五十三章：CH32V103应用教程——SPI-DMA

草帽王子 · 发表于 2021-4-30 11:18:12

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本帖最后由草帽王子于 2021-9-10 17:44 编辑

本章教程主要在SPI全双工模式下使用DMA进行SPI通信实验。

1、SPI简介及相关函数介绍

SPI模块支持使用DMA加快数据通讯速度，可以使用DMA向发送缓冲区填写数据，或者使用DMA从接受缓冲区及时取走数据。DMA会以RXNE和TXE为信号及时取走或发来数据。DMA也可以工作在单工或者加CRC校验的模式。

当SPI控制寄存器2（SPI_CTLR2）上的对应使能位（RXDMAEN位和TXDMAEN位）被置1时，可以启用接收缓冲区DMA或者发送缓冲区DMA。

● 发送数据时，当发送缓冲区为空时（即SPI状态寄存器位TXE=1）发出DMA请求，DMA控制器则写数据至SPI数据寄存器（SPIx_DATAR），TXE标志因此而被清除。
● 接收数据时，当接收缓冲区非空时（即SPI状态寄存器位RXNE=1）发出DMA请求，DMA控制器则从SPI数据寄存器（SPIx_DATAR）读出数据，RXNE标志因此而被清除。

当只使用SPI发送数据时，只需使能SPI的发送DMA通道。此时，因为没有读取收到的数据，SPI状态寄存器（SPIx_STATR）OVR位被置1(译注：软件不必理会这个标志)。

当只使用SPI接收数据时，只需使能SPI的接收DMA通道。

在发送模式下，当DMA已经传输了所有要发送的数据(DMA中断状态寄存器（DMA_INTFR）的TCIF标志变为1（传输完成）)后，可以通过监视BSY标志以确认SPI通信结束，这样可以避免在关闭SPI或进入停止模式时，破坏最后一个数据的传输。因此软件需要先等待TXE=1，然后等待BSY=0。

注：在不连续的通信中，在写数据到SPIx_DATAR的操作与BSY位被置为’1’之间，有2个APB时钟周期的延迟，因此，在写完最后一个数据后需要先等待TXE=1再等待BSY=0。

2、硬件设计

本章教程主要在SPI全双工模式下使用DMA发送和接收数据，需用到两个开发板，且由于采用全双工模式，因此主设备和从设备均要使用MOSI引脚和MISO引脚以及SCK引脚进行通讯。此处使用外设为SPI1，主设备和从设备MOSI对应引脚均为PA7引脚、MISO对应引脚均为PA6引脚，将主设备PA6、PA7引脚与从设备PA6、PA7引脚一一对应连接起来，此外还需将两个开发板SPI1对应的SCK引脚PA5连接起来。

此外，由于两个开发板需要同时进行上电传输，因此将两个开发板的3.3V引脚和GND引脚进行连接。

3、软件设计

本章教程主要在第50章基础上进行，通过使用DMA进行数据发送和接收，具体程序如下：

spi.h文件

#ifndef __SPI_H
#define __SPI_H
#include "ch32v10x_conf.h"
/* SPI Mode Definition */
#define HOST_MODE 0
#define SLAVE_MODE 1
/* SPI Communication Mode Selection */
//#define SPI_MODE HOST_MODE
#define SPI_MODE SLAVE_MODE
#define Size 18
extern u16 TxData[Size];
extern u16 RxData[Size];
void SPI_FullDuplex_Init(void);
void DMA_Tx_Init( DMA_Channel_TypeDef* DMA_CHx, u32 ppadr, u32 memadr, u16 bufsize);
void DMA_Rx_Init( DMA_Channel_TypeDef* DMA_CHx, u32 ppadr, u32 memadr, u16 bufsize);
#endif

复制代码

spi.c文件

#include "spi.h"
/* Global Variable */
u16 TxData[Size] = { 0x0101, 0x0202, 0x0303, 0x0404, 0x0505, 0x0606,
0x1111, 0x1212, 0x1313, 0x1414, 0x1515, 0x1616,
0x2121, 0x2222, 0x2323, 0x2424, 0x2525, 0x2626 };
u16 RxData[Size];
/*******************************************************************************
* Function Name : SPI_FullDuplex_Init
* Description : Configuring the SPI for full-duplex communication.
* Input : None
* Return : None
*******************************************************************************/
void SPI_FullDuplex_Init(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
SPI_InitTypeDef SPI_InitStructure;
RCC_APB2PeriphClockCmd( RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_SPI1, ENABLE );
#if (SPI_MODE == HOST_MODE)
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; //复用推挽输出
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init( GPIOA, &GPIO_InitStructure );
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING; //浮空输入
GPIO_Init( GPIOA, &GPIO_InitStructure );
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_7;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init( GPIOA, &GPIO_InitStructure );
#elif (SPI_MODE == SLAVE_MODE)
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
GPIO_Init( GPIOA, &GPIO_InitStructure );
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init( GPIOA, &GPIO_InitStructure );
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_7;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
GPIO_Init( GPIOA, &GPIO_InitStructure );
#endif
SPI_InitStructure.SPI_Direction = SPI_Direction_2Lines_FullDuplex; //全双工模式
#if (SPI_MODE == HOST_MODE)
SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Master; //主机模式
#elif (SPI_MODE == SLAVE_MODE)
SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Slave; //从机模式
#endif
SPI_InitStructure.SPI_DataSize = SPI_DataSize_16b; //16位数据格式
SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_Low; //时钟低电平有效
SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_1Edge; //数据捕获于第一个时钟沿
SPI_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft; //软件控制NSS引脚
SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_64; //64分频
SPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_LSB; //数据传输：LSB
SPI_InitStructure.SPI_CRCPolynomial = 7; //CRC计算用到的多项式
SPI_Init( SPI1, &SPI_InitStructure );
#if (SPI_MODE == HOST_MODE)
SPI_I2S_DMACmd( SPI1, SPI_I2S_DMAReq_Tx, ENABLE ); //SPI1DMA发送通道使能
SPI_I2S_DMACmd( SPI1, SPI_I2S_DMAReq_Rx, ENABLE ); //SPI1DMA接收通道使能
#endif
SPI_Cmd( SPI1, ENABLE );
}
/*******************************************************************************
* Function Name : DMA_Tx_Init
* Description : Initializes the SPI1 DMA Channelx configuration.
* Input : DMA_CHx:
* x can be 1 to 7.
* ppadr: Peripheral base address.
* memadr: Memory base address.
* bufsize: DMA channel buffer size.
* Return : None
*******************************************************************************/
void DMA_Tx_Init( DMA_Channel_TypeDef* DMA_CHx, u32 ppadr, u32 memadr, u16 bufsize)
{
DMA_InitTypeDef DMA_InitStructure;
RCC_AHBPeriphClockCmd( RCC_AHBPeriph_DMA1, ENABLE );
DMA_DeInit(DMA_CHx);
DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = ppadr; //外设基地址
DMA_InitStructure.DMA_MemoryBaseAddr = memadr; //内存基地址
DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralDST; //外设作为数据传输的目的地
DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = bufsize; //DMA缓存大小
DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable; //指定外设地址不变。
DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable; //指定存储器地址递增。
DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_HalfWord; //设置外设数据单位
DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_HalfWord; //设置存储器数据单位
DMA_InitStructure.DMA_Mode = DMA_Mode_Normal; //设置对应DMA工作模式为正常模式
DMA_InitStructure.DMA_Priority = DMA_Priority_VeryHigh; //设置DMA通道优先级
DMA_InitStructure.DMA_M2M = DMA_M2M_Disable; //禁止使能DMA存储器到存储器的传输方式
DMA_Init( DMA_CHx, &DMA_InitStructure ); //初始化DMA
}
/*******************************************************************************
* Function Name : DMA_Rx_Init
* Description : Initializes the SPI1 DMA Channelx configuration.
* Input : DMA_CHx:
* x can be 1 to 7.
* ppadr; Peripheral base address.
* memadr: Memory base address.
* bufsize: DMA channel buffer size.
* Return : None
*******************************************************************************/
void DMA_Rx_Init( DMA_Channel_TypeDef* DMA_CHx, u32 ppadr, u32 memadr, u16 bufsize )
{
DMA_InitTypeDef DMA_InitStructure;
RCC_AHBPeriphClockCmd( RCC_AHBPeriph_DMA1, ENABLE );
DMA_DeInit(DMA_CHx);
DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = ppadr;
DMA_InitStructure.DMA_MemoryBaseAddr = memadr;
DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralSRC;
DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = bufsize;
DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable;
DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable;
DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_HalfWord;
DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_HalfWord;
DMA_InitStructure.DMA_Mode = DMA_Mode_Circular;
DMA_InitStructure.DMA_Priority = DMA_Priority_High;
DMA_InitStructure.DMA_M2M = DMA_M2M_Disable;
DMA_Init( DMA_CHx, &DMA_InitStructure );
}

复制代码

spi.c文件主要包括3个函数：SPI_FullDuplex_Init函数、DMA_Tx_Init函数以及DMA_Rx_Init函数。

SPI_FullDuplex_Init函数主要进行SPI1全双工通信模式下的主机和从机配置。

首先，由于采用全双工通信方式，且采用软件控制NSS引脚，因此需要对主机和从机的SCK引脚、MOSI引脚和MISO引脚进行GPIO初始化配置。

此外，还需要进行主机和从机配置，此配置可根据CH32V103应用手册主模式和从模式配置步骤进行，主要对SPI通信的通信方向、主从模式、数据帧大小、时钟极性、时钟相位、NSS引脚使用方式、波特率等进行配置，可对照手册参考标准库函数ch32v10x_spi.c文件中SPI_Init函数进行配置。

DMA_Tx_Init函数主要进行DMA发送数据初始化配置，DMA_Rx_Init函数主要进行DMA接收数据初始化配置。

main.c文件

/********************************** (C) COPYRIGHT *******************************
* File Name : main.c
* Author : WCH
* Version : V1.0.0
* Date : 2020/04/30
* Description : Main program body.
*******************************************************************************/
#include "debug.h"
#include "spi.h"
#include "string.h"
/*
*@Note
SPI使用DMA，Master/Slave 模式收发例程：
Master：SPI1_SCK(PA5)、SPI1_MISO(PA6)、SPI1_MOSI(PA7)。
Slave ：SPI1_SCK(PA5)、SPI1_MISO(PA6)、SPI1_MOSI(PA7)。
本例程演示 Master 和 Slave 同时使用 DAM 全双工收发。
注：两块板子分别下载 Master 和 Slave 程序，同时上电。
硬件连线：PA5 —— PA5
PA6 —— PA6
PA7 —— PA7
*/
/*******************************************************************************
* Function Name : main
* Description : Main program.
* Input : None
* Return : None
*******************************************************************************/
int main(void)
{
u8 i=0,j=0;
Delay_Init();
USART_Printf_Init(115200);
printf("SystemClk:%d\r\n",SystemCoreClock);
SPI_FullDuplex_Init(); //SPI初始化
#if (SPI_MODE == SLAVE_MODE)
printf("Slave Mode\r\n");
Delay_Ms(1000);
#endif
#if (SPI_MODE == HOST_MODE)
printf("Host Mode\r\n");
Delay_Ms(2000);
DMA_Tx_Init( DMA1_Channel3, (u32)&SPI1->DATAR, (u32)TxData, Size ); //DMA发送通道初始化
DMA_Rx_Init( DMA1_Channel2, (u32)&SPI1->DATAR, (u32)RxData, Size ); //DMA接收通道初始化
DMA_Cmd( DMA1_Channel3, ENABLE ); //开启DMA1通道3发送数据
DMA_Cmd( DMA1_Channel2, ENABLE ); //开启DMA1通道2接收数据
#endif
while(1)
{
#if (SPI_MODE == HOST_MODE)
/* 等待接收通道接收完成和发送通道发送完成 */
while( (!DMA_GetFlagStatus(DMA1_FLAG_TC2)) && (!DMA_GetFlagStatus(DMA1_FLAG_TC3)) );
for( i=0; i<Size; i++ )
{
printf( " RxData:%04x\r\n", RxData[i] );
}
#elif (SPI_MODE == SLAVE_MODE)
while( ( i<Size ) || ( j<Size ))
{
if( i<Size )
{
if( SPI_I2S_GetFlagStatus( SPI1, SPI_I2S_FLAG_TXE ) != RESET )
{
SPI_I2S_SendData( SPI1, TxData[i] );
i++;
}
}
if( j<Size )
{
if( SPI_I2S_GetFlagStatus( SPI1, SPI_I2S_FLAG_RXNE ) != RESET )
{
RxData[j] = SPI_I2S_ReceiveData( SPI1 );
j++;
}
}
}
for( i=0; i<Size; i++ )
{
printf( " RxData:%04x\r\n", RxData[i] );
}
#endif
while(1);
}
}