STM32學(xué)習(xí)筆記之SPI_DMA寄存器級(jí)操作

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)

學(xué)會(huì)配置STM32的SPI寄存器和DMA寄存器，實(shí)現(xiàn)STM32的SPI1與SPI2通信功能，每次發(fā)送一字節(jié)數(shù)據(jù)，并可多次發(fā)送，如果接收的數(shù)據(jù)正確，則點(diǎn)亮LED燈。

二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/h2>

加入DMA的SPI通信相對(duì)于普通SPI通信有什么好處？ST給SPI加了DMA功能出于什么目的？我覺(jué)得這是很重要的一個(gè)問(wèn)題，一直邊學(xué)習(xí)邊想。以下是我的看法：

減少CPU負(fù)荷？我想這應(yīng)該是DMA最主要的功能，可是對(duì)于SPI通信來(lái)說(shuō)，其實(shí)大部分時(shí)候我們需要根據(jù)發(fā)送的指令->目標(biāo)器件的應(yīng)答來(lái)決定下一個(gè)指令，所以此時(shí)CPU還是需要一直等待每次通信的結(jié)束。而且像SD卡的操作，是一個(gè)順序流的指令操作過(guò)程，用中斷也不容易控制。那到底加入了DMA有什么好處？仔細(xì)查看了STM32F10xxx的用戶(hù)手冊(cè)，發(fā)現(xiàn)這么一行字“連續(xù)和非連續(xù)傳輸：當(dāng)在主模式下發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，如果軟件足夠快，能夠在檢測(cè)到每次TXE的上升沿(或TXE中斷)，并立即在正在進(jìn)行的傳輸結(jié)束之前寫(xiě)入SPI_DR寄存器，則能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)的通信；此時(shí)，在每個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)的傳輸之間的SPI時(shí)鐘保持連續(xù)，同時(shí)BSY位不會(huì)被清除。如果軟件不夠快，則會(huì)導(dǎo)致不連續(xù)的通信；這時(shí)，在每個(gè)數(shù)據(jù)傳輸之間會(huì)被清除”以及

也就是說(shuō)如果連續(xù)傳輸而不使用DMA的話(huà)，需要CPU不停檢測(cè)TXE并很快地置入SPI->DR的值，對(duì)于復(fù)雜程序的話(huà)這是很難達(dá)到的，而如果使用DMA，就可以輕易實(shí)現(xiàn)連續(xù)傳輸，CPU只需等待其完成就好。我想到的一個(gè)應(yīng)用就是在寫(xiě)SD卡的時(shí)候，每次寫(xiě)一個(gè)塊512字節(jié)，就可以用到，能提高SD卡的寫(xiě)入數(shù)據(jù)速率。

其次還可以降低功耗，記得數(shù)字集成電路老師說(shuō)過(guò)一句話(huà)“軟件上降低數(shù)字電路功耗的一個(gè)方法就是減少電平轉(zhuǎn)換。”那么連續(xù)通信的時(shí)候，像SPI的BSY電平轉(zhuǎn)換會(huì)大大減少！

最后一點(diǎn)，雖然效果不大，就是如果不是用DMA，那么CPU的工作就是搬運(yùn)工，把SPI->DR的內(nèi)容搬到內(nèi)存存儲(chǔ)起來(lái)，而如果使用DMA，就省略了這個(gè)環(huán)節(jié)！

我想，為什么實(shí)現(xiàn)同一個(gè)功能，有的執(zhí)行起來(lái)很流暢，有的卻很卡，應(yīng)該和這些小細(xì)節(jié)的減載有關(guān)吧。

這次先把SPI基本通信寫(xiě)出來(lái)，然后再寫(xiě)SPI的連續(xù)通信，并看能不能用到SD卡讀寫(xiě)上。

三、SPI&DMA分析

1、這里先說(shuō)明一下SPI的全雙工通信（高手略過(guò)哈）

SPI全雙工通信的特點(diǎn)：一邊發(fā)送一邊接收，硬件上只有一個(gè)SPI->DR寄存器和兩個(gè)緩沖器(發(fā)送緩沖器和接收緩沖器)，主模式（從模式類(lèi)似）：SPI->DR會(huì)先讀發(fā)送緩沖器，并通過(guò)MOSI管腳（Master output Slave Input）一位一位地發(fā)送出去，在發(fā)送的過(guò)程中，SPI->DR的數(shù)據(jù)會(huì)左移（如果是高位先發(fā)送），并且會(huì)從MISO（Master input Slave output）讀入數(shù)據(jù)填補(bǔ)SPI->DR左移后的空缺。傳完8比特后，SPI->DR再把數(shù)據(jù)并行寫(xiě)入接收緩沖寄存器。所以，SPI1與SPI2的通信過(guò)程如下：

配置SPI寄存器的時(shí)候，需要注意以下幾點(diǎn)：

（1）nss的配置：如果是單主單從，使用nss軟件管理，除了用MSTR配置主從設(shè)備，還要設(shè)置SSM和SSI,只有在SSM位為1時(shí)，SSI位才有意義。

（2）主從設(shè)備的數(shù)據(jù)幀格式，時(shí)鐘沿讀寫(xiě)模式要一致；

（3）SPI的寄存器也需要開(kāi)啟DMA使能；

（4）SPI雖然可以發(fā)送16bit數(shù)據(jù)，可是只支持8bitDMA！

2、再說(shuō)一下DMA

DMA——Direct Memory Access，直接內(nèi)存存取，作用是獨(dú)立于CPU，直接建立內(nèi)存與外設(shè)的通信通道。

SPI的DMA操作，就是在SPI->TXE為1時(shí)，會(huì)向?qū)?yīng)的DMA通道發(fā)出請(qǐng)求，DMA通道會(huì)發(fā)出應(yīng)答信號(hào)，SPI收到應(yīng)答信號(hào)后撤銷(xiāo)請(qǐng)求信號(hào)，DMA撤銷(xiāo)應(yīng)答信號(hào)，并把內(nèi)存值置入發(fā)送緩沖，SPI傳送開(kāi)始。接收過(guò)程與上面類(lèi)似。

DMA配置的部分說(shuō)明：

（1）需要使能RCC寄存器的SPI和DMA時(shí)鐘，至于輔助時(shí)鐘，查過(guò)網(wǎng)上的討論，有人說(shuō)一些外設(shè)如果沒(méi)有開(kāi)啟輔助時(shí)鐘會(huì)不能用，但SPI不需要；

（2）DMA的存儲(chǔ)器地址（memorybaseaddr）：即變量地址。我們?cè)诔绦蛑卸x的每個(gè)變量，都有對(duì)應(yīng)的內(nèi)存地址，你想把SPI的接收發(fā)送數(shù)據(jù)存在哪個(gè)變量，就將對(duì)應(yīng)變量的地址賦給DMA存儲(chǔ)器地址寄存器。如u8 SPI1_TX_Buff的地址是(u32)&SPI1_TX_Buff；u8 SPI1_TX_Buff[512]的地址是(u32)SPI1_TX_Buff。

（3）DMA循環(huán)模式：有些資料會(huì)譯為DMA的循環(huán)緩存模式，我覺(jué)得不太準(zhǔn)確，這里循環(huán)的意思是指DMA的傳輸數(shù)量計(jì)數(shù)器會(huì)重置初值，由于DMA每傳一個(gè)數(shù)據(jù)，傳輸數(shù)量計(jì)數(shù)器減一，只有在傳輸數(shù)量計(jì)數(shù)器的值不為零時(shí)，才會(huì)響應(yīng)請(qǐng)求。在循環(huán)模式下，當(dāng)傳輸計(jì)數(shù)器的值減為0后，會(huì)重新裝載；而內(nèi)存（緩存）地址則不管循環(huán)非循環(huán)模式，都會(huì)在每次傳輸完成后重置為基地址。所以，如果我們把DMA設(shè)置會(huì)正常模式，那么在下次傳輸前，只需對(duì)DMA的傳輸數(shù)量計(jì)數(shù)器重新寫(xiě)入就行。

循環(huán)模式一般用于數(shù)據(jù)更新，比如ADC采用需要不停更新數(shù)據(jù)。

（4）DMA的外設(shè)地址：正點(diǎn)原子的串口DMA實(shí)驗(yàn)中，在寫(xiě)外設(shè)地址時(shí)，都會(huì)用一個(gè)變量緩存再寫(xiě)入，否則程序就運(yùn)行不正確，他也不知道為什么，而ST庫(kù)函數(shù)的example中對(duì)于外設(shè)地址也都是重新define的，所以外設(shè)地址最好還是采用#define SPI1_DR_Addr ( (u32)0x4001300C )定義的好。

至于外設(shè)地址，可以先從STM32的用戶(hù)手冊(cè)“2.3存儲(chǔ)器映像”得到起始地址+對(duì)應(yīng)外設(shè)所在目錄的“寄存器地址映像”標(biāo)識(shí)的偏移地址。例如：從“2.3存儲(chǔ)器映像”得到SPI1起始地址0x40013000，從SPI所在目錄的“寄存器地址映像”得到SPI->DR的偏移量為0x0C，那么SPI1_DR_Addr就是0x4001300C；

（5）DMA通道開(kāi)啟順序：按照下圖的數(shù)字序號(hào)依次開(kāi)啟，才能確保數(shù)據(jù)正確發(fā)送。比如①的SPI2_TX_Buff對(duì)應(yīng)的是DMA通道5.

（6）正常模式的第二次發(fā)送：DMA發(fā)送的時(shí)候只需使能DMA就可以開(kāi)始傳送，但是第二次傳送之前，需要進(jìn)行以下步驟：

1、關(guān)閉DMA通道；

2、清除DMA傳輸完成標(biāo)志以及重置CNDTR傳輸數(shù)量計(jì)數(shù)器；

3、開(kāi)啟DMA通道，等待傳輸完成。

四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果

利用SPI1和SPI2進(jìn)行兩次數(shù)據(jù)傳輸，并比較SPI1_RX與SPI2_TX，SPI2_RX與SPI1_TX，數(shù)據(jù)相同點(diǎn)亮LED燈。

在某個(gè)論壇看到有人說(shuō)把SPI的速度設(shè)置為2分頻傳輸數(shù)據(jù)不正確，分析原因是DMA反應(yīng)不過(guò)來(lái)。我也試了一下，傳輸正常，數(shù)據(jù)正確。（SPI傳輸速率是用JLINK仿真查看寄存器的）

哦，對(duì)了，期間還吃過(guò)一個(gè)虧，害我調(diào)了好久，就是下面的語(yǔ)句：

while( ( DMA1->ISR & (1<<17) ) == 0 ) ; //等待通道5傳輸完成

我寫(xiě)成：

while( DMA1->ISR & (1<<17) == 0 ) ; //等待通道5傳輸完成

由于“==”的優(yōu)先級(jí)比“&”高，所以會(huì)先執(zhí)行“(1<<17) == 0”，結(jié)果是0，再與上DMA1->ISR，那么相當(dāng)于while直接跳過(guò)了，讀不到數(shù)據(jù)！很低級(jí)的錯(cuò)誤！所以提醒后來(lái)者，看起來(lái)可加可不加的括號(hào)，還是要加上去的好！

還有一個(gè)問(wèn)題，一直在想DMA傳輸，那么硬件怎么認(rèn)為一次傳輸?shù)慕Y(jié)束而停止以及怎樣才能開(kāi)啟新一次的傳輸。我覺(jué)得最關(guān)鍵就是DMA的傳輸數(shù)量計(jì)數(shù)器以及DMA的傳輸完成標(biāo)志。只要DMA的計(jì)數(shù)器不為零，就能響應(yīng)請(qǐng)求傳輸，此時(shí)就算傳輸完成標(biāo)志置位，也能進(jìn)行DMA響應(yīng)，只不過(guò)你不知道什么時(shí)候完成罷了。所以每次傳輸開(kāi)始前，程序需要清除標(biāo)志位并檢測(cè)到該標(biāo)志位置位，才知道一次傳輸是否完成！

續(xù)：終于把SPI的DMA弄完了，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)發(fā)送和讀取的功能，DMA開(kāi)辟512字節(jié)的數(shù)組作為內(nèi)存存儲(chǔ)數(shù)據(jù)（所以連續(xù)發(fā)送最大的數(shù)據(jù)量也是512，當(dāng)然可以在宏定義里面更改），通過(guò)num控制要寫(xiě)入或讀入的數(shù)據(jù)量，源代碼中有3個(gè)函數(shù)，一個(gè)函數(shù)是讀寫(xiě)一體的，一個(gè)函數(shù)是只發(fā)送模式，一個(gè)函數(shù)是只接收模式，都通過(guò)測(cè)試。唯一的缺陷就是沒(méi)有進(jìn)行錯(cuò)誤檢測(cè)，特別說(shuō)明一下，我把清標(biāo)志位是放在函數(shù)前面而不是函數(shù)后面，就是想函數(shù)執(zhí)行完，標(biāo)志位依然還在，我們可以以此來(lái)判斷是否有錯(cuò)誤。在這里和大家分享一下小經(jīng)驗(yàn)。

（1）怎么測(cè)試？最好的測(cè)試方法我覺(jué)得就是雙機(jī)通訊了，由于實(shí)驗(yàn)室資源比較好，所以我得以有兩個(gè)STM32（非MiniSTM32，用的是AG嵌入式開(kāi)發(fā)板）進(jìn)行測(cè)試，所以以上代碼都是通過(guò)雙擊測(cè)試的，不過(guò)我只整理了SPI1主機(jī)源代碼，需要的自己稍微改一下就可以，程序中有注釋?zhuān)?/p>

（2）用雙機(jī)測(cè)試的時(shí)候，剛開(kāi)始我沒(méi)有共地，導(dǎo)致數(shù)據(jù)可以接收，但是數(shù)據(jù)錯(cuò)誤！所以緊記，當(dāng)你使用兩個(gè)器件通訊或交互時(shí)，一定要先檢查兩個(gè)器件是否共地，甚至共源！

（3）如果只有一個(gè)STM32其實(shí)也可以測(cè)試，就是把MISO和MOSI短接，但這個(gè)測(cè)試方法，用來(lái)測(cè)試SPI1_ReceiveSendByte(u16 num)就比較方便，用來(lái)測(cè)試只發(fā)送和只接收模式就需要改一下函數(shù)咯。

（4）弄了這么久的SPI_DMA，也不知道用處大不大，總之弄完了，呵呵，也算比較了解SPI總線(xiàn)和DMA了，接下來(lái)想試試原子哥的新的SD卡函數(shù)，原來(lái)AG嵌入式開(kāi)發(fā)板也是移植原子哥的舊版，也是有些卡初始化失敗，我還以為是我的卡有問(wèn)題呢？還有就是文件系統(tǒng)，前陣子只弄了基本的讀寫(xiě)，準(zhǔn)備把FATFS文件系統(tǒng)寫(xiě)得完善一點(diǎn)～

最后，附上源代碼。(使用的不是MiniSTM32，所以大家在測(cè)試時(shí)只需要改一下LED驅(qū)動(dòng)。)
第一個(gè)源代碼是基礎(chǔ)的，實(shí)現(xiàn)一個(gè)字節(jié)在SPI1&SPI2的傳送；
第二個(gè)是函數(shù)化的代碼咯，發(fā)送隨意數(shù)量的8bit數(shù)據(jù)，數(shù)量小于512；