STM32H7 SPI 从机回显功能优化实现：巧用下溢事件突破数据同步瓶颈

在 STM32H7 系列 MCU 的 SPI 通讯应用中，从机回显是常见需求 —— 即从机需将接收到的主机数据实时反馈给主机。传统实现方案多依赖 SPI RXP 中断，在中断服务函数中向 TXFIFO 填充接收数据，但该方案存在明显弊端：不仅可能导致数据发送延迟一帧，还容易出现 TXFIFO 为空的异常情况，影响通讯稳定性。本文基于 ST 官方技术文档 LAT1526（Rev 1.0），详解如何利用 SPI 下溢事件（underrun）及 UDRCFG 配置，实现更高效、稳定的 SPI 回显功能。

资料获取：开发经验 | LAT1526 利用SPI的下溢实现回显功能

1. 核心原理：SPI 下溢事件与 UDRCFG 配置解析

STM32H7 的 SPI 外设具备灵活的下溢处理机制，其核心在于 SPI_CFG1 寄存器中的 UDRCFG [1:0] 字段 —— 该字段专门用于配置下溢发生时从机发送器的行为，提供三种可选配置：

UDRCFG = 0：从机发送 SPI_UDRDR 寄存器中用户定义的常量数据；
UDRCFG = 1：从机重复发送上一次从主机接收到的数据帧（回显核心配置）；
UDRCFG = 2：从机重复发送自身上一次传输的数据帧；
UDRCFG = 3：保留配置，暂未启用。

关键前提：下溢事件的触发条件

下溢事件是实现该方案的核心触发点。在 SPI 从机模式下，当主机的时钟信号（SCK）已到来，但从机 TXFIFO 中无待发送数据（未提前填充数据）时，下溢事件会自动触发。这意味着：若我们保持 TXFIFO 为空，通讯过程中会持续触发下溢，此时通过 UDRCFG=1 的配置，从机将自动重复发送上一帧接收的主机数据，无需 CPU 介入即可完成回显 —— 既降低了 CPU 负载，又避免了中断填充导致的延迟问题。

2. 实操实现步骤：从配置到代码落地

STM32CubeMX 生成的 SPI 初始化代码中，默认配置与回显需求存在差异，需通过针对性修改实现功能。具体步骤如下：

2.1 明确默认配置的局限性

使用 HAL 库函数HAL_SPI_Init()初始化 SPI 从机时，库函数会默认配置：

SPI_CFG1_UDRDET = 1（启用下溢检测）；
SPI_CFG1_UDRCFG = 2（下溢时重复发送自身上一次传输数据）。
该默认配置无法满足回显需求，需手动修改 UDRCFG 字段为 1。

2.2 关键代码修改：重配置 UDRCFG 字段

在MX_SPI1_Init()函数中，需在HAL_SPI_Init()执行后，通过寄存器操作修改 UDRCFG 配置，步骤如下：

if (HAL_SPI_Init(&hspi1) != HAL_OK)
{
  Error_Handler();
}
/* USER CODE BEGIN SPI1_Init 2 */
__HAL_SPI_DISABLE(&hspi1);  // 禁用SPI外设，避免配置过程中通讯异常
// 修改UDRCFG为1：下溢时重复发送上一次接收的主机数据
MODIFY_REG(hspi1.Instance->CFG1, SPI_CFG1_UDRCFG, SPI_CFG1_UDRCFG_0);
__HAL_SPI_ENABLE(&hspi1);   // 重新启用SPI外设，使配置生效
/* USER CODE END SPI1_Init 2 */

核心说明：MODIFY_REG函数用于修改寄存器特定字段，SPI_CFG1_UDRCFG_0对应 UDRCFG=1 的配置值，通过禁用 - 修改 - 启用的流程，确保配置变更安全生效。

2.3 核心优化点：无需填充 TXFIFO

与传统方案不同，该实现无需向 TXFIFO 中手动填充任何数据。保持 TXFIFO 为空是触发下溢事件的关键，而下溢发生时，SPI 外设会自动执行回显逻辑，全程无需 CPU 干预，从根源上解决了数据延迟问题。

3. 执行效果验证：回显功能的时序特性

通过实际通讯测试，该方案的执行效果如下：

第一帧数据：从机发送 Dummy（无效）数据。原因是初始化后 TXFIFO 为空，且尚未接收到主机数据，下溢触发时无历史接收数据可重复发送，因此输出默认无效数据；
第二帧及后续数据：从机稳定发送上一帧接收的主机数据，完全实现实时回显。此时下溢事件持续触发，UDRCFG=1 的配置确保数据同步无延迟，且 TXFIFO 始终为空，无需 CPU 参与数据填充。

时序逻辑示意图如下（核心节点）：

信号线	第一帧	第二帧	第三帧	...
SCK	有效	有效	有效	...
MOSI（主机→从机）	数据 D1	数据 D2	数据 D3	...
MISO（从机→主机）	Dummy	D1	D2	...

4. 开发经验小结：化 “弊” 为利的外设配置思维

SPI 下溢事件通常被视为通讯异常，但在本场景中，通过合理利用 STM32H7 的外设配置灵活性，将 “异常事件” 转化为功能实现的核心驱动力，既简化了代码逻辑（无需中断服务函数），又提升了通讯效率（无数据延迟、低 CPU 负载）。

关键注意事项

配置前需确保 SPI 从机模式已正确初始化，且HAL_SPI_Init()执行完成；
修改寄存器时必须先禁用 SPI 外设，避免配置过程中出现通讯错乱；
若需切换回传统方案，需重新配置 UDRCFG=2 并恢复 TXFIFO 数据填充逻辑；
本文方案仅适用于 STM32H723/733、STM32H725/735 及 STM32H730 系列 MCU，其他型号需参考对应参考手册（如 RM0468 Rev 3）确认外设特性。

参考文献

ST 官方参考手册 RM0468（Rev 3）：《STM32H723/733, STM32H725/735 and STM32H730 Value line advanced Arm®-based 32-bit MCUs》

该实现方案已通过 ST 官方验证，适用于对 SPI 通讯实时性、稳定性要求较高的场景（如工业控制、数据采集等），为 STM32H7 用户提供了更优的 SPI 回显解决方案。