STM32 NucleoF303K8 SPI从机通信异常问题排查与配置咨询

背景与通信逻辑 #

• 两块NucleoF303K8通过SPI通信，主机由UART控制，可发送3种SPI消息：
  1. {0x01 0x00 0x00 0x00}：读取数值
  2. {0x81 0x00 0x00 0x00}：设置数值为0
  3. {0x81 0x01 0x00 0x00}：设置数值为1
• 从机工作逻辑：
  1. NSS_Pin变低时触发EXTI_Callback，开始接收1字节命令头
  2. 根据命令头判断读/写操作：读命令用SPI_DMA发送数据，写命令用SPI_DMA接收数据
  3. NSS_Pin变高时，处理写命令的接收数据，读命令等待下一次请求

从机代码 #

extern DMA_HandleTypeDef hdma_spi1_tx;
extern DMA_HandleTypeDef hdma_spi1_rx;
extern SPI_HandleTypeDef hspi1;


uint8_t txb[16] = {0x01,0xAA,0xBB};
uint8_t rxb[16] = {};
uint8_t code = 0;
uint8_t op = 0; // 0: idle, 1: readout, 2: writein

void readOut(){
    op = 1;
    HAL_SPI_Transmit_DMA(&hspi1, txb,3);
}
void receiveWriteIn(){
    op = 2;
    HAL_SPI_Receive_DMA(&hspi1, rxb, 3);
}
void processWriteIn(){
    HAL_GPIO_WritePin(LD3_GPIO_Port, LD3_Pin, (GPIO_PinState)rxb[0]);
}

void SystemLoad(){
    HAL_GPIO_WritePin(LD3_GPIO_Port,LD3_Pin,GPIO_PIN_SET);
    while(1){
    }
}

void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin){
    HAL_SPI_DMAStop(&hspi1);
    if(GPIO_Pin == NSS_Pin){
        if(HAL_GPIO_ReadPin(NSS_GPIO_Port, NSS_Pin) == GPIO_PIN_RESET){
            op = 0;
            HAL_SPI_Receive_DMA(&hspi1,&code,1);
        }else{
            if(op == 2){
                processWriteIn();
            }
            op = 0;
            code = 0;
        }
    }
}

inline void mainCbk(SPI_HandleTypeDef *hspi){
    HAL_SPI_DMAStop(hspi);
    if(hspi == &hspi1){
        if(op == 0){
            if(code & 0x80){
                receiveWriteIn();
            }else{
                readOut();
            }
        }
    }
}

void HAL_SPI_TxCpltCallback(SPI_HandleTypeDef *hspi){
    mainCbk(hspi);
}
void HAL_SPI_TxRxCpltCallback(SPI_HandleTypeDef *hspi){
    mainCbk(hspi);
}
void HAL_SPI_RxCpltCallback(SPI_HandleTypeDef *hspi){
    mainCbk(hspi);
}

CubeMX配置 #

• GPIO：1个输出（LED）+1个EXTI（NSS引脚）
• SPI1：配置DMARX（高优先级）、DMATX（极高优先级），启用DMA通道和SPI1全局中断NVIC
• NVIC：Debug、SysTick优先级为0（最高），EXTI和SPI1全局中断优先级为1
• 时钟：HCLK=64MHz，PCLK1=32MHz，PCLK2=64MHz
• 主机SPI速率：250KBit/s

当前核心问题 #

1. 写入数据循环移位：设置数值为1的0x01依次出现在rxb[0]、rxb[1]、rxb[2]，循环往复
2. 读出数据异常：前两条消息正常接收{0x00 0x01 0xAA 0xBB}，后续出现{0xBB 0x01 0xAA 0xBB}等异常值；读操作后执行写操作，接收缓冲区会全为0xBB

已尝试排查SPI1.DR寄存器（值为0）、调整NVIC优先级、改用HAL_SPI_Transmit_IT，均未解决问题。

1. 禁用DMA循环模式 #

你的DMA配置大概率开启了循环模式（Circular Mode），这会导致DMA传输完成后自动重置地址指针，重复填充缓冲区，直接引发移位和残留数据问题：

• 在CubeMX中找到SPI1的DMA通道（TX和RX），将Mode从Circular改为Normal
• 代码层面手动修改：

  hdma_spi1_rx.Mode = DMA_NORMAL;
  hdma_spi1_tx.Mode = DMA_NORMAL;
  

2. 修正NSS中断的SPI复位逻辑 #

当前HAL_GPIO_EXTI_Callback中仅调用HAL_SPI_DMAStop，未重置SPI和DMA的状态寄存器，残留的传输状态会干扰下一次通信：

void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin){
    if(GPIO_Pin == NSS_Pin){
        if(HAL_GPIO_ReadPin(NSS_GPIO_Port, NSS_Pin) == GPIO_PIN_RESET){
            // 完全重置SPI和DMA状态
            if(HAL_SPI_GetState(&hspi1) != HAL_SPI_STATE_READY){
                HAL_SPI_Abort(&hspi1); // 比DMAStop更彻底，清除所有挂起的传输请求
            }
            op = 0;
            memset(rxb, 0, sizeof(rxb)); // 每次通信前清空接收缓冲区
            HAL_SPI_Receive_DMA(&hspi1,&code,1);
        }else{
            if(op == 2){
                processWriteIn();
            }
            op = 0;
            code = 0;
        }
    }
}

3. 修正回调函数的DMA停止逻辑 #

mainCbk中每次回调都调用HAL_SPI_DMAStop是错误的——DMA传输完成后已经自动停止，强制停止会破坏后续的状态同步，应删除该调用：

inline void mainCbk(SPI_HandleTypeDef *hspi){
    if(hspi == &hspi1){
        if(op == 0){
            if(code & 0x80){
                receiveWriteIn();
            }else{
                readOut();
            }
        }
    }
}

4. 匹配主机与从机的传输长度 #

主机每次发送4字节数据，但从机的读/写操作仅处理3字节，导致SPI总线上有1字节未被处理，残留数据会干扰下一次通信：

• 读命令时，从机应发送4字节数据（对应主机的4字节接收）：

  void readOut(){
      op = 1;
      // 调整为4字节，与主机发送长度匹配
      HAL_SPI_Transmit_DMA(&hspi1, txb,4);
  }
  

• 写命令时，从机应接收4字节数据（包含1字节命令头+3字节数据）：

  void receiveWriteIn(){
      op = 2;
      // 调整为4字节，与主机发送长度匹配
      HAL_SPI_Receive_DMA(&hspi1, rxb, 4);
  }
  // 处理时取第2字节作为设置值
  void processWriteIn(){
      HAL_GPIO_WritePin(LD3_GPIO_Port, LD3_Pin, (GPIO_PinState)rxb[1]);
  }
  

5. 优化NVIC优先级配置 #

EXTI（NSS中断）的优先级应高于SPI全局中断，确保NSS电平变化能及时抢占SPI传输，避免传输过程中NSS状态变化导致的异常：

• 在CubeMX中，将EXTI的NVIC优先级设为0（与Debug/SysTick同级别），SPI1全局中断设为1

内容的提问来源于stack exchange，提问作者lazba