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折腾的项目：终于换对MCU了，搞一个SPI的DMA通信

21ic电子网 · 公众号 · 半导体 · 2021-07-12 16:14

正文

出品 21ic论坛呐咯密密

网站：bbs.21ic.com

从入职新公司后，一个项目我折腾了两年，都是泪，每次以为开发完了，就会出事故，这次保守点，用新塘一定没问题，一定会成功量产，一定不要重新来过。

这个项目经历百般周折，从国外型号最后到新塘，直接给我整吐了，有些是真的难用啊，也是老大难。最后到今天的主角新塘。

刚开始选用了新塘的NUC029，下载资料，搭建环境，串口测试，SPI测试，然后突然发现这玩意没有DMA，白瞎了这么长时间啊，样板都做好了，结果出幺蛾子。

然后在换M031，这次深思熟虑，认为不会有问题了才开搞。作为一个半成熟的程序猿，肯定不能helloword起手了，直接上UART吧。

环境搭建这里就跳过了，没啥用，我还是用KEIL 5 开发，自行下载个PACK包安装就好了。点此前往新塘官网。搜索自己的MCU型号，打开页面，在资源中有文档和软件。

在文档中下载数据手册等文档，在软件中下载例程和工具，软件中最实用的是以下几个软件：

从上到下依次是：官方例程库，Nu_link驱动，外设引脚配置软件，时钟配置软件。

外设引脚配置软件用于快速配置引脚以及复用，该软件只能配置引脚及其功能，不能配置外设等功能呢，例如串口的相关配置，这些事实现不了的。

时钟配置软件仅用于配置系统时钟以及各外设时钟。这两个软件支持导出.c代码。可复制粘贴到自己的工程。

这两个软件都是非常简单的，这里就不赘述了。

但是有一个时钟配置软件有BUG，以我用的M031SE3AE为例，外部时钟最大可使用32M，但是软件中最大只支持24M，希望官方可以修复。

在M031中，区别于我之前用过的其他MCU，在进入中断函数之后，只要读取串口接收寄存器UART_DAT中的值，便可自动清除中断标志，并不需要去操作其他寄存器。非常好用。

DMA的启动和其他的MCU类似，[size=14.6667px]需重新配置传输个数，[size=14.6667px]RAM[size=14.6667px]地址等，再调用一次初始化函数就行。然后利用[size=14.6667px]while (PDMA->DSCT[UART_TX_DMA_CH].CTL & PDMA_DSCT_CTL_TXCNT_Msk) ;判断数据是否发送完成，实际上就是等待传输个数计数器为0。

这里插一句PB1的作用，PBI就是gpio PB1口。初始化就一句话GPIO_SetMode(PB, BIT1, GPIO_MODE_OUTPUT);这里方便示波器观察时间。在使用库函数初始化PWM时，因为每一次的启动都要调用该函数，库函数的操作很费时间，在触发串口接收中断后将PB1拉低，发送完拉高，在示波器观察到从触发接收中断到第一个串口数据发送出去，也就是DMA启动完成，大约耗时8us，效率低下。于是我将DMA初始化改用寄存器的方式，时间缩小到2.8us,好用！

自从换了新塘的M031，现在对这个MCU真的喜欢，写代码巨舒适，简单快速就能上手。

今天来搞一个SPI的DMA通信，实用的外设，咱一个都不能少。

M031 SPI概述

SPI接口是全双工同步串行数据通讯接口，可做为主机或从机，用 4 线双向通讯。M031 包含 1 组 SPI控制器，用于对从外围设备接收到的数据执行串并转换，并对发送到外围设备的数据进行并串转换。每个SPI控制器可以配置为主设备或从设备，并支持PDMA功能存取数据缓冲区。每个SPI控制器还支持I2S模式来连接外部音频编解码器。

特征：

– 1组 SPI 控制器
– 支持主机模式和从机模式
– 传输位长可为 8 ~ 32位
– 提供独立的4级32位（或8级16位）收发FIFO缓存，实际数据位长由SPI的设置决定
– 支持高位优先（MSB）或低位优先(LSB)时序
– 支持字节重排功能
– 支持字节或字暂停模式
– 总线时钟主机模式最高可到24 MHz ，从机模式最高可到16 MHz (当芯片工作在 VDD =1.8~3.6V)
– 支持一数据通道半双工传输
– 支持只接收模式
– 支持 PDMA 传输

框图

代码片

时钟以及GPIO初始化

void SYS_Init(void){
    /*---------------------------------------------------------------------------------------------------------*/    /* Init System Clock                                                                                       */    /*---------------------------------------------------------------------------------------------------------*/    /* Unlock protected registers */    SYS_UnlockReg();
    /* Enable HIRC clock (Internal RC 48MHz) */    CLK_EnableXtalRC(CLK_PWRCTL_HIRCEN_Msk);
    /* Wait for HIRC clock ready */    CLK_WaitClockReady(CLK_STATUS_HIRCSTB_Msk);
    /* Select HCLK clock source as HIRC and HCLK source divider as 1 */    CLK_SetHCLK(CLK_CLKSEL0_HCLKSEL_HIRC, CLK_CLKDIV0_HCLK(1));
    /* Set both PCLK0 and PCLK1 as HCLK */    CLK->PCLKDIV = CLK_PCLKDIV_APB0DIV_DIV1 | CLK_PCLKDIV_APB1DIV_DIV1;
    /* Select IP clock source */    /* Select UART0 clock source is HIRC */    CLK_SetModuleClock(UART0_MODULE, CLK_CLKSEL1_UART0SEL_HIRC, CLK_CLKDIV0_UART0(1));    /* Select UART1 clock source is HIRC */    CLK_SetModuleClock(UART1_MODULE, CLK_CLKSEL1_UART1SEL_HIRC, CLK_CLKDIV0_UART1(1));    /* Select PCLK1 as the clock source of SPI0 */    CLK_SetModuleClock(SPI0_MODULE, CLK_CLKSEL2_SPI0SEL_PCLK1, MODULE_NoMsk);
    /* Enable UART0 peripheral clock */    CLK_EnableModuleClock(UART0_MODULE);    /* Enable UART1 peripheral clock */    CLK_EnableModuleClock(UART1_MODULE);    /* Enable PDMA module clock */    CLK_EnableModuleClock(PDMA_MODULE);    /* Enable SPI0 peripheral clock */    CLK_EnableModuleClock(SPI0_MODULE);
    /* Update System Core Clock */    /* User can use SystemCoreClockUpdate() to calculate PllClock, SystemCoreClock and CycylesPerUs automatically. */    SystemCoreClockUpdate();
    /*---------------------------------------------------------------------------------------------------------*/    /* Init I/O Multi-function                                                                                 */    /*---------------------------------------------------------------------------------------------------------*/
    /* Set PB multi-function pins for UART0 RXD=PB.12 and TXD=PB.13 */    SYS->GPB_MFPH = (SYS->GPB_MFPH & ~(SYS_GPB_MFPH_PB12MFP_Msk | SYS_GPB_MFPH_PB13MFP_Msk))    |       \                    (SYS_GPB_MFPH_PB12MFP_UART0_RXD | SYS_GPB_MFPH_PB13MFP_UART0_TXD);
    /* Set PB multi-function pins for UART1 RXD(PB.2) and TXD(PB.3) */    SYS->GPB_MFPL = (SYS->GPB_MFPL & ~(SYS_GPB_MFPL_PB2MFP_Msk | SYS_GPB_MFPL_PB3MFP_Msk))    |       \                    (SYS_GPB_MFPL_PB2MFP_UART1_RXD | SYS_GPB_MFPL_PB3MFP_UART1_TXD);
    /* Setup SPI0 multi-function pins */    /* PA.3 is SPI0_SS,   PA.2 is SPI0_CLK,       PA.1 is SPI0_MISO, PA.0 is SPI0_MOSI*/    SYS->GPA_MFPL = (SYS->GPA_MFPL & ~(SYS_GPA_MFPL_PA3MFP_Msk |                                       SYS_GPA_MFPL_PA2MFP_Msk |                                       SYS_GPA_MFPL_PA1MFP_Msk |                                       SYS_GPA_MFPL_PA0MFP_Msk)) |                    (SYS_GPA_MFPL_PA3MFP_SPI0_SS |                     SYS_GPA_MFPL_PA2MFP_SPI0_CLK |                     SYS_GPA_MFPL_PA1MFP_SPI0_MISO |                     SYS_GPA_MFPL_PA0MFP_SPI0_MOSI);
    /* Lock protected registers */    SYS_LockReg();}

依据新塘的代码风格，系统的初始化被安排在SYS_Init（）中完成所有的系统时钟和各个外设时钟的初始化，在初始化时钟之后初始化外设的引脚，设置各种复用，这里初始化了UART0 和 UART1的外设以及SPI0的外设。因为采用自动的NSS，所以这里将NSS的引脚也复用。

SPI初始化

void SPI_Init(void){    /*---------------------------------------------------------------------------------------------------------*/    /* Init SPI                                                                                                */    /*---------------------------------------------------------------------------------------------------------*/    /* Configure as a master, clock idle low, 32-bit transaction, drive output on falling clock edge and latch input on rising edge. */    /* Set IP clock divider. SPI clock rate = 2 MHz */    SPI_Open(SPI0, SPI_MASTER, SPI_MODE_0, 8, SPI_CLK_FREQ);
    /* Enable the automatic hardware slave select function. Select the SS pin and configure as low-active. */        SPI_EnableAutoSS(SPI0, SPI_SS, SPI_SS_ACTIVE_LOW);}

SPI的初始化依旧是两个函数。

第一个SPI_Open（SPI_T *spi,
               uint32_t u32MasterSlave,
               uint32_t u32SPIMode,
               uint32_t u32DataWidth,
               uint32_t u32BusClock)）；
内置5个参数，

SPI_T *spi：选定开启的SPI口。我们选择SPI0。

uint32_t u32MasterSlave：选择主模式或者从模式。这里选择主模式。

uint32_t u32SPIMode：选择SPI的模式，这里有4个待选参数，主要是确定SPI的空闲电平，在上升沿还是下降沿读取数据，在第几个沿读数据等，这个在每个MCU都有该配置，只是M031这里做了一个集合。下图为四个可选参数。

下面给一张控制SPI设备的各个寄存器值设定图，

我这里选择SPI_MODE_0，即：将SPI时钟的空闲状态设为低电平，选择数据在SPI总线时钟的下降沿传输，选择数据在SPI总线时钟的上升沿锁存。

uint32_t u32DataWidth：为数据宽度，可在8-32位之间选择，我这里选择最低的8位，这个是比较常见的数据。

uint32_t u32BusClock：设置SPI的时钟，最大24MHz。

第二个函数为SPI_EnableAutoSS(SPI0, SPI_SS, SPI_SS_ACTIVE_LOW);设置硬件使能，自动从机选择功能。如果无需自动从选，可使用SPI_DisableAutoSS（SPI0）；进行屏蔽，此时可任选一个通用IO控制从选信号。

SPI读写数据：

/* Write to TX register */        SPI_WRITE_TX(SPI0, 0x50650F);        /* Check SPI0 busy status */        while(SPI_IS_BUSY(SPI0));        i32Err = SPI_READ_RX(SPI0);

SPI_WRITE_TX（）进行SPI数据的发送，在等待发送完成后用SPI_READ_RX（）进行读数据便可完成一次完整的SPI数据读写。

PDMA设置

void SPI_DMAInit(void){    /* Reset PDMA module */    SYS_ResetModule(PDMA_RST);
    /* Enable PDMA channels */    PDMA_Open(PDMA, SPI_OPENED_CH);
    /*=======================================================================      SPI master PDMA TX channel configuration:      -----------------------------------------------------------------------        Word length = 32 bits        Transfer Count = DATA_COUNT        Source = g_au32MasterToSlaveTestPattern        Source Address = Incresing        Destination = SPI0->TX        Destination Address = Fixed        Burst Type = Single Transfer    =========================================================================*/    /* Set transfer width (32 bits) and transfer count */    PDMA_SetTransferCnt(PDMA, SPI_MASTER_TX_DMA_CH, PDMA_WIDTH_8, DATA_COUNT);    /* Set source/destination address and attributes */    PDMA_SetTransferAddr(PDMA, SPI_MASTER_TX_DMA_CH, (uint32_t)SPI_TX, PDMA_SAR_INC, (uint32_t)&SPI0->TX, PDMA_DAR_FIX);    /* Set request source; set basic mode. */    PDMA_SetTransferMode(PDMA, SPI_MASTER_TX_DMA_CH, PDMA_SPI0_TX, FALSE, 0);    /* Single request type. SPI only support PDMA single request type. */    PDMA_SetBurstType(PDMA, SPI_MASTER_TX_DMA_CH, PDMA_REQ_SINGLE, 0);    /* Disable table interrupt */    PDMA->DSCT[SPI_MASTER_TX_DMA_CH].CTL |= PDMA_DSCT_CTL_TBINTDIS_Msk;
    /*=======================================================================      SPI master PDMA RX channel configuration:      -----------------------------------------------------------------------        Word length = 32 bits        Transfer Count = DATA_COUNT        Source = SPI0->RX        Source Address = Fixed        Destination = g_au32MasterRxBuffer        Destination Address = Increasing        Burst Type = Single Transfer    =========================================================================*/    /* Set transfer width (32 bits) and transfer count */    PDMA_SetTransferCnt(PDMA, SPI_MASTER_RX_DMA_CH, PDMA_WIDTH_8, DATA_COUNT);    /* Set source/destination address and attributes */    PDMA_SetTransferAddr(PDMA, SPI_MASTER_RX_DMA_CH, (uint32_t)&SPI0->RX, PDMA_SAR_FIX, (uint32_t)SPI_RX, PDMA_DAR_INC);    /* Set request source; set basic mode. */    PDMA_SetTransferMode(PDMA, SPI_MASTER_RX_DMA_CH, PDMA_SPI0_RX, FALSE, 0);    /* Single request type. SPI only support PDMA single request type. */    PDMA_SetBurstType(PDMA, SPI_MASTER_RX_DMA_CH, PDMA_REQ_SINGLE, 0);    /* Disable table interrupt */    PDMA->DSCT[SPI_MASTER_RX_DMA_CH].CTL |= PDMA_DSCT_CTL_TBINTDIS_Msk;
    /* Enable SPI master DMA function */    SPI_TRIGGER_TX_PDMA(SPI0);    SPI_TRIGGER_RX_PDMA(SPI0);}

这里PDMA设置和UART差不多，不罗里吧嗦的胡扯了，主要就是一个SPI的使能，这里用SPI_TRIGGER_TX_PDMA（）和SPI_TRIGGER_RX_PDMA（）。这个是UART的SPI没有的。

在这个初始化完成后会进行一次发送和接收，如果不需要请删除 SPI_TRIGGER_TX_PDMA(SPI0)；SPI_TRIGGER_RX_PDMA(SPI0);
如果想要重复PDMA 的发送可做如下处理：

                   /* Re-trigger */                    /* Master PDMA TX channel configuration */                    /* Set transfer width (32 bits) and transfer count */                    PDMA_SetTransferCnt(PDMA, SPI_MASTER_TX_DMA_CH, PDMA_WIDTH_32, DATA_COUNT);                    /* Set request source; set basic mode. */                    PDMA_SetTransferMode(PDMA, SPI_MASTER_TX_DMA_CH, PDMA_SPI0_TX, FALSE, 0);
                    /* Master PDMA RX channel configuration */                    /* Set transfer width (32 bits) and transfer count */                    PDMA_SetTransferCnt(PDMA, SPI_MASTER_RX_DMA_CH, PDMA_WIDTH_32, DATA_COUNT);                    /* Set request source; set basic mode. */                    PDMA_SetTransferMode(PDMA, SPI_MASTER_RX_DMA_CH, PDMA_SPI0_RX, FALSE, 0);
                    /* Enable master's DMA transfer function */                    SPI_TRIGGER_TX_PDMA(SPI0);                    SPI_TRIGGER_RX_PDMA(SPI0);

可以封装为一个函数，每次需要启动DMA就调用一次该函数。但是这里又是老问题，启动DMA的速度慢，示波器测试需要8个微秒左右吧，时间过长。同样我们可以混搭寄存器操作，加快代码执行效率，这个技巧非常实用；

void SPI_DMA_WRITE(void){        PB1 = 0;        /* Master PDMA TX channel configuration */        PDMA->CHCTL |= (1 << SPI_MASTER_TX_DMA_CH); /* Enable PDMA channel */        PDMA->DSCT[SPI_MASTER_TX_DMA_CH].CTL =                (PDMA->DSCT[SPI_MASTER_TX_DMA_CH].CTL & (~(PDMA_DSCT_CTL_TXCNT_Msk | PDMA_DSCT_CTL_OPMODE_Msk))) |                (DATA_COUNT - 1) << PDMA_DSCT_CTL_TXCNT_Pos | /* Transfer count */                1 << PDMA_DSCT_CTL_OPMODE_Pos;        /* Master PDMA RX channel configuration */        PDMA->CHCTL |= (1 << SPI_MASTER_RX_DMA_CH); /* Enable PDMA channel */        PDMA->DSCT[SPI_MASTER_RX_DMA_CH].CTL =                (PDMA->DSCT[SPI_MASTER_RX_DMA_CH].CTL & (~(PDMA_DSCT_CTL_TXCNT_Msk | PDMA_DSCT_CTL_OPMODE_Msk))) |                (DATA_COUNT - 1) << PDMA_DSCT_CTL_TXCNT_Pos | /* Transfer count */                1 << PDMA_DSCT_CTL_OPMODE_Pos;        /* Enable master's DMA transfer function */        SPI0->PDMACTL = (SPI_PDMACTL_RXPDMAEN_Msk | SPI_PDMACTL_TXPDMAEN_Msk);        while (PDMA->DSCT[SPI_MASTER_TX_DMA_CH].CTL & PDMA_DSCT_CTL_TXCNT_Msk) ;        PB1 = 1;}

这样，M031的DMA就完成了，如果需要启动DMA传输，就调用SPI_DMA_WRITE（）函数便可。

本文系21ic论坛网友呐咯密密原创，资料下载请点击“阅读原文”。

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