为’0’时就是下降沿，CPOL位为’1’时就是上升沿)进行数据位采样，数据在第一个时钟边沿被锁存。
例如，对于CPHA=1，CPOL=0 的图，CPOL=0决定着当SPI空闲时SCK线会处于高电平，开始工作时会从高电平跳变到低电平，工作完后又保持高电平；CPHA=1决定着从SCK的第2个边沿信号开始获取数据线上的数据；另外还需注意：SPI是在SCK跳变沿处采集数据线上的电平数据的，即SCK跳变时对应到的数据线上的电平高低就是采集到的数据内容。
二、工作过程
配置成主模式
比如说我们把MCU配置成主机模式：首先要选时钟吧（咱MCU要是主机的话，这个时钟就是MCU自己产生，然后通过这个SCK引脚连到其他从机的SCK引脚，保证时钟同步），选完时钟后要分频吧（即波特率BR[:]位），然后时钟极性要考虑吧，先传高位还是低位，每次传几位要考虑吧，很重要的一点是咱这个设备是配置成主机还是从机呢，配置成主机后怎么选中其他从机呢。
配置成主机了，主机向从机发送数据：一开始待发送的数据是存在数据缓冲区（即数据寄存器中）中，当数据进入移位寄存器开始发送时（即开始移位了，一位一位的移到从机寄存器里去），TXE标志位置位表明发送缓冲区清空了，可以准备下次向缓冲区装载数据了，要是设置了发送中断还是触发中断。什么时候才会发送呢？当你对SPI的DR寄存器写入值，就会自动发送出去了，这一点和USART是一样的。主机接收从机返回的数据或者说主机读取从机中的数据：主机需要先向从机随便发送一些数据，然后检查自己的RXNE位是否置位了，置位就说明从机已经返回数据了，主机此时可以去读取数据寄存器中数据了。
配置成从模式
配置成从机了，那么时钟就不是自己产生了，而是通过SCK引脚接收主机SCK引脚传来的时钟信号，那么从机的波特率配置位（就是时钟分频系数）也没用了，因为波特率已经在主机那边配置过了。那么从机这边的SPI配置主要是配合主机那边的SPI配置，比如从机时钟极性和相位要和主机的一致，数据每次传几位、从高位传还是低位传也和主机一致等等。从机如何发送数据呢？由主机发起，只有当从机的MOSI引脚接收到数据时（即主机向从机发送了数据），从机才会通过自己的MISO引脚向主机发送数据，同样的如果从机把数据都从缓冲区（即数据寄存器）送到了移位寄存器，从机的TXE标志位会置位。从机如何接收数据呢？也是由主机发起，主机会主动向从机传输数据。
缓冲区（即数据寄存器）到移位寄存器是并行的，SPI传输数据是串行的！缓冲区指的是数据寄存器，传输用的寄存器是移位寄存器，存在个缓冲区到移位寄存器的过程。
当写入数据至发送缓冲器时，发送过程就开始了。在接收时，接收到的数据被存放在一个内部的接收缓冲器中；在发送时，在被发送之前，数据将首先被存放在一个内部的发送缓冲器中。对SPI_DR寄存器的读操作，将返回接收缓冲器的内容；写入SPI_DR寄存器的数据将被写入发送缓冲器中：也就是说，如果调用SPI的读取数据函数（这个函数本质不过是把DR寄存器内容给取出来，函数内部其实就是 SPIx->DR; 返回了SPI的DR数据内容），这样居然就能触发使得RXEN复原！！！！
//MCU作为主机来读数据
//在采样时钟的最后一个边沿，当数据被从移位寄存器传送到接收缓冲器时，设置RXNE标志(接
//收缓冲器非空)；它表示数据已经就绪，可以从SPI_DR寄存器读出；
if(主机的接收标志RXEN被置位了)
{
调用读取函数SPI2_ReadWriteByte()来读取DR数据内容；
}
//读取DR的函数
u8 SPI2_ReadWriteByte(u8 TxData)
{
...
...
return SPI_I2S_ReceiveData(SPI2); //读取DR数据寄存器内容
}
//函数内部其实就是 SPIx->DR; 返回了SPI的DR数据内容，这样居然就能触发使得RXEN复原！！！！
uint16_t SPI_I2S_ReceiveData(SPI_TypeDef* SPIx)
{
/* Check the parameters */
assert_param(IS_SPI_ALL_PERIPH(SPIx));
/* Return the data in the DR register */
return SPIx->DR; //读完后能触发RXEN置位 读出SPI_DR寄存器即可清除RXNIE标志位。
}
同样的，如果向DR中写入数据（本质也不过是对DR赋值），就能触发TXE的置位。（这个还能理解，毕竟是修改了DR的值，能检测到，所以能触发TXE置位，但是为啥上面只是对DR读一下都能触发有关寄存器置位呢）
if(TXE == 1) //在试图写发送缓冲器之前，需确认TXE标志应该为’1’
{
SPI_I2S_SendData(SPI2, TxData); //向SPI的DR中写入数据，就会直接开始SPI传输了！！！
}
void SPI_I2S_SendData(SPI_TypeDef* SPIx, uint16_t Data)
{
/* Check the parameters */
assert_param(IS_SPI_ALL_PERIPH(SPIx));
/* Write in the DR register the data to be sent */
SPIx->DR = Data; //写入本质不过是赋值，写完后能触发TXE置位 写入SPI_DR寄存器即可清除TXE位。
}
向SPI的DR中写入数据，就会直接开始SPI传输了！！！一旦传输开始，如果下一个将发送的数据被放进了发送缓冲器，就可以维持一个连续的传输流（软件必须保证在SPI主设备开始数据传输之前在发送寄存器中写入要发送的数据）。在试图写发送缓冲器之前，需确认TXE标志应该为’1’。
主从机区分
NSS：从设备选择。这是一个可选的引脚，用来选择主/从设备。它的功能是用来作为“片选引脚”，让主设备可以单独地与特定从设备通讯，避免数据线上的冲突。从设备的NSS引脚可以由主设备的一个标准I/O引脚来驱动。
硬件NSS模式：NSS输出被使能，当STM32F10xxx工作为主SPI，并且NSS输出已经通过SPI_CR2寄存器的SSOE位使能，这时NSS引脚被拉低，所有NSS引脚与这个主SPI的NSS引脚相连并配置为NSS的SPI设备，将自动变成从SPI设备。当一个SPI设备需要发送广播数据，它必须拉低NSS信号，以通知所有其它的设备它是主设备，此时，所有的SPI设备，如果它们的NSS引脚连接到主设备的NSS引脚，则会检测到低电平，如果它们被设置为NSS硬件模式，就会自动进入从设备状态；如果它不能拉低NSS，这意味着总线上有另外一个主设备在通信，这时将产生一个硬件失败错误(Hard Fault)。当配置为主设备、NSS配置为输入引脚(MSTR=1，SSOE=0)时，如果NSS被拉低，则这个SPI设备进入主模式失败状态：即MSTR位被自动清除，此设备进入从模式。
软件NSS模式：可以通过设置SPI_CR1寄存器的SSM位来使能这种模式(见图211)。在这种模式下NSS引脚可以用作它用，而内部NSS信号电平可以通过写SPI_CR1的SSI位来驱动。也就是软件模式下和硬件模式下功能是一样的，只不过一个通过硬件引脚控制，一个通过软件赋值进行控制：硬件模式下使能CR2中的SSOE位能够使NSS引脚拉低，软件模式下施恩那个CR1中的SSI位能够使NSS引脚拉低。
SPI_NSS 设置 NSS 信号由硬件（NSS 管脚）还是软件控制，这里我们通过软件控制 NSS 引脚电平，而不是硬件自动控制，所以选择 SPI_NSS_Soft。MCU的PB12、13、14、15引脚连接到了W25Qxx设备的四个SPI引脚，不就相当于PB12、13、14、15这四个引脚是MCU的SPI引脚了，把程序烧入到MCU，意味着我们现在只是对MCU进行了SPI配置？对W25Qxx外设配置SPI的话需要再单独烧入程序到W25Qxx中？这也是为什么后面程序中把PB12、13、14、15引脚配置成了主机模式，然后能作为主机去选中W25Qxx设备，主动去写入和读取W25Qxx的数据。这说明MCU是主机，W25Qxx已经是从机了，但在配置程序中我们没有看到将W25Qxx配置成从机的语句，只看到有个配置成主机的语句。也就是说，编写的程序是把MCU作为主机了，并采取了软件NSS模式来选择从机（由于没有对W25Qxx烧录程序即没有配置，默认是配合主机MCU的），接着再配置主机的CR1的SSI位使NSS拉低（只有主机才能把NSS拉低），就把与NSS相连的设备都当作从机了！那么怎么区分主机要找哪个从机呢？毕竟所有从机的CS引脚都连到了主机的NSS引脚，应该是如果从机的CS引脚此时也拉低了，就表示被选中了？“”多从机的SPI正常的应用会有多根SS线（类似片选线），不同的片选连接不同的从机的SS，想要选择哪个从机只要拉低相应的SS线就可以了“ —— 这句话中的拉低是谁拉低？主机拉低自己的NSS，从机也要拉低自己的CS才行，但从机又咋知道啥时候要拉低呢？是不是还需要个设备号呢？
NSS引脚告诉你其他外设都是从机（排座次），MUC的PB12连到从机的CS引脚，才决定着要选中哪个外设（常规模式下）。
常规模式：主机里有多个CS引脚，另外三根线可以复用，但CS引脚会变得比较多，不能连太多从机
看到这里，我突然意识到，这里MCU和W25Qxx采用的是常规模式啊！！只不过因为只有一个外设，导致只看到了MCU上的一个CS引脚，如果还有其他外设，只需再从MCU上选出一个引脚比如PB10吧，连到这第二个外设的CS引脚就行了！然后如果MCU主机把PB10拉低就意味着选中了这第二个外设。是自己搞糊涂了啊！
CRC校验
DMA和SPI配合使用的时序图，锻炼看图能力吧，视需要看
W25Q128 是华邦公司推出的大容 量 SPI FLASH 产品，W25Q128 的容量为 128Mb，该系列还有 W25Q80/16/32/64 等。ALIENTEK
所选择的 W25Q128 容量为 128Mb，也就是 16M 字节。W25Q128 将 16M 的容量分为 256 个块（Block），每个块大小为 64K 字节，每个块又分为16 个扇区（Sector），每个扇区 4K 个字节。W25Q128 的最小擦除单位为一个扇区，也就是每次必须擦除 4K 个字节。这样我们需要给 W25Q128 开辟一个至少 4K 的缓存区，这样对 SRAM 要求比较高，要求芯片必须有 4K 以上 SRAM 才能很好的操作。W25Q128 的擦写周期多达 10W 次，具有 20 年的数据保存期限，支持电压为 2.7~3.6V，W25Q128 支持标准的 SPI，还支持双输出/四输出的 SPI，最大 SPI 时钟可以到 80Mhz（双输出时相当于 160Mhz，四输出时相当于 320M），更多的 W25Q128 的介绍，请参考 W25Q128 的DATASHEET。
程序
//SPI的SCK、MISO、MOSI三个引脚的初始化
void SPI2_Init(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
SPI_InitTypeDef SPI_InitStructure;
RCC_APB2PeriphClockCmd( RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE );//使能引脚的时钟，配置IO来配合SPI功能
RCC_APB1PeriphClockCmd( RCC_APB1Periph_SPI2, ENABLE );//SPI时钟来自APB1，使能时钟
//四根线：PB13、14、15分别对应SCK、MISO、MOSI，片选引脚对应到PB12，用软件控制PB12的电平状态即可是否选中CS引脚
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_13 | GPIO_Pin_14 | GPIO_Pin_15;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; //PB13/14/15 都配置成复用推挽输出也是可以的
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);//初始化
GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_13|GPIO_Pin_14|GPIO_Pin_15); //PB13/14/15引脚电平都拉高，使处于空闲状态
SPI_InitStructure.SPI_Direction = SPI_Direction_2Lines_FullDuplex; //SPI有很多个模式，比如全双工、单工等，这里选择全双工
SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Master; //这台设备设置成主机？MCU是主机，W25QXX是从机？？？
SPI_InitStructure.SPI_DataSize = SPI_DataSize_8b; //每次传输8位
SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_High; //空闲时SCK为高电平
SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_2Edge; //从第二个边沿开始采样数据
SPI_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft; //软件控制NSS
SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_256; //波特率预分频的值，这个随便设置一下默认值，后面又改了
SPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB; // 从高位开始传输
SPI_InitStructure.SPI_CRCPolynomial = 7; //CRC值计算的多项式
SPI_Init(SPI2, &SPI_InitStructure); //初始化
SPI_Cmd(SPI2, ENABLE); //使能
SPI2_ReadWriteByte(0xff);//通过SPI随便写入一个数据，就是启动了SPI的传输过程
}
void SPI2_SetSpeed(u8 SPI_BaudRatePrescaler)
{
assert_param(IS_SPI_BAUDRATE_PRESCALER(SPI_BaudRatePrescaler));
SPI2->CR1&=0XFFC7;
SPI2->CR1|=SPI_BaudRatePrescaler; //
SPI_Cmd(SPI2,ENABLE);
}
void W25QXX_Init(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
RCC_APB2PeriphClockCmd( RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE );//使能PB口时钟
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_12;
// PB12 推挽，这个端口是W25Qxx芯片的CS片选引脚，接到单片机的PB12引脚了，通过PB12的电平控制是否片选中W25Qxx芯片
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; //PB112设置为推挽输出
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_12); //为高，表示不选中
W25QXX_CS=1; //拉高外设W25Qxx芯片的CS引脚使得不选中，重复了一次
SPI2_Init(); //其他三个引脚的初始化以及SPI的参数配置
SPI2_SetSpeed(SPI_BaudRatePrescaler_2);//设置时钟分频系数，决定SPI时钟频率，设置为18M，高速模式
W25QXX_TYPE=W25QXX_ReadID();//读取设备ID号
}