STM32 HAL库开发: 存储器和总线架构

Posted 2023-03-31 Michael_chemic

tags:

篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了STM32 HAL库开发: 存储器和总线架构相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

系统结构

驱动单元

ICode

Instruction指令。我们写好的程序经过编译之后都是一条条指令，存放在FLASH 中，内核要读取这些指令来执行程序就必须通过ICode 总线，它几乎每时每刻都需要被使用，它是专门用来取指的。该总线将Cortex™-M3内核的指令总线与闪存Flash指令接口相连接。指令预取在此总线上完成。

DCode

DCode 总线是用来取数的。

常量就是固定不变的，用C 语言中的const 关键字修饰，是放到内部的FLASH当中的
变量是可变的，不管是全局变量还是局部变量都放在内部的SRAM。因为数据可以被Dcode 总线和DMA 总线访问，所以为了避免访问冲突，在取数的时候需要经过一个总线矩阵来仲裁，决定哪个总线在取数。该总线将Cortex™-M3内核的DCode总线与闪存存储器的数据接口相连接(常量加载和调试访问)。

System bus

系统总线主要是访问外设的寄存器(register)，我们通常说的寄存器编程，即读写寄存器都是通过这根系统总线来完成的。此总线连接Cortex™-M3内核的系统总线(外设总线)到总线矩阵，总线矩阵协调着内核和DMA间的访问。

DMA(外设) bus

Direct Memory Access即直接存储器访问.
使用DMA,cpu就不用兜圈子,所以DMA不占cpu资源.

DMA 总线也主要是用来传输数据，这个数据可以是在某个外设的数据寄存器，可以在SRAM，可以在内部的FLASH。因为数据可以被Dcode 总线和DMA 总线访问，所以为了避免访问冲突，在取数的时候需要经过总线矩阵来仲裁，决定哪个总线在取数. 此总线将DMA的AHB主控接口与总线矩阵相联，总线矩阵协调着CPU的DCode和DMA到 SRAM、闪存和外设的访问。

总线矩阵

总线矩阵用于主控总线之间的访问仲裁管理，仲裁采用循环调度算法。有了总线矩阵，就可以让主设备和从设备进行并行访问，提升了访问效率，同时也降低了功耗。需要注意的是，虽然总线矩阵使得多个主设备可以并行访问不同的从设备，但在一个定义的时间段内，只有一个主设备拥有总线矩阵的控制权，如果有多个主设备同时出现总线请求时就得进行仲裁。

总线矩阵协调内核系统总线和DMA主控总线之间的访问仲裁，仲裁利用轮换算法。在互联型产品中，总线矩阵包含5个驱动部件(CPU的DCode、系统总线、以太网DMA、DMA1总线和DMA2总线)和3个从部件(闪存存储器接口(FLITF)、SRAM和AHB2APB桥)。在其它产品中总线矩阵包含4个驱动部件(CPU的DCode、系统总线、DMA1总线和DMA2总线)和4个被动部件(闪存存储器接口(FLITF)、SRAM、FSMC和AHB2APB桥)。 AHB外设通过总线矩阵与系统总线相连，允许DMA访问。

参考cortex-M3手册

被动单元

AHB/APB桥(APB)

从AHB 总线延伸出来的两条APB2 和APB1 总线，上面挂载着STM32 的外设。我们经常说的GPIO、串口、I2C、SPI 这些外设就挂载在这两条总线上，这个是我们学习STM32 的重点，就是要学会编程这些外设去驱动外部的各种设备。

AHB/APB桥(APB) 两个AHB/APB桥在AHB和2个APB总线间提供同步连接。

APB1操作速度限于36MHz，APB2操作于全速(最高72MHz)。 在每一次复位以后，所有除SRAM和FLITF以外的外设都被关闭，在使用一个外设之前，必须设置寄存器RCC_AHBENR来打开该外设的时钟。

注意：当对APB寄存器进行8位或者16位访问时，该访问会被自动转换成32位的访问：桥会自动将8位或者32位的数据扩展以配合32位的向量。

内部的闪存存储器

内部的闪存存储器即FLASH，我们编写好的程序就放在这个地方。内核通过ICode 总线来取里面的指令。

内部的SRAM

内部的SRAM，即我们通常说的RAM，程序的变量，堆栈等的开销都是基于内部的SRAM。内核通过DCode 总线来访问它。

FSMC

FSMC 的英文全称是Flexible static memory controller，叫灵活的静态的存储器控制器，是STM32F10xx 中一个很有特色的外设，通过FSMC，我们可以扩展内存，如外部的SRAM，
NANDFLASH(与非门闪存)和NORFLASH(非门闪存)。

注意:FSMC 只能扩展静态的内存，即名称里面的
S：static，不能是动态的内存，比如SDRAM 就不能扩展。

存储器映射 Memory map

存储器本身没有地址，给存储器分配地址的过程叫存储器映射

被控单元的FLASH，RAM，FSMC 和AHB 到APB 的桥（即片上外设），这些功能部件共同排列在一个4GB 的地址空间内。操作时通过C语言访问地址.

存储器映射是指把芯片中或芯片外的FLASH，RAM，外设，BOOTBLOCK等进行统一编址。即用地址来表示对象。用户只能用而不能改。用户只能在挂外部RAM或FLASH的情况下可进行自定义。

如图，是Cortex-M3存储器映射结构图。

Cortex-M3是32位的内核，因此其PC指针可以指向2^32=4G的地址空间，从0x0000_0000到0xFFFF_FFFF空间。
对比一下Cortex-M3存储器结构：

图中可以很清晰的看到，STM32的存储器结构和Cortex-M3的很相似,stm32还添加了flash和SDRAM.

STM32的存储器地址空间被划分为大小相等的8块区域，每块区域大小为512MB。

对STM32存储器知识的掌握，实际上就是对Flash和SRAM这两个区域知识的掌握。因此，下面将重点描述Flash和SRAM的知识。

寄存器映射

存储器本身没有地址，给存储器分配地址的过程叫存储器映射.

在存储器Block2 这块区域为片上外设，它们以四个字节为一个单元，共32bit，每一个单元对应不同的功能，当我们控制这些单元时就可以驱动外设工作。我们可以找到每个单元的起始地址，然后通过C 语言指针的操作方式来访问这些单元，如果每次都是通过这种地址的方式来访问，不仅不好记忆还容易出错，这时我们可以根据每个单元功能的不同，以功能为名给这个内存单元取一个别名，这个别名就是我们经常说的寄存器，这个给已经分配好地址的有特定功能的内存单元取别名的过程就叫寄存器映射。

寄存器映射

基地址

偏移地址

寄存器地址访问

//常规写法
#define GPIOB_ODR (unsignedint*)(0x40010c0c)
* GPIOB_ODR = 0xFF;

//类似封装的写法
#define GPIOB_ODR *(unsigned int *)(GPIOB_BASE+0x0C)
//指针套一个指针 基地址+偏移地址 = 0xFFFF
GPIOB_ODR = 0xFF;

ODR:output data register

这样编程效率低,所以诞生了库函数,然后又有基于cmsis的HAL库编程.

STM32的SRAM

以下是STM32参考手册RM0008中的一段原话：

不同类型的STM32单片机的SRAM大小是不一样的，但是他们的起始地址都是0x2000 0000，终止地址都是0x2000 0000+其固定的容量大小。

SRAM的理解比较简单，其作用是:

用来存取各种动态的输入输出数据、中间计算结果以及与外部存储器交换的数据和暂存数据。

STM32的Flash

STM32的Flash，严格说，应该是Flash模块。
对闪存编程参考STM32F10xxx闪存编程参考手册.
该Flash模块包括：

Flash主存储块（Main memory）
Flash信息块（Information block）
Flash存储接口寄存器块（Flash memory interface）

三个组成部分分别在0x0000 0000到0xFFFF FFFF不同的区域，如图（小容量的STM32）所示：

图中完全可以看出Flash模块中的三个组成部分在整个存储器中的位置。

具体的内部区域的意义及功能请参见编程手册PM0042，里面很详细。

STM32存储器结构总结

Peripherals：外设的存储器映射，对该区域操作，就是对相应的外设进行操作；

SRAM：运行时临时存放代码的地方；

Flash：存放代码的地方；

System Memory：STM32出厂时自带的你只能使用，不能写或擦除；

Option Bytes：可以按照用户的需要进行配置（如配置看门狗为硬件实现还是软件实现）；

后面就可以编写代码、程序运行、寄存器设置、ICP、IAP.

STM32F429开发板用户手册第31章 STM32F429的SPI总线基础知识和HAL库API

最新教程下载：http://www.armbbs.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=93255

第31章 STM32F429的SPI总线基础知识和HAL库API

本章节为大家讲解SPI（Serial peripheral interface）总线的基础知识和对应的HAL库API。

31.1 初学者重要提示

31.2 SPI总线基础知识

31.3 SPI总线的HAL库用法

31.4 源文件stm32f4xx_hal_spi.c

31.5 总结

31.1 初学者重要提示

STM32H7的SPI支持4到32bit数据传输，而STM32F1和F4系列仅支持8bit或者16bit。
STM3F429的主频168MHz时，SPI1、4、5、6最高通信时钟是42MHz，而SPI2和SPI3是21MHz。
SPI总线的片选引脚SS在单一的主从器件配置下是可选的，一般情况下可以不使用。
搜集了几篇质量比较高的SPI总线介绍帖：http://www.armbbs.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=96788。

31.2 SPI总线基础知识

31.2.1 SPI总线的硬件框图

认识一个外设，最好的方式就是看它的框图，方便我们快速的了解SPI的基本功能，然后再看手册了解细节。

通过这个框图，我们可以得到如下信息：

SCK（CK），Serial Clock

此引脚在主机模式下用于时钟输出，从机模式下用于时钟输入。

MISO（SDI），Master In / Slave Out data

此引脚在从机模式下用于发送数据，主机模式下接收数据。

MOSI（SDO）, Master Out / Slave In data

此引脚在从机模式下用于数据接收，主机模式下发送数据。

SS（WS）, Slave select pin

根据SPI和SS设置，此引脚可用于：

(1) 选择从器件进行通信。

(2) 允许多主模式（可以禁止NSS引脚输出）。

31.2.2 SPI接口的区别和时钟源（SPI1到SPI6）

这个知识点在初学的时候容易忽视，所以我们这里整理下。

SPI1到SPI6的所在的总线

SPI1，SPI4，SPI5，SPI6在APB2总线，SPI2，SPI3在APB1总线。SPI的最高时钟由这些总线决定的。

SPI1到SPI6的支持的最高时钟

STM32F429主频在168MHz下，SPI1，SPI4，SPI5，SPI6的最高时钟是84MHz，而SPI2和SPI3是42MHz。这里特别注意一点，SPI工作时最少选择二分频，也就是说SPI1,4,5,6实际通信时钟是42MHz，而SPI2,3是21MHz。

31.2.3 SPI总线全双工，单工和半双工通信

片选信号SS在单一的主从器件配置下是可选的，一般情况下可以不使用。

全双工通信（F4只有一个移位寄存器）

全双工就是主从器件之间同时互传数据，SPI总线的全双工模式接线方式如下：

关于这个接线图要认识到以下几点：

注意接线方式，对于主器件来说MISO引脚就是输入端，从器件的MISO是输出端，即Master In / Slave Out data。MOSI也是同样道理。
每个时钟信号SCK的作用了，主器件的MISO引脚接收1个bit数据，MOSI引脚输出1个bit数据。
这种单一的主从接线模式下，SS引脚可以不使用。

半双工通信

半双工就是同一个时刻只能为一个方向传输数据，SPI总线的半工模式接线方式如下：

关于这个接线图要认识到以下几点：

更改通信方式时，要先禁止SPI。
主器件的MISO和从器件的MISO不使用，可以继续用作标准GPIO。
1KΩ的接线电阻很有必要，因为当主器件和从器件的通信方向不是同步变化时，容易出现其中一个输出低电平，另一个输出高电平，造成短路。
这种单一的主从接线模式下，SS引脚可以不使用

单工模式

单工就是只有一种通信方向，即发送或者接收，SPI总线的单工模式接线方式如下：

关于这个接线图要认识到以下几点：

未用到的MOSI或者MISO可以用作标准GPIO。
这种单一的主从接线模式下，SS引脚可以不使用。

31.2.4 SPI总线星型拓扑

SPI总线星型拓扑用到的地方比较多，V6开发板就是用的星型拓扑外接多种SPI器件：

关于这个接线图，有以下几点需要大家了解：

主器件的SS引脚不使用，使用通用GPIO控制。为每个器件配一个SS引脚，方便单独片选控制。
从器件的MISO引脚要配置为复用开漏输出（很多外部芯片在未片选时，数据引脚是呈现高阻态）。

31.2.5 SPI总线通信格式

SPI总线主要有四种通信格式，由CPOL时钟极性和CPHA时钟相位控制：

四种通信格式如下：

当CPOL = 1， CPHA = 1时

SCK引脚在空闲状态处于高电平，SCK引脚的第2个边沿捕获传输的第1个数据。

当CPOL = 0， CPHA = 1时

SCK引脚在空闲状态处于低电平，SCK引脚的第2个边沿捕获传输的第1个数据。

当CPOL = 1， CPHA = 0时

SCK引脚在空闲状态处于高电平，SCK引脚的第1个边沿捕获传输的第1个数据。

当CPOL = 0， CPHA = 0时

SCK引脚在空闲状态处于低电平，SCK引脚的第1个边沿捕获传输的第1个数据。

31.3 SPI总线的HAL库用法

31.3.1 SPI总线结构体SPI_TypeDef

SPI总线相关的寄存器是通过HAL库中的结构体SPI_TypeDef定义的，在stm32f429xx.h中可以找到这个类型定义：

typedef struct
{
  __IO uint32_t CR1;        /*!< SPI control register 1 (not used in I2S mode),      Address offset: 0x00 */
  __IO uint32_t CR2;        /*!< SPI control register 2,                             Address offset: 0x04 */
  __IO uint32_t SR;         /*!< SPI status register,                                Address offset: 0x08 */
  __IO uint32_t DR;         /*!< SPI data register,                                  Address offset: 0x0C */
  __IO uint32_t CRCPR;      /*!< SPI CRC polynomial register (not used in I2S mode), Address offset: 0x10 */
  __IO uint32_t RXCRCR;     /*!< SPI RX CRC register (not used in I2S mode),         Address offset: 0x14 */
  __IO uint32_t TXCRCR;     /*!< SPI TX CRC register (not used in I2S mode),         Address offset: 0x18 */
  __IO uint32_t I2SCFGR;    /*!< SPI_I2S configuration register,                     Address offset: 0x1C */
  __IO uint32_t I2SPR;      /*!< SPI_I2S prescaler register,                         Address offset: 0x20 */
} SPI_TypeDef;

这个结构体的成员名称和排列次序和CPU的寄存器是一一对应的。

__IO表示volatile, 这是标准C语言中的一个修饰字，表示这个变量是非易失性的，编译器不要将其优化掉。core_m4.h 文件定义了这个宏：

#define     __O     volatile             /*!< Defines \'write only\' permissions */
#define     __IO    volatile             /*!< Defines \'read / write\' permissions */

下面我们看下SPI的定义，在stm32f429xx.h文件。

#define PERIPH_BASE           0x40000000UL
#define APB1PERIPH_BASE       PERIPH_BASE
#define APB2PERIPH_BASE       (PERIPH_BASE + 0x00010000UL)

#define SPI1_BASE             (APB2PERIPH_BASE + 0x3000UL)
#define SPI2_BASE             (APB1PERIPH_BASE + 0x3800UL)
#define SPI3_BASE             (APB1PERIPH_BASE + 0x3C00UL)
#define SPI4_BASE             (APB2PERIPH_BASE + 0x3400UL)
#define SPI5_BASE             (APB2PERIPH_BASE + 0x5000UL)
#define SPI6_BASE             (APB2PERIPH_BASE + 0x5400UL)

#define SPI1                ((SPI_TypeDef *) SPI1_BASE)
#define SPI2                ((SPI_TypeDef *) SPI2_BASE)
#define SPI3                ((SPI_TypeDef *) SPI3_BASE)
#define SPI4                ((SPI_TypeDef *) SPI4_BASE)
#define SPI5                ((SPI_TypeDef *) SPI5_BASE)
#define SPI6                ((SPI_TypeDef *) SPI6_BASE) <----- 展开这个宏，(FLASH_TypeDef *)0x40015400

我们访问SPI的CR1寄存器可以采用这种形式：SPI->CR1 = 0。

31.3.2 SPI总线初始化结构体SPI_InitTypeDef

下面是SPI总线的初始化结构体，用到的地方比较多：

typedef struct
{
  uint32_t Mode;               
  uint32_t Direction;         
  uint32_t DataSize;           
  uint32_t CLKPolarity;        
  uint32_t CLKPhase;           
  uint32_t NSS;                
  uint32_t BaudRatePrescaler;   
  uint32_t FirstBit;           
  uint32_t TIMode;              
  uint32_t CRCCalculation;      
  uint32_t CRCPolynomial;       
} SPI_InitTypeDef;

下面将结构体成员逐一做个说明：

Mode

用于设置工作在主机模式还是从机模式。

#define SPI_MODE_SLAVE                  (0x00000000U)
#define SPI_MODE_MASTER                 (SPI_CR1_MSTR | SPI_CR1_SSI)

Direction

用于设置SPI工作在全双工，单工，还是半双工模式。

#define SPI_DIRECTION_2LINES            (0x00000000U)
#define SPI_DIRECTION_2LINES_RXONLY     SPI_CR1_RXONLY
#define SPI_DIRECTION_1LINE             SPI_CR1_BIDIMODE

DataSize

用于设置SPI总线数据收发的位宽，支持8bit或者16bit。

#define SPI_DATASIZE_8BIT               (0x00000000U)
#define SPI_DATASIZE_16BIT              SPI_CR1_DFF

CLKPolarity

用于设置空闲状态时，CLK是高电平还是低电平。

#define SPI_POLARITY_LOW                (0x00000000U)
#define SPI_POLARITY_HIGH               SPI_CR1_CPOL

用于设置NSS信号由硬件NSS引脚管理或者软件SSI位管理。

#define SPI_NSS_SOFT                    SPI_CR1_SSM
#define SPI_NSS_HARD_INPUT              (0x00000000U)
#define SPI_NSS_HARD_OUTPUT             (SPI_CR2_SSOE << 16U)

BaudRatePrescaler

用于设置SPI时钟分频，仅SPI工作在主控模式下起作用，对SPI从机模式不起作用。

#define SPI_BAUDRATEPRESCALER_2         (0x00000000U)
#define SPI_BAUDRATEPRESCALER_4         (SPI_CR1_BR_0)
#define SPI_BAUDRATEPRESCALER_8         (SPI_CR1_BR_1)
#define SPI_BAUDRATEPRESCALER_16        (SPI_CR1_BR_1 | SPI_CR1_BR_0)
#define SPI_BAUDRATEPRESCALER_32        (SPI_CR1_BR_2)
#define SPI_BAUDRATEPRESCALER_64        (SPI_CR1_BR_2 | SPI_CR1_BR_0)
#define SPI_BAUDRATEPRESCALER_128       (SPI_CR1_BR_2 | SPI_CR1_BR_1)
#define SPI_BAUDRATEPRESCALER_256       (SPI_CR1_BR_2 | SPI_CR1_BR_1 | SPI_CR1_BR_0)

FirstBit

用于设置数据传输从最高bit开始还是从最低bit开始。

#define SPI_FIRSTBIT_MSB                (0x00000000U)
#define SPI_FIRSTBIT_LSB                SPI_CR1_LSBFIRST

TIMode

用于设置是否使能SPI总线的TI模式。

#define SPI_TIMODE_DISABLE              (0x00000000U)
#define SPI_TIMODE_ENABLE               SPI_CR2_FRF

CRCCalculation

用于设置是否使能CRC计算。

#define SPI_CRCCALCULATION_DISABLE      (0x00000000U)
#define SPI_CRCCALCULATION_ENABLE       SPI_CR1_CRCEN

CRCPolynomial

用于设置CRC计算使用的多项式，必须是奇数，范围0到65535。

31.3.3 SPI总线句柄结构体SPI_HandleTypeDef

下面是SPI总线的初始化结构体，用到的地方比较多：

typedef struct __SPI_HandleTypeDef
{
  SPI_TypeDef                *Instance;     
  SPI_InitTypeDef            Init;           
  uint8_t                    *pTxBuffPtr;   
  uint16_t                   TxXferSize;     
  __IO uint16_t              TxXferCount;    
  uint8_t                    *pRxBuffPtr;   
  uint16_t                   RxXferSize;     
  __IO uint16_t              RxXferCount;    
  void (*RxISR)(struct __SPI_HandleTypeDef *hspi);  
  void (*TxISR)(struct __SPI_HandleTypeDef *hspi);  
  DMA_HandleTypeDef          *hdmatx;       
  DMA_HandleTypeDef          *hdmarx;       
  HAL_LockTypeDef            Lock;          
  __IO HAL_SPI_StateTypeDef  State;         
  __IO uint32_t              ErrorCode;     
#if (USE_HAL_SPI_REGISTER_CALLBACKS == 1U)
  void (* TxCpltCallback)(struct __SPI_HandleTypeDef *hspi);            
  void (* RxCpltCallback)(struct __SPI_HandleTypeDef *hspi);            
  void (* TxRxCpltCallback)(struct __SPI_HandleTypeDef *hspi);          
  void (* TxHalfCpltCallback)(struct __SPI_HandleTypeDef *hspi);         
  void (* RxHalfCpltCallback)(struct __SPI_HandleTypeDef *hspi);        
  void (* TxRxHalfCpltCallback)(struct __SPI_HandleTypeDef *hspi);      
  void (* ErrorCallback)(struct __SPI_HandleTypeDef *hspi);             
  void (* AbortCpltCallback)(struct __SPI_HandleTypeDef *hspi);         
  void (* MspInitCallback)(struct __SPI_HandleTypeDef *hspi);           
  void (* MspDeInitCallback)(struct __SPI_HandleTypeDef *hspi);          
#endif 
} SPI_HandleTypeDef;

注意事项：

条件编译USE_HAL_SPI_REGISTER_CALLBACKS用来设置使用自定义回调还是使用默认回调，此定义一般放在stm32f4xx_hal_conf.h文件里面设置：

#define USE_HAL_SPI_REGISTER_CALLBACKS 1

通过函数HAL_SPI_RegisterCallback注册回调，取消注册使用函数HAL_SPI_UnRegisterCallback。

这里重点介绍下面几个参数，其它参数主要是HAL库内部使用和自定义回调函数。

SPI_TypeDef *Instance

这个参数是寄存器的例化，方便操作寄存器，比如使能SPI1。

SET_BIT(SPI1 ->CR1, SPI_CR1_SPE)。

SPI_InitTypeDef Init

这个参数是用户接触最多的，在本章节3.2小节已经进行了详细说明。

DMA_HandleTypeDef *hdmatx
DMA_HandleTypeDef *hdmarx

用于SPI句柄关联DMA句柄，方便操作调用。

31.4 SPI总线源文件stm32f4xx_hal_spi.c

此文件涉及到的函数较多，这里把几个常用的函数做个说明：

HAL_SPI_Init
HAL_SPI_DeInit
HAL_SPI_TransmitReceive
HAL_SPI_TransmitReceive_IT
HAL_SPI_TransmitReceive_DMA

31.4.1 函数HAL_SPI_Init

函数原型：

HAL_StatusTypeDef HAL_SPI_Init(SPI_HandleTypeDef *hspi)
{
  /* 检测句柄是否有效 */
  if (hspi == NULL)
  {
    return HAL_ERROR;
  }

  /* 检查参数 */
  assert_param(IS_SPI_ALL_INSTANCE(hspi->Instance));
  assert_param(IS_SPI_MODE(hspi->Init.Mode));
  assert_param(IS_SPI_DIRECTION(hspi->Init.Direction));
  assert_param(IS_SPI_DATASIZE(hspi->Init.DataSize));
  assert_param(IS_SPI_NSS(hspi->Init.NSS));
  assert_param(IS_SPI_BAUDRATE_PRESCALER(hspi->Init.BaudRatePrescaler));
  assert_param(IS_SPI_FIRST_BIT(hspi->Init.FirstBit));
  assert_param(IS_SPI_TIMODE(hspi->Init.TIMode));
  if (hspi->Init.TIMode == SPI_TIMODE_DISABLE)
  {
    assert_param(IS_SPI_CPOL(hspi->Init.CLKPolarity));
    assert_param(IS_SPI_CPHA(hspi->Init.CLKPhase));
  }
#if (USE_SPI_CRC != 0U)
  assert_param(IS_SPI_CRC_CALCULATION(hspi->Init.CRCCalculation));
  if (hspi->Init.CRCCalculation == SPI_CRCCALCULATION_ENABLE)
  {
    assert_param(IS_SPI_CRC_POLYNOMIAL(hspi->Init.CRCPolynomial));
  }
#else
  hspi->Init.CRCCalculation = SPI_CRCCALCULATION_DISABLE;
#endif 

  if (hspi->State == HAL_SPI_STATE_RESET)
  {
    /* 解锁 */
    hspi->Lock = HAL_UNLOCKED;

#if (USE_HAL_SPI_REGISTER_CALLBACKS == 1U)
    /* 自定义回调函数 */
    hspi->TxCpltCallback       = HAL_SPI_TxCpltCallback;       /* Legacy weak TxCpltCallback       */
    hspi->RxCpltCallback       = HAL_SPI_RxCpltCallback;       /* Legacy weak RxCpltCallback       */
    hspi->TxRxCpltCallback     = HAL_SPI_TxRxCpltCallback;     /* Legacy weak TxRxCpltCallback     */
    hspi->TxHalfCpltCallback   = HAL_SPI_TxHalfCpltCallback;   /* Legacy weak TxHalfCpltCallback   */
    hspi->RxHalfCpltCallback   = HAL_SPI_RxHalfCpltCallback;   /* Legacy weak RxHalfCpltCallback   */
    hspi->TxRxHalfCpltCallback = HAL_SPI_TxRxHalfCpltCallback; /* Legacy weak TxRxHalfCpltCallback */
    hspi->ErrorCallback        = HAL_SPI_ErrorCallback;        /* Legacy weak ErrorCallback        */
    hspi->AbortCpltCallback    = HAL_SPI_AbortCpltCallback;    /* Legacy weak AbortCpltCallback    */

    if (hspi->MspInitCallback == NULL)
    {
      hspi->MspInitCallback = HAL_SPI_MspInit; /* Legacy weak MspInit  */
    }

    /* 初始化底层硬件: GPIO, CLOCK, NVIC... */
    hspi->MspInitCallback(hspi);
#else
    /* 初始化底层硬件: GPIO, CLOCK, NVIC... */
    HAL_SPI_MspInit(hspi);
#endif 
  }

  hspi->State = HAL_SPI_STATE_BUSY;

  /* 关闭SPI外设 */
  __HAL_SPI_DISABLE(hspi);

  /*----------------------- SPIx CR1 & CR2 配置 ---------------------*/
  /* 配置的各种SPI参数 */
  WRITE_REG(hspi->Instance->CR1, (hspi->Init.Mode | hspi->Init.Direction | hspi->Init.DataSize |
                                  hspi->Init.CLKPolarity | hspi->Init.CLKPhase | (hspi->Init.NSS & SPI_CR1_SSM) |hspi->Init.BaudRatePrescaler | hspi->Init.FirstBit  | hspi->Init.CRCCalculation));

  /* 配置NSS和TI模式位 */
  WRITE_REG(hspi->Instance->CR2, (((hspi->Init.NSS >> 16U) & SPI_CR2_SSOE) | hspi->Init.TIMode));

#if (USE_SPI_CRC != 0U)
  /*---------------------------- SPIx CRCPOLY 配置  ------------------*/
  /* 配置 : CRC 多项式 */
  if (hspi->Init.CRCCalculation == SPI_CRCCALCULATION_ENABLE)
  {
    WRITE_REG(hspi->Instance->CRCPR, hspi->Init.CRCPolynomial);
  }
#endif 

#if defined(SPI_I2SCFGR_I2SMOD)
    CLEAR_BIT(hspi->Instance->I2SCFGR, SPI_I2SCFGR_I2SMOD);
#endif 

  hspi->ErrorCode = HAL_SPI_ERROR_NONE;
  hspi->State     = HAL_SPI_STATE_READY;

  return HAL_OK;
}

函数描述：

此函数用于初始化SPI。

函数参数：

第1个参数是SPI_HandleTypeDef类型结构体指针变量，用于配置要初始化的参数。
返回值，返回HAL_TIMEOUT表示超时，HAL_ERROR表示参数错误，HAL_OK表示发送成功，HAL_BUSY表示忙，正在使用中。

注意事项：

函数HAL_SPI_MspInit用于初始化SPI的底层时钟、引脚等功能。需要用户自己在此函数里面实现具体的功能。由于这个函数是弱定义的，允许用户在工程其它源文件里面重新实现此函数。当然，不限制一定要在此函数里面实现，也可以像早期的标准库那样，用户自己初始化即可，更灵活些。
如果形参hspi的结构体成员State没有做初始状态，这个地方就是个坑。特别是用户搞了一个局部变量SPI_HandleTypeDef SpiHandle。

对于局部变量来说，这个参数就是一个随机值，如果是全局变量还好，一般MDK和IAR都会将全部变量初始化为0，而恰好这个 HAL_SPI_STATE_RESET = 0x00U。

解决办法有三

方法1：用户自己初始串口和涉及到的GPIO等。

方法2：定义SPI_HandleTypeDef SpiHandle为全局变量。

方法3：下面的方法

if(HAL_SPI_DeInit(&SpiHandle) != HAL_OK)
{
    Error_Handler();
}  
if(HAL_SPI_Init(&SpiHandle) != HAL_OK)
{
    Error_Handler();
}

使用举例：

SPI_HandleTypeDef hspi = {0};


/* 设置SPI参数 */
hspi.Instance               = SPIx;                   /* 例化SPI */
hspi.Init.BaudRatePrescaler = _BaudRatePrescaler;     /* 设置波特率 */
hspi.Init.Direction         = SPI_DIRECTION_2LINES;   /* 全双工 */
hspi.Init.CLKPhase          = _CLKPhase;              /* 配置时钟相位 */
hspi.Init.CLKPolarity       = _CLKPolarity;           /* 配置时钟极性 */
hspi.Init.DataSize          = SPI_DATASIZE_8BIT;      /* 设置数据宽度 */
hspi.Init.FirstBit          = SPI_FIRSTBIT_MSB;       /* 数据传输先传高位 */
hspi.Init.TIMode            = SPI_TIMODE_DISABLE;     /* 禁止TI模式  */
hspi.Init.CRCCalculation    = SPI_CRCCALCULATION_DISABLE; /* 禁止CRC */
hspi.Init.CRCPolynomial     = 7;                       /* 禁止CRC后，此位无效 */
hspi.Init.NSS               = SPI_NSS_SOFT;            /* 使用软件方式管理片选引脚 */
hspi.Init.Mode             = SPI_MODE_MASTER;         /* SPI工作在主控模式 */


/* 初始化SPI */
if (HAL_SPI_Init(&hspi) != HAL_OK)
{
    Error_Handler(__FILE__, __LINE__);
}

31.4.2 函数HAL_SPI_DeInit

函数原型：

HAL_StatusTypeDef HAL_SPI_DeInit(SPI_HandleTypeDef *hspi)
{
  /* 判断SPI句柄 */
  if (hspi == NULL)
  {
    return HAL_ERROR;
  }

  /* 检查参数 */
  assert_param(IS_SPI_ALL_INSTANCE(hspi->Instance));

  hspi->State = HAL_SPI_STATE_BUSY;

  /* 关闭SPI外设时钟 */
  __HAL_SPI_DISABLE(hspi);

#if (USE_HAL_SPI_REGISTER_CALLBACKS == 1U)
  if (hspi->MspDeInitCallback == NULL)
  {
    hspi->MspDeInitCallback = HAL_SPI_MspDeInit; /* Legacy weak MspDeInit  */
  }

  /* 复位底层硬件: GPIO, CLOCK, NVIC... */
  hspi->MspDeInitCallback(hspi);
#else
  /* 复位底层硬件: GPIO, CLOCK, NVIC... */
  HAL_SPI_MspDeInit(hspi);
#endif 

  hspi->ErrorCode = HAL_SPI_ERROR_NONE;
  hspi->State = HAL_SPI_STATE_RESET;

  /* 解锁 */
  __HAL_UNLOCK(hspi);

  return HAL_OK;
}

函数描述：

用于复位SPI总线初始化。

函数参数：

第1个参数是SPI_HandleTypeDef类型结构体指针变量。
返回值，返回HAL_TIMEOUT表示超时，HAL_ERROR表示参数错误，HAL_OK表示发送成功，HAL_BUSY表示忙，正在使用中

31.4.3 函数HAL_SPI_TransmitReceive

函数原型：

HAL_StatusTypeDef HAL_SPI_TransmitReceive(SPI_HandleTypeDef *hspi, uint8_t *pTxData, uint8_t *pRxData,
uint16_t Size,uint32_t Timeout)
{
   /* 省略未写 */

  /* 16bit数据传输 */
  if (hspi->Init.DataSize == SPI_DATASIZE_16BIT)
  {
      /* 省略未写 */
  }
  /* 8bit数据传输  */
  else
  {
     /* 省略未写 */
  }

/* 省略未写 */
}

函数描述：

此函数主要用于SPI数据收发，全双工查询方式。

函数参数：

第1个参数是SPI_HandleTypeDef类型结构体指针变量。
第2个参数是发送数据缓冲地址。
第3个参数是接收数据缓冲地址。
第4个参数是传输的数据大小，单位字节个数。
第5个参数是传输过程的溢出时间，单位ms。
返回值，返回HAL_TIMEOUT表示超时，HAL_ERROR表示参数错误，HAL_OK表示发送成功，HAL_BUSY表示忙，正在使用中。

使用举例：

SPI_HandleTypeDef hspi = {0};

if(HAL_SPI_TransmitReceive(&hspi, (uint8_t*)g_spiTxBuf, (uint8_t *)g_spiRxBuf, g_spiLen, 1000000) != HAL_OK)
{
    Error_Handler(__FILE__, __LINE__);
}

31.4.4 函数HAL_SPI_TransmitReceive_IT

函数原型：

HAL_StatusTypeDef HAL_SPI_TransmitReceive_IT(SPI_HandleTypeDef *hspi, uint8_t *pTxData, uint8_t *pRxData, uint16_t Size)
{
  /* 省略未写 */

  /* 设置传输参数 */
  hspi->ErrorCode   = HAL_SPI_ERROR_NONE;
  hspi->pTxBuffPtr  = (uint8_t *)pTxData;
  hspi->TxXferSize  = Size;
  hspi->TxXferCount = Size;
  hspi->pRxBuffPtr  = (uint8_t *)pRxData;
  hspi->RxXferSize  = Size;
  hspi->RxXferCount = Size;

  /* 设置中断处理 */
  if (hspi->Init.DataSize > SPI_DATASIZE_8BIT)
  {
    hspi->RxISR     = SPI_2linesRxISR_16BIT;
    hspi->TxISR     = SPI_2linesTxISR_16BIT;
  }
  else
  {
    hspi->RxISR     = SPI_2linesRxISR_8BIT;
    hspi->TxISR     = SPI_2linesTxISR_8BIT;
  }

#if (USE_SPI_CRC != 0U)
  /* 复位CRC计算 */
  if (hspi->Init.CRCCalculation == SPI_CRCCALCULATION_ENABLE)
  {
    SPI_RESET_CRC(hspi);
  }
#endif 

  /* 使能TXE, RXNE 和  ERR 中断 */
  __HAL_SPI_ENABLE_IT(hspi, (SPI_IT_TXE | SPI_IT_RXNE | SPI_IT_ERR));

  /* 检测SPI是否已经使能 */
  if ((hspi->Instance->CR1 & SPI_CR1_SPE) != SPI_CR1_SPE)
  {
    /* 使能SPI外设 */
    __HAL_SPI_ENABLE(hspi);
  }

error :
  /* 解锁 */
  __HAL_UNLOCK(hspi);
  return errorcode;
}

函数描述：

此函数主要用于SPI数据收发，全双工中断方式。

函数参数：

第1个参数是SPI_HandleTypeDef类型结构体指针变量。
第2个参数是发送数据缓冲地址。
第3个参数是接收数据缓冲地址。
第4个参数是传输的数据大小，单位字节个数。
返回值，返回HAL_TIMEOUT表示超时，HAL_ERROR表示参数错误，HAL_OK表示发送成功，HAL_BUSY表示忙，正在使用中。

使用举例：

SPI_HandleTypeDef hspi = {0};

if(HAL_SPI_TransmitReceive_IT(&hspi, (uint8_t*)g_spiTxBuf, (uint8_t *)g_spiRxBuf, g_spiLen) != HAL_OK)    
{
    Error_Handler(__FILE__, __LINE__);
}

31.4.5 函数HAL_SPI_TransmitReceive_DMA

函数原型：

HAL_StatusTypeDef HAL_SPI_TransmitReceive_DMA(SPI_HandleTypeDef *hspi, uint8_t *pTxData, uint8_t *pRxData,
                                                                                           uint16_t Size)
{
   /* 省略未写 */

  /* 使能RX DMA */
  if (HAL_OK != HAL_DMA_Start_IT(hspi->hdmarx, (uint32_t)&hspi->Instance->DR, (uint32_t)hspi->pRxBuffPtr,
 hspi->RxXferCount))
  {
   

  }

  /* 使能RX DMA */
  if (HAL_OK != HAL_DMA_Start_IT(hspi->hdmatx, (uint32_t)hspi->pTxBuffPtr, (uint32_t)&hspi->Instance->DR,
 hspi->TxXferCount))
  {
   
  }

  /* 省略未写 */

}

函数描述：

此函数主要用于SPI数据收发，全双工DMA方式。

函数参数：

第1个参数是SPI_HandleTypeDef类型结构体指针变量。
第2个参数是发送数据缓冲地址。
第3个参数是接收数据缓冲地址。
第4个参数是传输的数据大小，单位字节个数。
返回值，返回HAL_TIMEOUT表示超时，HAL_ERROR表示参数错误，HAL_OK表示发送成功，HAL_BUSY表示忙，正在使用中。

使用举例：

SPI_HandleTypeDef hspi = {0};

if(HAL_SPI_TransmitReceive_DMA(&hspi, (uint8_t*)g_spiTxBuf, (uint8_t *)g_spiRxBuf, g_spiLen) != HAL_OK)    
{
    Error_Handler(__FILE__, __LINE__);
}

31.5 总结

本章节就为大家讲解这么多，要熟练掌握SPI总线的查询，中断和DMA方式的实现，因为基于SPI接口的外设芯片很多，熟练后，可以方便的驱动各种SPI接口芯片，以便选择合适的驱动方式。

以上是关于STM32 HAL库开发: 存储器和总线架构的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章

STM32H7教程第91章 STM32H7的FDCAN总线基础知识和HAL库API

STM32H7的SPI总线基础知识和HAL库API

STM32+cubemx0011 HAL库开发：I2C总线访问加速度传感器ADXL345

正点原子STM32(基于HAL库)2

STM32G0学习手册——I2C总线使用(使用硬件I2C-HAL库)

STM32F4 HAL库开发 -- 温度传感器（DS18B20）