笔记之STM32F0芯片SPI_DMA的使用（HAL库）
关于SPI+DMA的使用，进行了两次测试了，之前测试过一次，结果一直没找到问题，现在明白该如何使用了，特此记录。
一、自身SPI时间
关于SPI的通常的应用很简单，特别是通过cubemx自动生成的代码，这里就不过多介绍，可自行百度搜索关于SPI的教程及相关资料
这张图片是通过cubemx生成的SPI代码的一个效果（NSS软件控制+SPI传输），上述是仿照
HAL_SPI_TransmitReceive（）
此函数又重新修改创建了一个
BSP_SPI_TransmitReceive（）
函数，通过调用BSP_SPI_TransmitReceive（）函数，然后测出的波形（关于函数修改的，见下面的工程路径链接）。
至于为啥不用HAL自身提供的HAL_SPI_TransmitReceive（）的函数，是因为我发现调用这个函数的时候会造成，每两个字节后的间距会比较远，例：字节0和字节1相隔比较近，但是字节1和字节2隔得挺远的。
说远了，回到主题，通过上面图片，可知字节与字节间距离大概为1.0us左右，并且NSS拉低拉高与数据传输的时间也大概1us，发送5个字节的数据，SPI至少需要9.46us。
二、对比SPI时间
这个数据说实话我觉的也还挺不错的，直到我突然发现样机SPI的速度，两字节间距控制在ns级别，如图
上图同样是发送5字节的数据，字节间距控制在832ns,下拉NSS到数据输出248ns，数据输出完到上拉560ns,整体发送5字节需要5.7us。
对比我之前的参数，一个是字节间距一个是纳秒一个是毫秒，还有总的发送时间，样子发送时间大概就我的1/2。
因为我这个传输对时间要求较高，所以想着也将时间尽量减少。
三、尝试减少字节间距时间
1.初步测试思路
通过对比样机SPI的速度，发现最主要的是字节间距较短，那么缩短这个时间，我首先想到了的是SPI+DMA进行传输，然后就通过cubemx直接生成了一个SPI+DMA的配置，然后通过软件控制，具体测试代码如下：
while (1)
{
/* USER CODE END WHILE */
HAL_GPIO_WritePin(GPIOA,GPIO_PIN_15,GPIO_PIN_RESET);
HAL_SPI_TransmitReceive_DMA(&hspi1,txbuff,rxbuff,8);
HAL_GPIO_WritePin(GPIOA,GPIO_PIN_15,GPIO_PIN_SET);
HAL_GPIO_TogglePin(LED_Red_GPIO_Port,LED_Red_Pin);
HAL_Delay(50);
/* USER CODE BEGIN 3 */
}
在while中周期进行读写SPI数据，但是发现数据不对，测试现象如下
在上图的测试现象中，NSS已经拉低了，但是要等一段时间才会进行数据传输，而且数据还未传输完成，NSS就拉高了，这个现象就有问题了。
针对NSS引脚和数据传输错开的现象，增加了一个等待传输完再拉高的代码，
while (1)
{
/* USER CODE END WHILE */
HAL_GPIO_WritePin(GPIOA,GPIO_PIN_15,GPIO_PIN_RESET);
HAL_SPI_TransmitReceive_DMA(&hspi1,txbuff,rxbuff,8);
while(__HAL_DMA_GET_COUNTER(&hdma_spi1_rx)!=0);
HAL_GPIO_WritePin(GPIOA,GPIO_PIN_15,GPIO_PIN_SET);
HAL_GPIO_TogglePin(LED_Red_GPIO_Port,LED_Red_Pin);
HAL_Delay(50);
/* USER CODE BEGIN 3 */
}
结果如下：
现在数据传输是在NSS拉低范围内了，但是NSS拉低到数据传输有9.96us，数据传输完到NSS拉高也有11.312us，字节间距倒是减少了不少，至少证明SPI+DMA这条路应该是没问题的，可以减少数据传输的时间。
2.再次测试
针对上一次测试，发现NSS的拉高拉低到数据传输需要较长的时间，我就想会不会是软件控制NSS太慢了，另外由于SPI是DMA进行传输的，就有可能导致SPI传输和控制NSS的操作没达到同步，所以就将SPI+DMA的软件控制NSS 改成了 硬件控制NSS 。
/* SPI1 init function */
void MX_SPI1_Init(void)
{
hspi1.Instance = SPI1;
hspi1.Init.Mode = SPI_MODE_MASTER; //设置SPI工作模式，设置为主模式
hspi1.Init.Direction = SPI_DIRECTION_2LINES; //设置SPI单向或者双向的数据模式:SPI设置为双线模式
hspi1.Init.DataSize = SPI_DATASIZE_8BIT; //设置SPI的数据大小:SPI发送接收8位帧结构
hspi1.Init.CLKPolarity = SPI_POLARITY_LOW; //串行同步时钟的空闲状态为低电平
hspi1.Init.CLKPhase = SPI_PHASE_1EDGE; //串行同步时钟的第一个跳变沿（上升或下降）数据被采样
hspi1.Init.NSS = SPI_NSS_HARD_INPUT; //NSS信号由软件控制 SPI_NSS_HARD_OUTPUT SPI_NSS_SOFT
hspi1.Init.BaudRatePrescaler = SPI_BAUDRATEPRESCALER_4; //定义波特率预分频的值:波特率预分频值为4
hspi1.Init.FirstBit = SPI_FIRSTBIT_MSB; //指定数据传输从MSB位还是LSB位开始:数据传输从MSB位开始
hspi1.Init.TIMode = SPI_TIMODE_DISABLE; //关闭TI模式
hspi1.Init.CRCCalculation = SPI_CRCCALCULATION_DISABLE; //关闭硬件CRC校验
hspi1.Init.CRCPolynomial = 7; //CRC值计算的多项式
hspi1.Init.CRCLength = SPI_CRC_LENGTH_DATASIZE;
hspi1.Init.NSSPMode = SPI_NSS_PULSE_ENABLE;//SPI_NSS_PULSE_DISABLE; //
if (HAL_SPI_Init(&hspi1) != HAL_OK)
{
_Error_Handler(__FILE__, __LINE__);
}
}
void HAL_SPI_MspInit(SPI_HandleTypeDef* spiHandle)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
if(spiHandle->Instance==SPI1)
{
/* USER CODE BEGIN SPI1_MspInit 0 */
/* USER CODE END SPI1_MspInit 0 */
/* SPI1 clock enable */
__HAL_RCC_SPI1_CLK_ENABLE();
/**SPI1 GPIO Configuration
PB3 ------> SPI1_SCK
PB4 ------> SPI1_MISO
PB5 ------> SPI1_MOSI
*/
GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_15;
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
GPIO_InitStruct.Alternate = GPIO_AF0_SPI1;
HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);
GPIO_InitStruct.Pin = A7106_SCK_Pin|A7106_MISO_Pin|A7106_MOSI_Pin;
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
GPIO_InitStruct.Alternate = GPIO_AF0_SPI1;
HAL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);
/* SPI1 DMA Init */
/* SPI1_TX Init */
hdma_spi1_tx.Instance = DMA1_Channel3; //通道选择
hdma_spi1_tx.Init.Direction = DMA_MEMORY_TO_PERIPH; //存储器到外设
hdma_spi1_tx.Init.PeriphInc = DMA_PINC_DISABLE; //外设非增量模式
hdma_spi1_tx.Init.MemInc = DMA_MINC_ENABLE; //存储器增量模式
hdma_spi1_tx.Init.PeriphDataAlignment = DMA_PDATAALIGN_BYTE; //外设数据长度:8位
hdma_spi1_tx.Init.MemDataAlignment = DMA_MDATAALIGN_BYTE; //存储器数据长度:8位
hdma_spi1_tx.Init.Mode = DMA_NORMAL; //DMA普通模式
hdma_spi1_tx.Init.Priority = DMA_PRIORITY_HIGH;
if (HAL_DMA_Init(&hdma_spi1_tx) != HAL_OK)
{
_Error_Handler(__FILE__, __LINE__);
}
__HAL_LINKDMA(spiHandle,hdmatx,hdma_spi1_tx);
/* SPI1_RX Init */
hdma_spi1_rx.Instance = DMA1_Channel2;
hdma_spi1_rx.Init.Direction = DMA_PERIPH_TO_MEMORY;
hdma_spi1_rx.Init.PeriphInc = DMA_PINC_DISABLE;
hdma_spi1_rx.Init.MemInc = DMA_MINC_ENABLE;
hdma_spi1_rx.Init.PeriphDataAlignment = DMA_PDATAALIGN_BYTE;
hdma_spi1_rx.Init.MemDataAlignment = DMA_MDATAALIGN_BYTE;
hdma_spi1_rx.Init.Mode = DMA_NORMAL;
hdma_spi1_rx.Init.Priority = DMA_PRIORITY_HIGH;
if (HAL_DMA_Init(&hdma_spi1_rx) != HAL_OK)
{
_Error_Handler(__FILE__, __LINE__);
}
__HAL_LINKDMA(spiHandle,hdmarx,hdma_spi1_rx);
/* USER CODE BEGIN SPI1_MspInit 1 */
/* USER CODE END SPI1_MspInit 1 */
}
}
硬件控制NSS，想着让其自动拉高拉低
但是测试发现，每发一个字节NSS引脚就自动拉高了，这就导致了读取的数据是有问题的，具体现象如下：
上图的现象，每个字节都进行拉高了，那对于一包数据大于1字节的话，那么就会有问题的，
SPI的数据 = 外设地址 + 该地址的命令(我的理解)
所以针对上图，我想着就如何让NSS拉高的操作和发送的数据相关联，即不让他每个字节都自动拉高
为此，研究了好久，同时也发过好几个帖子，都没有找到相关的资料
-------------------------------卡主了---------------------------------------------------------------------------------------------
在这个阶段卡了挺久的，后面也就没管SPI+DMA的应用了，直到后面空闲了在接着重新拿起这个SPI+DMA的操作。
3.间隔两个月后的再次尝试
在我发的关于SPI+DMA的求助帖子上，我看到推荐说用软件NSS，同时我也仔细研究了下样机的SPI波形，发现他有两路SPI数据，
如图，可以得知他采用的是软件控制NSS，因为有两个NSS引脚，并且公用同一路数据引脚，
那么样机采用的是软件控制，达到的SPI数据的速度提升，那么照理来说我们也能通过软件控制NSS，实现SPI+DMA的操作。
但是在初步测试时，软件控制NSS，出现错位问题，所以对软件控制还是有些怀疑的，直到我在帖子上看到 正常来讲，那个NSS每个字节抬高一个时钟时间是正常的操作，每个字节NSS抬高是正常操作，那么我想用硬件控制NSS，让其跟随传输的数据进行自动拉高拉低就行不通了，思路有问题了。
现在开始专研软件控制NSS，达到SPI+DMA的操作了，在测试1中，暴露的问题是NSS拉高的太快了，那么换个思路，能不能让他传输完成就自动拉高呢，这是可以的，DMA中断中正好就有一个传输完成的标志，那我就利用上这个标志，在中断中让其拉高NSS，
void DMA1_Channel2_3_IRQHandler(void)
{
/* USER CODE BEGIN DMA1_Channel2_3_IRQn 0 */
/* USER CODE END DMA1_Channel2_3_IRQn 0 */
HAL_DMA_IRQHandler(&hdma_spi1_rx);
HAL_DMA_IRQHandler(&hdma_spi1_tx);
/* USER CODE BEGIN DMA1_Channel2_3_IRQn 1 */
if(__HAL_DMA_GET_IT_SOURCE(&hdma_spi1_rx, DMA_IT_TC)){
HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_15, GPIO_PIN_SET);
}
/* USER CODE END DMA1_Channel2_3_IRQn 1 */
}
在调用HAL_SPI_TransmitReceive_DMA()函数前，拉低NSS，在DMA的传输完成中断进行拉高NSS，然后测试，效果是可以的，数据传输完后就立刻拉高了，就是NSS拉低到数据传输的时间较长，那么都可以在中断里拉高NSS了，那么在开启DMA传输前，拉低NSS不也是可以的吗。。。。
所以我跳到HAL_SPI_TransmitReceive_DMA()函数里，在开启DMA前，增加了拉低NSS的操作
HAL_StatusTypeDef HAL_SPI_TransmitReceive_DMA(SPI_HandleTypeDef *hspi, uint8_t *pTxData, uint8_t *pRxData，uint16_t Size)
{
******************省略***********
/* Enable the SPI Error Interrupt Bit */
__HAL_SPI_ENABLE_IT(hspi, (SPI_IT_ERR));
HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_15, GPIO_PIN_RESET);
/* Enable Tx DMA Request */
SET_BIT(hspi->Instance->CR2, SPI_CR2_TXDMAEN);
error :
/* Process Unlocked */
__HAL_UNLOCK(hspi);
return errorcode;
}
现在NSS拉低的操作，放到HAL提供的HAL_SPI_TransmitReceive_DMA()函数里；
NSS拉高的操作，在DMA传输完成中断中；
测试效果：
这个效果是不错的，字节间距是208ns,拉低到数据传输656ns,数据传输完到拉高1.328us,发送5个字节需要5.952us的时间，这个时间相比于之前已经提升挺多的了，就是数据传输完到拉高时间稍微有点长。
四、实现SPI+DMA传输（减少传输时间）
在最后一次测试中，时间已经不错了，就是稍微有点瑕疵，于是在进行修改，在
HAL_DMA_IRQHandler(&hdma_spi1_tx);
里面对NSS进行拉高
void HAL_DMA_IRQHandler(DMA_HandleTypeDef *hdma)
{
***************省略**************
/* Transfer Complete Interrupt management ***********************************/
else if ((RESET != (flag_it & (DMA_FLAG_TC1 << hdma->ChannelIndex))) && (RESET != (source_it & DMA_IT_TC)))
{
if((hdma->Instance->CCR & DMA_CCR_CIRC) == 0U)
{
/* Disable the transfer complete & transfer error interrupts */
/* if the DMA mode is not CIRCULAR */
hdma->Instance->CCR &= ~(DMA_IT_TC | DMA_IT_TE);
/* Change the DMA state */
hdma->State = HAL_DMA_STATE_READY;
}
/* Clear the transfer complete flag */
hdma->DmaBaseAddress->IFCR = DMA_FLAG_TC1 << hdma->ChannelIndex;
/*nss up*/
HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_15, GPIO_PIN_SET);
/* Process Unlocked */
__HAL_UNLOCK(hdma);
if(hdma->XferCpltCallback != NULL)
{
/* Transfer complete callback */
hdma->XferCpltCallback(hdma);
}
}
***************省略**************
}
发现将NSS放在这里，时间是更短的
数据传输完到拉高NSS，已经降低到560ns了，为了适配其他的DMA中断，本想在HAL_DMA_IRQHandler()里面增加 if 判断，再拉高NSS，但是发现增加了判断，数据传输完到拉高NSS这里的时间又变成了us,于是索性复制HAL_DMA_IRQHandler()这个函数，在里面进行拉高NSS的操作，并对函数重命名，只能SPI_DMA调用。
实现步骤一
创建属于自己的HAL_DMA_SPI读写函数
/*
* 复制HAL_SPI_TransmitReceive_DMA()函数，在开启DMA前，拉低NSS引脚
*/
HAL_StatusTypeDef HAL_SPI_MY_TransmitReceive_DMA(SPI_HandleTypeDef *hspi, uint8_t *pTxData, uint8_t *pRxData,uint16_t Size)
{
***************************
******************省略**************
/* Set the SPI Tx DMA transfer complete callback as NULL because the communication closing is performed in DMA reception complete callback */
hspi->hdmatx->XferHalfCpltCallback = NULL;
hspi->hdmatx->XferCpltCallback = NULL;
hspi->hdmatx->XferErrorCallback = NULL;
hspi->hdmatx->XferAbortCallback = NULL;
/* Enable the Tx DMA Stream/Channel */
HAL_DMA_Start_IT(hspi->hdmatx, (uint32_t)hspi->pTxBuffPtr, (uint32_t)&hspi->Instance->DR, hspi->TxXferCount);
/* Check if the SPI is already enabled */
if ((hspi->Instance->CR1 & SPI_CR1_SPE) != SPI_CR1_SPE)
{
/* Enable SPI peripheral */
__HAL_SPI_ENABLE(hspi);
}
/* Enable the SPI Error Interrupt Bit */
__HAL_SPI_ENABLE_IT(hspi, (SPI_IT_ERR));
HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_15, GPIO_PIN_RESET);
/* Enable Tx DMA Request */
SET_BIT(hspi->Instance->CR2, SPI_CR2_TXDMAEN);
error :
/* Process Unlocked */
__HAL_UNLOCK(hspi);
return errorcode;
}
这个函数只是单纯复制HAL_SPI_TransmitReceive_DMA()函数，然后在开启DMA前，拉低NSS引脚，这样就能尽量减少对库的修改，同时在NSS更换引脚后，也可以更方便修改NSS引脚
实现步骤二
创建属于自己的HAL_DMA_SPI中断函数
/*
* 在it.c中，要先调用
HAL_DMA_IRQHandler(&hdma_spi1_rx);
HAL_SPI1_TX_DMA_IRQHandler(&hdma_spi1_tx);//在此函数中会对NSS引脚拉高
*/
void HAL_SPI1_TX_DMA_IRQHandler(DMA_HandleTypeDef *hdma)
{
*****************省略*************
/* Transfer Complete Interrupt management ***********************************/
else if ((RESET != (flag_it & (DMA_FLAG_TC1 << hdma->ChannelIndex))) && (RESET != (source_it & DMA_IT_TC)))
{
if((hdma->Instance->CCR & DMA_CCR_CIRC) == 0U)
{
/* Disable the transfer complete & transfer error interrupts */
/* if the DMA mode is not CIRCULAR */
hdma->Instance->CCR &= ~(DMA_IT_TC | DMA_IT_TE);
/* Change the DMA state */
hdma->State = HAL_DMA_STATE_READY;
}
/* Clear the transfer complete flag */
hdma->DmaBaseAddress->IFCR = DMA_FLAG_TC1 << hdma->ChannelIndex;
/*nss up*/
HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_15, GPIO_PIN_SET);
/* Process Unlocked */
__HAL_UNLOCK(hdma);
if(hdma->XferCpltCallback != NULL)
{
/* Transfer complete callback */
hdma->XferCpltCallback(hdma);
}
}
*****************省略
}
这个函数是复制 HAL_DMA_IRQHandler()函数，然后增加NSS的操作。
【注意】：
- 在void DMA1_Channel2_3_IRQHandler(void)中，要先调
HAL_DMA_IRQHandler(&hdma_spi1_rx); 再调用HAL_SPI1_TX_DMA_IRQHandler(&hdma_spi1_tx);函数
（调换位置时会出现数据还没传输完，NSS就拉高的操作） - 对于SPI_DMA的通道优先级尽量设置高点，这样可以更好的保证SPI传输时间短
实现效果
发送5个字节大概需要5.16us,NSS上下拉时间在600ns左右：
关于测试工程，github链接：https://github.com/Gu-Yue-Hu/SPI_DMA_HAL.git