为什么说物联网为嵌入式系统带来新的发展机遇

哐哐认为物联网是微处理器基础上，互联网与嵌入式系统发展到高级阶段交叉融合的产物，从技术发展上看物联网是互联网的自然延伸。物联源头是嵌入式系统。
嵌入式技术在物联网系统中的整合，给嵌入式系统带来新的机遇，许多先进技术都会首先出现在嵌入式系统中。从物联网平台建设到物联网平台应用的全面机遇，同时嵌入式系统有最广泛的人才需求。包括物联网的基础建设，即微电子、计算机、电子技术、通信技术等多学科通力合作，网络终端、智能化设备、网络连接下的应用整合。
目前嵌入式系统的前沿技术，包括多核技术、软件集成、软硬件IP化、云开发环境、GPS时空定位、软硬件开源、无线传感器网络、物联网、云MES系统等多种接入方式。

本实验采用W25Q64芯片

W25Q64是华邦公司推出的大容量SPI

FLASH产品，其容量为64Mb。该25Q系列的器件在灵活性和性能方面远远超过普通的串行闪存器件。W25Q64将8M字节的容量分为128个块，每个块大小为64K字节，每个块又分为16个扇区，每个扇区4K个字节。W25Q64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。所以，这需要给W25Q64开辟一个至少4K的缓存区，这样必须要求芯片有4K以上的SRAM才能有很好的 *** 作。

W25Q64的擦写周期多达10W次，可将数据保存达20年之久，支持27~36V的电压，支持标准的SPI，还支持双输出/四输出的SPI，最大SPI时钟可达80Mhz。

一。SPI接口原理

(一)概述
高速，全双工，同步的通信总线。

全双工：可以同时发送和接收，需要2条引脚

同步： 需要时钟引脚

片选引脚：方便一个SPI接口上可以挂多个设备。

总共四根引脚。

(二)SPI内部结构简明图
MISO： 做主机的时候输入，做从机的时候输出

MOSI：做主机的时候输出，做从机的时候输入

主机和从机都有一个移位寄存器，在同一个时钟的控制下主机的最高位移到从机的最高位，同时从机的最高位往前移一位，移到主机的最低位。在一个时钟的控制下主机和从机进行了一个位的交换，那么在8个时钟的控制下就交换了8位，最后的结果就是两个移位寄存器的数据完全交换。

在8个时钟的控制下，主机和从机的两个字节进行了交换，也就是说主机给从机发送一个字节8个位的同时，从机也给主机传回来了8个位，也就是一个字节。

(三)SPI接口框图
上面左边部分就是在时钟控制下怎么传输数据，右边是控制单元，还包括左下的波特率发生器。

(四)SPI工作原理总结
(五)SPI的特征
(六)从选择(NSS)脚管理
两个SPI通信首先有2个数据线，一个时钟线，还有一个片选线，只有把片选拉低，SPI芯片才工作，片选引脚可以是SPI规定的片选引脚，还可以通过软件的方式选择任意一个IO口作为片选引脚，这样做的好处是：比如一个SPI接口上挂多个设备，比如挂了4个设备，第二个用PA2，第三个用PA3，第四个用PA4作为片选，我们

跟第二个设备进行通信的时候，只需要把第二个片选选中，比如拉低，其他设备的片选都拉高，这样就实现了一个SPI接口可以连接个SPI设备，战舰开发板上就是通过这种方法来实现的。

(七)时钟信号的相位和极性
时钟信号的相位和极性是通过CR寄存器的 CPOL 和 CPHA两个位确定的。

CPOL：时钟极性，设置在没有数据传输时时钟的空闲状态电平。CPOL置0，SCK引脚在空闲时为低电平，CPOL置1，SCK引脚在空闲时保持高电平。

CPHA：时钟相位 设置时钟信号在第几个边沿数据被采集

CPHA=1时：在时钟信号的第二个边沿
CPOL=1，CPHA=1，

CPOL=1表示时钟信号在没有数据传输时即空闲时的状态为高电平。如果CPHA=1，那么数据就在时钟信号的第二个边沿即上升沿的时候被采集。

CPOL= 0，CPHA=1， CPOL=0表示时钟信号在没有数据传输时即空闲时的状态为低电平。

如果CPHA=1，那么数据就在时钟信号的第二个边沿即下降沿的时候被采集。

CPHA=0时：在时钟信号的第一个边沿
CPOL=1，CPHA=0，

CPOL=1表示时钟信号在没有数据传输时即空闲时的状态为高电平。如果CPHA=1，那么数据就在时钟信号的第一个边沿即下降沿的时候被采集。

CPOL= 0，CPHA=0， CPOL=0表示时钟信号在没有数据传输时即空闲时的状态为低电平。

如果CPHA=1，那么数据就在时钟信号的第一个边沿即上升沿的时候被采集。

为什么要配置这两个参数

因为SPI外设的从机的时钟相位和极性都是有严格要求的。所以我们要根据选择的外设的时钟相位和极性来配置主机的相位和极性。必须要与从机匹配。

(八)数据帧的格式和状态标志
数据帧格式：根据CR1寄存器的LSBFIRST位的设置，数据可以MSB在前也可以LSB在前。

根据CR1寄存器的DEF位，每个数据帧可以是8位或16位。

(九)SPI中断
(十)SPI引脚配置 (3个SPI)
引脚的工作模式设置
引脚必须要按照这个表格配置。

二。SPI寄存器库函数配置

(一)常用寄存器
(二)SPI相关库函数
STM32的SPI接口可以配置为支持SPI协议或者支持I2S音频协议。默认是SPI模式，可以通过软件切换到I2S方式。

常用的函数：

1 void SPI_Init(SPI_TypeDef SPIx, SPI_InitTypeDef

SPI_InitStruct);//SPI的初始化

2 void SPI_Cmd(SPI_TypeDef SPIx, FunctionalState NewState); //SPI使能

3 void SPI_I2S_ITConfig(SPI_TypeDef SPIx, uint8_t SPI_I2S_IT,

FunctionalState NewState); //开启中断

4 void SPI_I2S_DMACmd(SPI_TypeDef SPIx, uint16_t SPI_I2S_DMAReq,

FunctionalState NewState);//通 过DMA传输数据

5 void SPI_I2S_SendData(SPI_TypeDef SPIx, uint16_t Data); //发送数据

6 uint16_t SPI_I2S_ReceiveData(SPI_TypeDef SPIx); //接收数据

7 void SPI_DataSizeConfig(SPI_TypeDef SPIx, uint16_t SPI_DataSize);

//设置数据是8位还是16位

8 其他几个状态函数

void SPI_Init(SPI_TypeDef SPIx, SPI_InitTypeDef

SPI_InitStruct);//SPI的初始化
结构体成员变量比较多，这里我们挑取几个重要的成员变量讲解一下：

第一个参数 SPI_Direction 是用来设置 SPI 的通信方式，可以选择为半双工，全双工，以及串行发和串行收方式，这里我们选择全双工模式

SPI_Direction_2Lines_FullDuplex。

第二个参数 SPI_Mode 用来设置 SPI 的主从模式，这里我们设置为主机模式 SPI_Mode_Master，当然有需要你也可以选择为从机模式

SPI_Mode_Slave。

第三个参数 SPI_DataSiz 为 8 位还是 16 位帧格式选择项，这里我们是 8 位传输，选择SPI_DataSize_8b。

第四个参数 SPI_CPOL 用来设置时钟极性，我们设置串行同步时钟的空闲状态为高电平所以我们选择 SPI_CPOL_High。

第五个参数 SPI_CPHA

用来设置时钟相位，也就是选择在串行同步时钟的第几个跳变沿(上升或下降)数据被采样，可以为第一个或者第二个条边沿采集，这里我们选择第二个跳变沿，所以选择

SPI_CPHA_2Edge

第六个参数 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 关键，而不是硬件自动控制，所以选择 SPI_NSS_Soft。

第七个参数 SPI_BaudRatePrescaler 很关键，就是设置 SPI 波特率预分频值也就是决定 SPI 的时

钟的参数 ， 从不分频道 256 分频 8 个可选值，初始化的时候我们选择 256 分频值

SPI_BaudRatePrescaler_256, 传输速度为 36M/256=140625KHz。

第八个参数 SPI_FirstBit 设置数据传输顺序是 MSB 位在前还是 LSB 位在前， ，这里我们选择

SPI_FirstBit_MSB 高位在前。

第九个参数 SPI_CRCPolynomial 是用来设置 CRC 校验多项式，提高通信可靠性，大于 1 即可。

设置好上面 9 个参数，我们就可以初始化 SPI 外设了。

初始化的范例格式为：

SPI_InitTypeDef SPI_InitStructure;

SPI_InitStructureSPI_Direction = SPI_Direction_2Lines_FullDuplex;

//双线双向全双工

SPI_InitStructureSPI_Mode = SPI_Mode_Master; //主 SPI

SPI_InitStructureSPI_DataSize = SPI_DataSize_8b; // SPI 发送接收 8 位帧结构

SPI_InitStructureSPI_CPOL = SPI_CPOL_High;//串行同步时钟的空闲状态为高电平

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SPI_InitStructureSPI_CPHA = SPI_CPHA_2Edge;//第二个跳变沿数据被采样

SPI_InitStructureSPI_NSS = SPI_NSS_Soft; //NSS 信号由软件控制

SPI_InitStructureSPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_256; //预分频

256

SPI_InitStructureSPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB; //数据传输从 MSB 位开始

SPI_InitStructureSPI_CRCPolynomial = 7; //CRC 值计算的多项式

SPI_Init(SPI2, &SPI_InitStructure); //根据指定的参数初始化外设 SPIx 寄存器

(三)程序配置步骤
三。W25Qxx配置讲解

(一)电路图
片选用的PB12

W25Q64 是华邦公司推出的大容量SPI FLASH 产品，W25Q64 的容量为 64Mb，该系列还有 W25Q80/16/32

等。ALIENTEK 所选择的 W25Q64 容量为 64Mb，也就是 8M 字节。(1M=1024K)

W25Q64 将 8M 的容量分为 128 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。W25Q64 的最少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 W25Q64 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 *** 作。

W25Q64 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 27~36V，W25Q64 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 W25Q64

的介绍，请参考 W25Q64 的DATASHEET。

在往一个地址写数据之前，要先把这个扇区的数据全部读出来保存在缓存里，然后再把这个扇区擦除，然后在缓存中修改要写的数据，然后再把整个缓存中的数据再重新写入刚才擦除的扇区中。

便于学习和参考再给大家分享些spi 的资料

stm32之SPI通信

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2020年国家会议召开，加快推动新基建建设，各产业进行数字化的转型，进行智能产业化的升级，以5G为核心的物联网蓬勃发展。互联网时代已经进入到了“物联网”时代。

01

嵌入式应用的发展前景

“物联网”让所有的物品都具有计算机的智能但不以计算机的形式出现，并把这些物品与网络连接在一起，这就需要嵌入式技术的支持。
嵌入式是一个低调的领域，但是又无处不在。它功能很强大，领域很广阔。所有带有数字接口的设备，如手表、 汽车 等，都会使用到嵌入式系统。

嵌入式系统在IoT的应用随着市场的发展，可以说是是越来越广。编程不单单是在IT行业广泛应用，在当代 社会 中，各个行业间相互影响，相互渗透早已不是什么稀奇事了，而嵌入式系统也应时代的需求在各个行业中充当着重要的角色。

嵌入式技术近年来得到了飞速的发展，就业前景广阔很多行业都可以用到它。随着行业的发展，市场对嵌入式方向的人员需求逐渐增多，薪资也是水涨船高，尤其是尤其是中高端开发岗位数量明显增多。

据统计：目前全国嵌入式工程师平均薪资可达近10K，其中薪资在15k-20k之间的占比有246%。而一线城市，如北京、上海、深圳等地，嵌入式工程师平均薪资更是高达20000元/月以上。由此可见，不管是现在还是未来，嵌入式工程师或将成为企业发展不可或缺的一部分。

02

嵌入式开发在哪里可以运用？

工业物联网

机器、设备和人的连接需要在工业互联网内完成，工业物联网不断发展需要嵌入式系统的更新。AI+IoT将成为未来产业成长的动能，因此嵌入式硬件系统平台作为发展工业物联网第二、三阶段的基石，必须能以融合人工智能及物联网的解决方案来应对市场需求。

农业物联网

嵌入式系统现在广泛运用于农业当中，通过分析设备的工作情况，通过传感器和仪器的使用，实现高效运作。

我国是农业大国，物联网技术的成熟带动农业物联网终端产品发展，养殖物联网系统、智能大棚、自动水肥一体化等日益成熟，大大促进了农业生产智能化。现在各种以嵌入式为特征智能终端产品屡见不鲜。嵌入式系统不断被应用于生活之中，改变着人们的生活，推动着工农业的发展。

世界上许多发达国家拥有着高度发达的养殖业。这些发达国家的养殖业，均有着高技术、低人工，高产能，低消耗等特点。这其中，高技术的 科技 力量已经成为现代化养殖场一个关键性的指标。我国的养殖业以前只是“后院养殖”的副业，经过40年的发展，从后院养殖的副业到独立的产业，从传统养殖到机械化设备养殖、加工、包装的现代化养殖，形成规模化养殖，成为我国农业的主要组成，带动农业经济快速发展。

所谓智能化养殖，利用物联网技术，围绕设施化畜禽养殖场生产和管理环节，通过智能传感器在线采集养殖场环境信息（二氧化碳、氨气、硫化氢、空气温湿度等），同时集成改造现有的养殖场环境控制设备，实现畜禽养殖的智能生产与科学管理。

医疗物联网

现在先进的医疗技术都逐步实现AI技术化，而在医疗技术进步中，嵌入式系统扮演者不可替代的角色。嵌入系统为医疗信息化提供便捷的 *** 作系统，提高医护人员的技术水平，减轻医疗工作者的负担。　

在医院临床上，物联网应用在移动护理条码扫描系统、移动门诊输液管理系统、婴儿防盗系统、患者生命体征动态监测系统等；在医院运营管理体系上，物联网应用于消毒供应中心质量追溯系统、科室物资管理系统、医疗废物管理系统、手术器械清点系统等。

03

嵌入式系统的安全性

自嵌入式系统诞生以来，关于什么是嵌入式系统一直存在争议。早期的定义是：“嵌入式系统是一个您甚至都不知道的系统，直到它停止工作为止。”

在物联网，工业物联网和人工智能的当今时代，其中所有事物都直接或通过云连接到其他事物，术语“嵌入式系统”是与大部分等同于“物联网设备，”没有什么可以被认为是安全的，而且一切都必须保证安全。

每年连接到Internet的设备数量呈指数增长。预计到2035年将有超过1万亿个连接的设备，而这些设备中每一个都需要的一件事就是安全性。幸运的是，可以使用解决方案，使开发人员可以使用商业和开源工具保护其嵌入式和物联网设备从端点到云的安全。

如今，随着行业的发展，人才资源的稀缺是必然的结果，有越来越多的学生选择嵌入式开发等专业。而这些高素质人才也将出现在各行各业中，让IT不再是一个独立的行业，而是作为各行各业沟通以及联系的桥梁，让各个行业工作效率更高效，联系更紧密。

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