HAL库的SPI发送问题

Question

HAL_SPI_TransmitReceive()函数替换寄存器库读写结果不一致问题。

源代码为野火的“[野火]《STM32 HAL库开发实战指南》(HAL库源码)\1-书籍配套例程-F103ZE霸道V1V2_20240311\24-SPI—读写串行FLASH（W25Q64）”，原来的代码是查询硬件SPI的状态，根据状态发送相关字节，然后我就想试着直接使用HAL_SPI_TransmitReceive()去替代原来较长的代码，发现不行，不知道为啥，有佬懂的吗？
以下是代码对比：

上部分是我想利用HAL库自带的函数硬件发送数据，下部分为野火官方写的寄存器库使用的方法

hal库结果

寄存器库结果

Answer 1

下午好🌅🌅🌅
本答案参考通义千问

你提到的问题是关于 HAL库的 HAL_SPI_TransmitReceive() 函数 与 寄存器级别的 SPI 控制方式 在功能上不一致，导致发送数据结果不一致。这在嵌入式开发中是比较常见的问题，原因可能涉及以下几个方面：

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✅ 问题分析

1. 函数使用方式不同

• 寄存器方式：直接操作 SPI 的寄存器（如 SPIx->DR），通过手动控制 SPI 状态（如 SPI_I2S_GetFlagStatus(SPIx, SPI_FLAG_TXE)）来判断是否可以发送下一个字节。
• HAL 库方式：使用 HAL_SPI_TransmitReceive() 是一个阻塞函数，会等待传输完成才返回。如果使用不当，可能会出现 超时、未正确配置或未正确处理中断/状态。

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2. SPI 模式设置错误

HAL 库中需要确保以下配置一致：

• SPI 模式（主/从）
• 数据帧格式（8位/16位）
• 时钟极性（CPOL）和相位（CPHA）
• 方向（全双工/半双工）

如果这些参数与实际硬件（如 W25Q64）不匹配，会导致通信失败。

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3. DMA 或中断未启用

如果你使用的是 HAL_SPI_TransmitReceive()，但没有启用 DMA 或中断，那么该函数将 阻塞等待，直到传输完成。如果在某些情况下（如 SPI 处于忙状态），可能导致程序卡死或数据未正确发送。

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4. 数据长度或地址设置错误

W25Q64 是一个串行 Flash 芯片，读写操作通常包括：

• 命令字节
• 地址字节（3 字节）
• 数据字节

例如：

uint8_t cmd[4] = {0x03, 0x00, 0x00, 0x00}; // 读指令 + 地址

如果 HAL_SPI_TransmitReceive() 的 TxData 和 RxData 长度不对，或者顺序错误，也会导致结果不一致。

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✅ 解决方案（重点步骤）

1. 确保 HAL_SPI_Init() 正确配置 SPI 参数

SPI_HandleTypeDef hspi1;

void MX_SPI1_Init(void)
{
    hspi1.Instance = SPI1;
    hspi1.Init.Mode = SPI_MODE_MASTER;              // 主模式
    hspi1.Init.Direction = SPI_DIRECTION_2LINES;     // 全双工
    hspi1.Init.DataSize = SPI_DATASIZE_8BIT;        // 8位数据
    hspi1.Init.CLKPolarity = SPI_POLARITY_LOW;       // CPOL=0
    hspi1.Init.CLKPhase = SPI_PHASE_1EDGE;          // CPHA=1
    hspi1.Init.NSS = SPI_NSS_SOFT;                   // 软件控制 NSS
    hspi1.Init.BaudRatePrescaler = SPI_BAUDRATEPRESCALER_16; // 16分频
    hspi1.Init.FirstBit = SPI_FIRSTBIT_MSB;         // MSB First
    hspi1.Init.TIMode = SPI_TIMODE_DISABLE;         // 不使用 TI 模式
    hspi1.Init.CRCCalculation = SPI_CRCCALCULATION_DISABLE; // 不使用 CRC
    hspi1.Init.CRCPolynomial = 7;

    if (HAL_SPI_Init(&hspi1) != HAL_OK)
    {
        Error_Handler();
    }
}

重点： 必须确保 hspi1.Init.CLKPolarity 和 CLKPhase 与 W25Q64 的要求一致。

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2. 使用 HAL_SPI_TransmitReceive() 发送命令和地址

示例代码（替代野火原始寄存器代码）：

// 定义要发送的数据（命令+地址）
uint8_t txData[4] = {0x03, 0x00, 0x00, 0x00}; // 读操作
uint8_t rxData[4];                            // 接收数据

// 调用 HAL 函数
HAL_StatusTypeDef status = HAL_SPI_TransmitReceive(&hspi1, txData, rxData, 4, 100);

if (status == HAL_OK)
{
    // 成功接收到数据
    for (int i = 0; i < 4; i++)
    {
        printf("rxData[%d] = 0x%02X\n", i, rxData[i]);
    }
}
else
{
    printf("SPI TransmitReceive Failed!\n");
}

重点： 一定要检查返回值 HAL_SPI_TransmitReceive()，并确保超时时间足够。

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3. 检查 NSS 引脚控制

HAL 库默认使用软件控制 NSS（SPI_NSS_SOFT），你需要手动拉低 NSS 引脚后再发送数据，发送完后拉高。

// 拉低 NSS
HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_4, GPIO_PIN_RESET); // 假设 NSS 连接到 PA4

// 发送数据
HAL_SPI_TransmitReceive(&hspi1, txData, rxData, 4, 100);

// 拉高 NSS
HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_4, GPIO_PIN_SET);

重点： 如果 NSS 未正确控制，SPI 通信将失败。

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4. 对比野火原代码（寄存器方式）

野火代码中可能有如下结构（以读操作为例）：

// 使能 SPI
SPI_Cmd(SPI1, ENABLE);

// 发送命令字节
while (SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, SPI_FLAG_TXE) == RESET);
SPI_I2S_SendData(SPI1, 0x03);

// 发送地址字节
while (SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, SPI_FLAG_TXE) == RESET);
SPI_I2S_SendData(SPI1, 0x00);

// ...

重点： 野火代码是逐字节发送，而 HAL_SPI_TransmitReceive() 是一次性发送整个缓冲区。

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✅ 总结对比

| 项目 | HAL_SPI_TransmitReceive() | 寄存器方式 | |------|--------------------------|-------------| | 是否自动处理状态 | 是（阻塞） | 需手动轮询标志位 | | 数据发送方式 | 批量发送 | 逐字节发送 | | NSS 控制 | 需手动控制 | 通常由硬件自动处理 | | 代码简洁性 | 更简洁 | 更冗长 | | 易错点 | 配置参数、超时、NSS 控制 | 状态判断复杂 |

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✅ 推荐做法

如果你希望简化代码，并且 SPI 配置正确，建议使用 HAL_SPI_TransmitReceive()，但必须注意以下几点：

1. 确保 SPI 初始化参数正确
2. 手动控制 NSS 引脚
3. 检查返回值并处理超时
4. 发送数据长度与接收长度一致

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✅ 修改后的完整示例代码（适用于 W25Q64 读取）

#include "main.h"
#include "stdio.h"

SPI_HandleTypeDef hspi1;

void SystemClock_Config(void);
static void MX_GPIO_Init(void);
static void MX_SPI1_Init(void);

int main(void)
{
    HAL_Init();
    SystemClock_Config();
    MX_GPIO_Init();
    MX_SPI1_Init();

    uint8_t txData[4] = {0x03, 0x00, 0x00, 0x00}; // 读操作
    uint8_t rxData[4];

    // 拉低 NSS
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_4, GPIO_PIN_RESET);

    // 发送命令和地址
    HAL_SPI_TransmitReceive(&hspi1, txData, rxData, 4, 100);

    // 拉高 NSS
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_4, GPIO_PIN_SET);

    // 输出接收到的数据
    for (int i = 0; i < 4; i++)
    {
        printf("rxData[%d] = 0x%02X\n", i, rxData[i]);
    }

    while (1);
}

// ...（其余初始化函数略）

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如有更多代码细节（如具体引脚、SPI 配置等），欢迎继续提供，我可以帮你进一步调试。