引言

MindSDK为MM32主流的微控制器，实现了一系列SPI驱动的样例工程。本文通过讲解 SPI 模块的样例工程，介绍 SPI 模块的功能和用法。关于 SPI 模块对应的驱动程序，以及 SPI 外设模块硬件的实现细节，可具体查阅 MindSDK 工程的源文件，以及 MM32 微控制器（例如MM32F5270）的用户手册。

样例工程

MindSDK 中为 SPI 驱动设计的样例工程包括：

• spi_master_basic

• spi_master_tx_dma

• spi_master_xfer_dma

• spi_master_b2b_interrupt

• spi_master_b2b_polling

• spi_slave_b2b_interrupt

其中，spi_master_basic、spi_master_tx_dma 与 spi_master_xfer_dma 分别演示了 SPI 做主机的典型数据传输方式，包括：基础数据传输、SPI 使用 DMA 发送数据、SPI 使用 DMA 收发数据。另外，还有一些 SPI 板级通信的样例，通过将一块 SPI 做主机，另一块 SPI 做从机的方式进行一系列板对板的基础数据传输，主机样例与从机样例结合使用，包括：SPI做主机进行中断数据传输，SPI做主机进行轮询数据传输，SPI做从机进行中断数据传输（SPI从机引脚与SPI主机引脚相连进行数据传输）。

spi_master_basic

spi_master_basic 描述了 SPI 模块最基本的数据传输方式，轮询方式。在样例工程中，通过  SPI_InitMaster() 函数，配置 SPI 为主模式，选定一个 SPI 数据采样时序，为空闲时时钟线为低电平、下降沿时数据有效的 SPI_PolPha_Alt0 ，并指定传输数据宽度为 SPI_DataWidth_8b 、SPI 的波特率为 BOARD_LOOP_SPI_BAUDRATE ，选定 SPI 的传输方向为 SPI_XferMode_TxRx 。然后，通过 SPI_Enable() 函数启动 SPI，使 SPI 能够进行数据传输。

每当 SPI 发送缓冲区未满时，可进行数据发送，数据由 MOSI 引脚传出；当 SPI 接收缓冲区接收有效数据时，可读取有效的接收数据。

在最终运行程序时，需要将 SPI 的 MOSI 引脚与 MISO 引脚使用杜邦线相连，通过向 PC 机上的串口通信终端输入任意按键，使 SPI 进行 APP_SPI_BUFF_LEN 次数据发送并接收到数据，主循环对接收数据和发送数据进行验证，若存在验证失败数据，则可看到串口打印出错信息 spi loopback xfer error. app_spi_xfer_err_count =  ，若验证成功，则可看到串口打印 spi loopback xfer done. ，从而验证 SPI 做主机的数据轮询传输情况。

spi_master_tx_dma

spi_master_tx_dma 相较于 spi_master_basic 样例工程，实现通过 DMA 进行 SPI 的数据发送功能。

其实现原理，是在 spi_master_basic 的基础上，增加对于 DMA 的初始化，通过 DMA_InitChannel() 函数，选定所使用的 DMA 通道为 BOARD_SPI_TX_DMA_CHANNEL ，配置 DMA 数据搬运方向为存储器到外设 DMA_XferMode_MemoryToPeriph ，数据宽度为 DMA_XferWidth_8b ，通过 SPI_GetTxDataRegAddr() 函数获取外设地址并进行配置，设定存储器地址为 (uint32_t)app_spi_tx_buf ，外设地址自增模式为不自增 DMA_AddrIncMode_StayAfterXfer ，存储器地址自增模式为 DMA_AddrIncMode_IncAfterXfer。然后，启用选定 SPI 外设的 DMA 发送通道对应的 NVIC 中断。最后，通过 DMA_EnableChannelInterrupts() 函数，在 BOARD_SPI_TX_DMA_CHANNEL 通道使能 DMA_CHN_INT_XFER_DONE 中断，每次在 DMA_EnableChannel() 启动 DMA 数据传输后，DMA 传输完成时，会触发中断。

实际运行程序时，将 SPI 的 MOSI 引脚与 MISO 引脚使用杜邦线相连后，用户在串口调试终端中每次输入任意字符，程序均会调用一次 DMA_EnableChannel() 函数，启动 DMA 传输，在 SPI 进行一次 DMA 传输并完成后，DMA 输标志位`app_dma_xfer_done`将在中断处理函数中被设置为true，主程序循环等待，当标志位为 true 时,打印 spi tx dma xfer done. 到串口终端界面。

spi_master_xfer_dma

spi_master_xfer_dma 相较于 spi_master_tx_dma 样例工程，实现通过 DMA 进行 SPI 的数据收发功能。

其实现原理，是在 spi_master_tx_dma 的基础上，增加对于 SPI 使用 DMA 接收通道的初始化，选定使用的 SPI DMA 接收通道为 BOARD_SPI_RX_DMA_CHANNEL ,在初始化 DMA 发送通道后，继续使用 DMA_InitChannel() 函数初始化 DMA 接收通道，修改传输方向为 DMA_XferMode_PeriphToMemory ，设定存储器地址为 (uint32_t)app_spi_rx_buf ，通过 SPI_GetRxDataRegAddr() 函数获取外设地址并配置。然后启用选定 SPI 外设的 DMA 接收通道对应的 NVIC 中断。最后，在 BOARD_SPI_RX_DMA_CHANNEL 通道使能 DMA_CHN_INT_XFER_DONE 中断，每次在 DMA_EnableChannel() 启动 DMA 数据传输后，当 DMA 传输完成，会触发对应通道的中断。

实际运行时，将 SPI 的 MOSI 引脚与 MISO 引脚使用杜邦线相连后，用户在串口调试终端中每次输入任意字符，程序均会调用一次 DMA_EnableChannel() 函数，启动 DMA 的发送与接收通道，在 SPI 进行一次 DMA 发送并完成后，DMA 发送完成标志位 app_dma_tx_done 将在发送通道所对应的中断处理函数中被设置为 true，再进行 SPI 的 DMA 接收操作，DMA 接收数据完成后，DMA 接收完成标志位 app_dma_rx_done 将在接收通道所对应的中断处理函数中被设置为 true，主程序循环等待，当发送完成标志位为 true 时，打印 spi tx dma done. 到串口终端界面，当接收完成标志位未 true 时，打印 spi rx dma done with data: 以及接收数据到串口终端界面。

spi_master_b2b_interrupt

spi_master_b2b_interrupt 实现的是一个使用 SPI 主模式中断传输的样例工程，在主从机的从属关系中做主机，需与从机结合使用。

其实现原理，是在 spi_master_basic 的基础上，增加 SPI 传输所使用的结构体，通过 SPI_EnableInterrupts() 函数使能发送完成中断 SPI_INT_TX_DONE 与接收完成中断 SPI_INT_RX_DONE 中断，当发送或接收数据完成时，产生对应中断，在中断处理函数中，传输次数达到所设定的 rx_idx 或 tx_idx ，将通过 SPI_EnableInterrupts() 函数关闭对应的接收完成中断或发送完成中断，接收完成后调用 spi_rx_done_callback() 回调函数，并将全局标志位 app_spi_xfer_flag 置为true。

实际运行此程序时，需令一块开发板下载此样例工程，另一块开发板下载 spi_slave_b2b_interrupt 样例工程，使用杜邦线连接两开发板的 MOSI、MISO、NSS、SCK 引脚，通过串口终端界面输入任意按键，进行 SPI 的数据收发，串口终端打印发送数据与接收数据。

spi_master_b2b_polling

spi_master_b2b_polling 实现的是一个使用 SPI 主模式轮询传输的样例工程，在主从机的从属关系中做主机，需与从机结合使用。

该实现原理与 spi_master_basic 基本相同，通过 while 循环等待当前达到发送或接收数据所需的传输条件，达到后进行数据收发，设定发送 APP_SPI_BUF_LEN 个数据并接收。

实际运行此程序时，需令一块开发板下载此样例工程，另一块开发板下载 spi_slave_b2b_interrupt 样例工程，使用杜邦线连接两开发板的 MOSI、MISO、NSS、SCK 引脚，通过串口终端界面输入任意按键，进行 SPI 的数据收发，串口终端打印发送数据与接收数据。

spi_slave_b2b_interrupt

spi_slave_b2b_interrupt 实现的是一个使用 SPI 从模式中断的样例工程，在主从机的从属关系中做从机，需与主机结合使用。

在样例工程中，通过 SPI_InitSlave() 函数配置 SPI 为从模式，设置传输方向为 SPI_XferMode_TxRx ，SPI 从机的数据采样时序需要与主机的数据采样时序配置相同，为 SPI_PolPha_Alt0 ，设定数据宽度为 SPI_DataWidth_8b 。通过 SPI_EnableInterrupts() 函数使能 SPI_INT_RX_DONE 中断，并启用选定 SPI 外设对应的 NVIC 中断。最后，启动 SPI，SPI 作为从机，等待主机的命令。当 SPI 接收完成数据后，产生接收完成中断，并执行中断处理函数，在中断处理函数中将已接收的数据发送出去。

在最终运行程序时，需令一块开发板下载此样例工程，另一块开发板下载 spi_master_b2b_polling 样例工程或 spi_master_b2b_interrupt 样例工程，使用杜邦线连接两开发板的 MOSI、MISO、NSS、SCK 引脚，在 spi_master_b2b_xxx 工程中对应的串口终端界面下输入任何字符，在 spi_slave_b2b_interrupt 工程中对应的串口终端界面中可以看到对应的内容。

1、引言

需求 

MM32F5 系列微控制器具备 QSPI 接口，可以外接 QSPI Flash，扩大可使用的 Flash 空间，从而满足那些需要大 Flash 空间应用的需求，让 Flash 空间的大小不再成为限制应用开发的瓶颈。

但使用 QSPI Flash 之前，还需要对 QSPI 接口进行配置，然后才能执行存储在 QSPI Flash 上的代码，这让应用程序的开发变得复杂。

因此，需要一些解决方案，能够让用户尽可能无感地使用 QSPI Flash 存储应用程序。

案例

以 MM32F5277E9PV 微控制器为例，这个微控制器搭载着 ArmChina STAR-MC1 内核，主频可达 120MHz，拥有 256KB Flash 和 128KB SRAM，使用这块芯片，可以实现一些 “复杂的应用”，例如，运行一个带有 GUI 功能的应用。

在编译这个 “复杂的应用” 时，编译器可能会报错，显示缺少足够 Flash 空间；这个应用可能包含了图片，字库，好几个协议栈，所需要的 Flash 空间非常大，一般微控制器不会拥有这么大的片内 Flash。因此，需要外接一个 QSPI Flash 来解决这个问题。

MM32F5270 系列微控制器带有 QSPI 接口，可以使用 QSPI Flash 来扩展微控制器可使用的 Flash 空间；如果担心外接 QSPI Flash 占据 PCB 空间，则可使用 MM32F5280 系列微控制器，该微控制器合封有一块 1MB ~ 2MB 的 QSPI Flash，无需考虑 QSPI Flash 的电路，节省 PCB 面积。

通过外接 QSPI Flash，就可以拥有足够的空间来实现这个 “复杂的应用”。但开发应用时，仍希望像使用片内 Flash 那样使用 QSPI Flash：下载程序的时候，直接点击 IDE 的下载按钮，就能下载程序；调试代码的时候，直接点击调试按钮，就能进行软件调试；只需少量修改代码，就能让应用程序保存在 QSPI Flash 中，让微控制器直接执行。

为了让 IDE 下载程序到 QSPI Flash 中，需要有一个合适的下载算法。为了让编译器知道应用程序要保存在 QSPI Flash 中，需要修改 Linker 文件，让编译器知道 QSPI Flash 的地址范围。为了让微控制器执行存储在 QSPI Flash 中的程序，还需要实现合适的 2nd Bootloader ，引导微控制器去执行 QSPI Flash 中的程序。

目标

在 MDK 平台上实现定制化的下载算法，可将应用程序下载到 QSPI Flash 中。

尽可能少地改动应用程序代码，使其能够存储在 QSPI Flash 中。

实现简单的 2nd Bootloader，使其能够引导微控制器执行存储在 QSPI Flash 中的应用程序。

在上述的 2nd Bootloader 的基础上，实现量产下载，更新应用程序等特殊功能。

2、配置硬件环境

硬件环境

QSPI Flash

工欲善其事，必先利其器，想在 QSPI Flash 上存储应用程序，就需要选择一款合适的 QSPI Flash 芯片。

选型时，需要重点关注工作电压的范围，部分 QSPI Flash 的工作电压在 1.8V 左右，如果使用 3.3V 供电，是没办法正常工作的，反之亦然。

除了电压范围外，部分 QSPI Flash 芯片在默认情况下，是不允许使用四线模式的，原本 QSPI 的 D2 & D3 引脚会被用于写保护使能（WP）和 HOLD 使能。让 QSPI Flash 允许使用四线模式的方法，需参照使用的 QSPI Flash 芯片手册进行操作。建议使用默认处于四线模式的 QSPI Flash，或者在设计 2nd Bootloader 时，能在跳转到应用程序之前，将四线模式打开。

MM32F5 系列的微控制器支持大多数常见的 QSPI Flash，表1中列举的 QSPI Flash 芯片为经过实际测试可用的 QSPI Flash 芯片：

表1 测试可用的 QSPI Flash 列表

MCU

硬件电路设计时，需要了解微控制器的哪些引脚可作为 QSPI 接口，表2 是 MM32F5270 系列微控制器的 QSPI 接口引脚：

表2 MM32F5270 系列微控制器 QSPI 接口引脚

其引脚配置如下：

• 引脚模式：复用推挽输出。

• 引脚速度：高速模式，QSPI 的 SCK 时钟最快可达 60MHz，因此应配置成高速模式。

• 引脚复用功能号：巧合的是，当引脚作为 QSPI 接口时，复用功能号均为 AF10。

表3 为MM32F5280 系列微控制器的引脚：

表3 MM32F5280的QSPI引脚

可以发现，MM32F5280 系列微控制器只有一组引脚可作为 QSPI 接口，并且这些引脚并没有引出到芯片外部，这是由于 MM32F5280 系列微控制器内部合封了 QSPI Flash，其引脚已经在芯片内部与 QSPI Flash 相连，不需要再引出至芯片外部。

虽然 MM32F5280 片内合封了 QSPI Flash，对应的引脚也直接与其相连，但在使用这块 QSPI Flash 时，仍需配置相应的引脚，其配置方法与 MM32F5270 完全一致。

由于 MM32F5280 系列微控制器将其 QSPI Flash 合封在了芯片内部，因此在 PCB 设计时，可减少外围元件的数量，降低了产品成本。

当使用 MM32F5270 + QSPI Flash 的方案时，由于 QSPI 信号线暴露在微控制器外部，易受到外部电磁环境的干扰，可能无法以最快的速度（SCK 的频率为 60MHz）访问 QSPI Flash，但这个问题在 MM32F5280 上就不会出现。

当然，也正是由于 MM32F5280 系列微控制器的 QSPI Flash 合封在了芯片内部，如果想用使用更大的 Flash 时，还是需要使用 MM32F5270 + QSPI Flash 的方案。

Board

PLUS-F5270开发板，如图1所示：

图1 PLUS-F5270开发板

PLUS-F5270 板载华邦的 W25Q64JVSIQ，Flash 大小为 8MB （64Mb），3.3V 供电，默认情况下，四线模式处于打开状态。

MM32F5270 连接该 QSPI Flash 所使用的引脚号如图2所示：

图2 MM32F5270连接的QSPI Flash引脚

在PLUS-F5270开发板上，MM32F5270芯片与QSPI Flash W25Q64的引脚对应关系如表4所示。

表4 PLUS-F5270开发板上MM32F5270与QSPI Flash W25Q64的引脚对应关系

在设计 MM32F5270 + QSPI Flash 的应用时，建议优先采用 PF6(QSPI_CS)、PG7(QSPI_SCK)、PG6(QSPI_D0)、PF8(QSPI_D1)、PF10(QSPI_D2)、PG8(QSPI_D3) 引脚，从而可使用 MM32F5280 MCU 无缝替换 MM32F5270。

软件工具

在开发调试 MM32F5270 + QSPI Flash 这个 “复杂的应用” 时，需要一些软件工具：

开发平台

01、开发环境描述

Cortex-M0型号：MM32F0133C7P
下载器与调试接口：MM32 DAP-Link + SWD
操作系统：Ubuntu20.0.4
集成开发环境平台：eclipse IDE for C/C++ developers
交叉编译链：arm-none-eabi-gcc
调试服务器：JLink GDB Server

02、安装eclipse IDE for C/C++ developers

2.1、准备工作

需要下载两个软件包：

mbedded Studio是用于嵌入式系统的多合一集成开发环境（IDE），用于管理，构建，测试和部署嵌入式应用程序。Embedded Studio还提供了功能强大的项目管理器和源代码编辑器，以及随附的C / C ++编译器和具有高级调试信息窗口的集成调试器，还提供用于自动部署应用程序的直接J-Link集成和版本控制功能，项目生成器支持常见的微控制器。

主要特点

• 免费用于非商业用途，例如教育和评估目的，没有任何限制
• 跨平台：可在Windows，macOS和Linux上运行
• 多线程构建可最大程度地减少构建时间
• 高度优化的运行时库，可实现最佳性能和最小代码量
• 具有无缝J-Link集成的功能丰富的调试器
• 强大的项目管理，能够处理非常大的项目
• 基于软件包的项目生成器，适用于所有常见的微控制器
• IAR，MDK(AC5)，MDK(AC6)和Eclipse创建的工程都可以转换成到 Embedded Studio平台使用
• 适用于嵌入式C / C ++编程的专业IDE解决方案，包括Clang / LLVM＆GCC＆SEGGER C / C ++工具链

MM32系列MCU也是早期就得到SEGGER官方支持的MCU厂商之一，因此MM32系列MCU也可以完美在Embedded Studio平台进行开发、调试，今天我们将介绍在Embedded Studio平台开发、调试MM32 MCU。

环境搭建

01、 软件下载

2020年的世界格局使得半导体电子行业受到疫情、中美贸易等外部环境等的影响深远、意义重大。虽然中国整体市场回暖，但处于产业核心竞争力的汽车电子主控芯片，仍然受到国外半导体公司的极大制衡，并随着近期的美国极端天气、日本地震及工厂失火等天灾人祸的影响，车规主控芯片的供应日益趋紧。

从下图可以看到，汽车电子市场在中国的发展迅猛，每年以17%的速度增长。但是汽车芯片的研发难度高、周期长，国产汽车芯片在短期内快速补足国外厂商的可能性并不大。随着新能源汽车的推广和全球“缺芯”形势的蔓延，此番缺“芯”让汽车全产业链意识到国产汽车芯片的重要性，国产芯片加速获得了验证和进入的机会。

作为国内领先的 32位 Arm Cortex-M 的微控制器芯片和解决方案提供商，灵动微电子的MM32产品系列在经历了多年的发展和升级后，已被广泛使用在车体的次系统上，作为原先8位MCU的替代升级之用。

在过去几年，MM32系列MCU在这些应用的累计出货已经接近3000万颗，其中在OBD应用超过1000万颗，在两轮电动车电机应用超过1000万颗，在系统控制协处理器应用超过500万颗。

这些产品系列包括：

基于Arm Cortex-M0 的MM32F0010和MM32F003超值型MCU，主要用于车窗控制器、倒车雷达模块、转向灯和尾灯控制

内置CAN 控制器的MM32F0130、MM32L07x以及内置BLE功能的MM32W07x系列，用于汽车诊断设备 OBD或无线OBD

面向电机应用的MM32SPIN系列，如MM32SPIN25、MM32SPIN360等，用于汽车风机与水泵控制，以及电动车电机控制

基于高性能Arm Cortex-M3 内核的MM32F3270、MM32F103系列，用于彩显仪表盘，智能汽车充电桩系统主控，以及电动车控制系统的协处理器

汽车电子MCU的应用场景

在汽车应用中，微控制器（MCU）提供着至关重要的性能。随着价格的降低及整体控制系统和计算系统在汽车电子中占比的增加，MCU也逐渐走向多样化。微控制器被广泛使用在从电机控制，车身控制到信息娱乐系统等越来越多的汽车子应用中，对于选择的不同MCU来说，仍存在很大的差异。因此，如何选择合适的MCU以降低成本而不影响所需的性能，甚至提高性价比变得尤为重要。车载MCU的市场主要集中在8、16和32位的微控器，可按汽车电子产品的不同需求用于不同性能的场景：

32位MCU主要应用包括仪表板控制、车身控制、多媒体信息系统、引擎控制，以及新兴的智能性和实时性的安全系统及动力系统，如ADAS、驾驶辅助系统、电子稳定程序等安全功能，以及复杂的传动功能或域控制。

16位MCU主要应用为动力传动系统，如引擎控制、齿轮与离合器控制，以及电子式涡轮系统等，也适合用于底盘机构上，如悬吊系统、电子式动力方向盘、扭力分散控制，电子刹车等。

8位MCU主要应用于车体的各个次系统，包括风扇控制、空调控制、雨刷、天窗、车窗升降、低阶仪表板、集线盒、座椅控制、门控模块等较低阶的控制功能，近年来不断被32位MCU替代。

随着新型域控制器架构在汽车电子行业的逐渐使用，灵动微电子也致力于在全新MM32 MCU平台上打造高性能产品。在优化处理性能、提高品质、降低成本等方面的基础上，与国内更多传感器和模拟器件合作伙伴一起，群策群力，通过全产业链的协作，为化解汽车芯片产业面临的问题做出努力。

关于灵动

灵动成立于2011年，是中国本土领先的通用32位MCU产品及解决方案供应商。公司基于Arm Cortex-M系列内核开发的MM32 MCU产品拥有F/L/SPIN/W四大系列，200多个型号，累计交付超2亿颗，在本土通用32位MCU公司中位居前列。MM32 MCU被广泛应用于智能工业、汽车电子、通信基建、医疗健康、智慧家电、物联网、个人设备、手机与电脑等领域，每年都有数千万件配备了灵动MM32 MCU的优秀产品交付到客户手中。

迄今为止，灵动是同时获得了 Arm-KEIL、IAR、SEGGER 等开发工具官方支持的本土 MCU 公司，是为数不多的建立了独立、完善的生态体系的通用MCU公司，致力于为客户提供从芯片硬件到软件算法、从参考方案到系统设计的全方位支持，真正为中国电子信息产业提供底层技术驱动和支持。