STM32-SPI & 中断
- SPI协议
1.1 SPI总线介绍
SPI接口是Motorola （motorola | Smartphones, Accessories & Smart Home Devices）首先提出的全双工三线/四线同步串行外围接口采用主从模式（Master Slave）架构。
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）；SPI接口有2根单向数据线，为全双工通信。
SPI总线被广泛地使用在FLASH、ADC、LCD等设备与MCU间，要求通讯速率较高的场合。
1.2 SPI总线物理（拓扑结构）
SPI总共有4根总线，分别是：设备选择线（ss）、时钟线(SCLK)、串行输出数据线(MOSI)、串行输入数据线(MISO)。
（1）MOSI：主器件数据输出，从器件数据输入
（2）MISO：主器件数据输入，从器件数据输出
（3）SCLK ：时钟信号，由主器件产生
（4）/SS：从器件使能信号，由主器件控制（片选）
1.3 SPI总线协议
起始信号: NSS信号线由高变低，是SPI通讯的起始信号 (NSS是片选信号，使能信号)
结束信号：NSS信号由低变高，是SPI通讯的停止信号
数据传输：SPI使用MOSI及MISO信号线来传输数据，使用SCK信号线进行数据同步。MOSI及MISO数据线在SCK的每个时钟周期传输一位数据高位在前低位在后，且数据输入输出是同时进行的。SPI每次数据传输可以 8 位或 16 位为单位，每次传输的单位数不受限制。
1.3 SPI总线协议
起始信号: NSS信号线由高变低，是SPI通讯的起始信号 (NSS是片选信号，使能信号)
结束信号：NSS信号由低变高，是SPI通讯的停止信号
数据传输：SPI使用MOSI及MISO信号线来传输数据，使用SCK信号线进行数据同步。MOSI及MISO数据线在SCK的每个时钟周期传输一位数据高位在前低位在后，且数据输入输出是同时进行的。SPI每次数据传输可以 8 位或 16 位为单位，每次传输的单位数不受限制。
1.4 SPI的四种通信模式
在SPI操作中，最重要的两项设置就是时钟极性（CPOL）和时钟相位（CPHA）这两项即是主从设备间数据采样的约定方式。
SPI有四种通信模式：
时钟极性CPOL : 设置时钟空闲时的电平
当CPOL = 0 ，SCK引脚在空闲状态保持低电平；
当CPOL = 1 ，SCK引脚在空闲状态保持高电平。
时钟相位CPHA ：设置数据采样时的时钟沿
当 CPHA=0 时，MOSI或 MISO 数据线上的信号将会在 SCK时钟线的奇数边沿被采样
当 CPHA=1时， MOSI或 MISO 数据线上的信号将会在 SCK时钟线的偶数边沿被采样
数据线被采样，都是等待数据线变化稳定半个时钟周期进行采样。
通信模式的设置：
由CPOL及CPHA的不同状态，SPI分成了四种模式，主机与从机需要工作在相同的模式下才可以正常通讯，因此通常主机要按照从机支持的模式去设置.
- LCD液晶显示屏
液晶的组成
某些物质在熔融状态或被溶剂溶解之后，尽管失去固态物质的刚性，却获得了液体的易流动性，并保留着部分晶态物质分子的各向异性有序排列，形成一种兼有晶体和液体的部分性质的中间态，这种由固态向液态转化过程中存在的取向有序流体称为液晶。
物理特点
当通电时导通，排列变得有秩序，使光线容易通过；不通电时排列混乱，阻止光线通过。
液晶显示屏内部构造
颜色深度
① R,G,B三基色组合形成各种颜色。
② 能显示的颜色数由RGB的数字信号的位数来决定
例如，以3位数字信号来表示颜色深度
RGB24 (24位真彩色)
R:8
G:8
B:8
所以他能显示的颜色深度就是2^8 *2^8 *2^8
STM32G030C8T6------->RGB16(RGB565)
颜色深度：2*5 2*6 2*5
让一个一个像素点显示正红色：1111 1000 0000 0000 0xf800
让一个一个像素点显示正绿色：0000 0111 1110 0000 0x07e0
- 点亮L
CD显示屏
1）查看原理图
底板原理图
2）修改引脚名，右击
3）输出速度改为高速
4）将驱动文件放到工程目录下
5）将执行文件加入到工程内。
6）添加完后先编译一次，再将对应头文件添加到主函数，调用函数即可
- 字符显示
英文字符和数字字符包括标点符号在font.h中已经生成好了字模，因此不需要再次取模。直接调用字符串显示函数即可
屏幕大小位128*128像素点
每个字符高16宽是8
//显示字符
//x轴、y轴、字色、底色、显示的字符内容
void Gui_DrawFont_GBK16(uint16_t x0, uint16_t y0, uint16_t fc, uint16_t bc, uint8_t *s)
{
int i,j,k,x,y,xx;
unsigned char qm;
long int ulOffset;
char ywbuf[32];
- 汉字显示
//入参：X轴，Y轴，字体颜色，背景颜色，显示字符，字符个数
void Gui_DrawFont_1616(uint16_t x0, uint16_t y0, uint16_t fc, uint16_t bc,const char tfont16[][32],int num)
6、图片显示
注意：
1）图片格式为128*128
2）点击保存，将文件保存成.h格式，并将生成好的.h文件添加到inc目录下
3）添加头文件
4）图片显示函数，将生成的图片数据数组首地址进行传递。
7、中断系统
7.1 基本概念
在处理器中，中断相当是对于突发事件的处理过程。
当遇到内部/外部的紧急事件需要处理时，暂时中止当前程序，转而去处理紧急事件，
待处理完毕后，再返回被打断的程序继续向下运行。
暂停：保护现场
继续：恢复现场
7.2 中断的意义
中断能够对突发事件进行及时处理，实现程序的并行化（时间片），进而提高CPU的工作效率。当发生突发事件时，比如外部触发的输入信号、定时器溢出等，中断会立即打断正在执行的程序，转而执行中断服务函数（ISR）来处理该事件。
为什么提高效率了？
因为CPU对于没有发生的事情是在不停的在轮询（询问有没有发生？）
中断能提高CPU的效率，同时能对突发事件做出实时处理。实现程序的并行化，实现嵌入式系统进程之间的切换
7.3 中断处理过程
中断处理过程
进入中断
- 处理器自动保存现场到堆栈里（堆栈——内存）
- {PC, xPSR, R0-R3, R12, LR}
- 一旦入栈结束，ISR便可开始执行（中断服务程序）
退出中断
- 中断前的现场被自动从堆栈中恢复
2. 一旦出栈完成，继续执行被中断打断的指令
- 出栈的过程也可被打断，使得随时可以响应新的中断而不再进行 现场保存
R0 - R12
R13 栈指针 SP ： 指向栈顶地址
R14 链接寄存器 LR ：存放返回地址
R15 程序计数器 PC ：保存要执行的指令地址
示例：
老师在上课 （正常执行的程序）
班主任叫我去开会 （中断信号）
暂停讲课、保存腾讯会议 （压栈保护现场）
根据会议室门牌号去开会 （根据中断向量表跳转到中断服务程序）
开会 （执行中断服务程序）
回到教室继续上课 （恢复现场返回主程序继续执行）
7.4 中断体系结构
注：中断和异常的区别
中断是微处理器外部发送的，通过中断通道送入处理器内部，一般是硬件引起的，比如按键中断、串口接收中断，而异常通常是微处理器内部发生的，大多是软件引起的，比如除法出错异常，特权调用异常等待。不管是中断还是异常，微处理器通常都有相应的中断/异常服务程序。
7.5 NVIC
嵌套向量中断控制器（Nested Vectored Interrupt Controller）
NVIC主要功能
负责管理中断 （CPU的小助理）
中断管理
支持异常及中断向量化处理
支持嵌套中断
1）管理中断事件（清除、挂起）
每一个中断事件都有执行或禁止两种状态，由NVIC负责将中断事件标记为清除和挂起两种状态。 处理器的中断可以电平的形式的，也可以是脉冲形式的，这样中断控制器就可以处理任何中断源。
（当中断执行完成时，NVIC会将中断事件置为清除状态）
2）支持中断向量化处理（向量表）
当中断事件发生时，处理器会将PC（程序计数器 PC ：保存要执行的指令地址）设置为一个特定地址（中断事件入口函数的地址），进而跳转到中断服务程序去执行，这就是个中断（异常）向量，因为每一个异常源或者中断事件都会对应一个服务程序的入口地址，将这些地址按照优先级进行排布后，组成的一张表就称为中断（异常）向量表。
Cortex-M0内核可以处理15个内部异常和32个外部中断
STM32G030 只使用了6个内部异常和28个外部中断
向量化处理中断的好处：传统的处理方式需要软件去完成。采用向量表处理异常，M0处理器会从存储器的向量表中，自动定位异常的程序入口。从发生异常到异常的处理中间的时间被缩减。
3）支持中断嵌套 （优先级）
要启用中断嵌套，首先需要在NVIC模块中配置中断优先级。每个中断都有一个相应的优先级，中断嵌套使得某个中断能够打断正在执行的较低优先级中断，从而及时响应更高优先级的中断请求。
3个固定的优先级，都是负值，不能改变。
四个可编程优先级，用两个bit位表示，00，01，10，11（0、1、2、3）
优先级数值越小，优先级等级越高。
注意
不同优先级的中断同时发生，优先处理优先级编号较小的那个（中断优先级）
同样优先级的中断同时发生，中断向量号较小的那个优先响应（响应优先级）
7.6 EXTI
主要功能：产生中断、事件。
产生中断的目的：是将信号送入NVIC，进而运行中断服务程序，实现对应功能，是软件级。
产生事件的目的：是将采集到的一个脉冲信号送到某个外设，进而驱动某些设备做出动作，是电路级别的传输，是硬件级的。
在 STM32G030 中，共有最多 28 中断 / 事件线可用
GPIO 口连接到 16 个外部中断 / 事件线
外部中断流程框图
编号1是信号输入线，EXTI支持产生多达28个外部事件/中断请求。
编号2是边沿检测电路，用于监测上升沿或下降沿信号。
它会根据上升沿触发选择寄存(EXTI_RTSR)和下降沿触发选择寄存器(EXTI_FTSR)对应位的设置来控制信号触发。
边沿检测电路以输入线作为信号输入端，监测是否有边沿跳变，检测到有边沿跳变输出有效信号 1 给编号 3 电路，否则输出无效信号0。
编号3是一个或门电路，信号来源是外部事件或者软件中断/事件寄存器产生。
允许我们通过程序控制EXTI_SWIER就可以启动中断/事件线
编号4是一个与门电路，信号来源是编号3送来的信号和中断屏蔽寄存器的值，
如果中断屏蔽寄存器为0，也不会将信号送到NVIC，
只有编号3送来了中断信号且中断屏蔽寄存器允许产生中断，才会将中断信号送入NVIC.
接下来我们来看看红色虚线指示的电路流程。它是一个产生事件的线路，最终输出一个脉冲信号。
产生事件线路是在编号3电路之后与中断线路有所不同，之前电路都是共用的。
编号5是一个与门电路，信号来源是编号3送来的信号和事件屏蔽寄存器的值，
如果事件屏蔽寄存器为0，不会将信号送到脉冲发生器，
只有编号3送来了信号且事件屏蔽寄存器允许产生事件，才会将信号送入脉冲发生器（编号6）， 进而产生脉冲来控制外部设备做出动作。
这样我们可以简单的控制 EXTI_EMR 来实现是否要产生事件的目的
8.按键中断实验（外部中断）
实验要求：STM32正常执行LED灯闪烁主程序，当检测到按键按下时处理中断事件，通过串口打印“HelloWorld!!!”
按键中断编程步骤分析
1、使能相应的时钟
2、配置GPIO管脚为中断功能
3、设置中断优先级
4、使能相应的中断
- 实现中断服务程序
打开原理图，找到按键的引脚
配置STM32CubeMX
信号设置为中断
勾选NVIC中断表中外部中断EXIT（4~15行）
确定为外部中断且为上升沿触发
代码编写
跳转进去之后发现中断服务程序没有功能，因此需要我们自己重写
重写中断服务程序
能否在中断用延时消抖解决按键抖动问题？
从本质上，原则问题不允许
从理论上，中断优先级的问题
9.串口中断实验（内部中断）
发送完成中断实验
实验要求：主程序发送一句字符串“HelloWorld”，当这条字符串发送完成时触发中断事件，调用中断服务程序发送“HelloHello”
串口中断编程步骤分析
1、使能相应的时钟
2、配置GPIO管脚为串口功能
3、设置中断优先级
4、使能相应的中断
5、实现中断服务程序
配置引脚
将串口usart1设置为全局中断
中断模式下发送数据
主程序