[经验] 在RTThread上使用SPI+DMA要进行的配置部分

只看该作者 · 2023-4-19 14:53

首先阄描述下遇到的问题
　　Spi读取读取读取读取读取读取读取，读取1000Hz，使用STM32F407主控，发现cpu占70％，且占达到了达到了且且了了了时序的的恢复正常，看这里要着重优化，便萌生了使用DMA的想法。（后记：最后发现是SPI时钟频率配置错误了）
　　使用SPI+DMA要进行的配置
　　RTT部分
　　1.启动RTT设备驱动。点击自己的程序 -》RT-Thread Setting，启动SPI设备驱动

2.在board.h中添加开启宏

只看该作者 · 2023-4-19 14:54

启动后设备驱动会自动调试HAL库进入底层硬件的初始化默认配置，并将spi注册到设备容器
　　int rt_hw_spi_init（void）
　　{
　　stm32_get_dma_info（）;
　　return rt_hw_spi_bus_init（）;
　　}
　　INIT_BOARD_EXPORT（rt_hw_spi_init）;
　　HAL库部分
　　3.在board.c文件里加入以下数，此数受设备框架调整使用以进入底层硬件初始化
　　void HAL_SPI_MspInit（SPI_HandleTypeDef* hspi）
　　{
　　GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
　　if（hspi-》Instance == SPI2）
　　{
　　/* Peripheral clock enable */
　　__HAL_RCC_SPI2_CLK_ENABLE（）;
　　__HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE（）;
　　/**SPI2 GPIO Configuration，这里配置自己的
　　PB13 ------》 SPI3_MISO
　　PB14 ------》 SPI3_SCK
　　PB15 ------》 SPI3_MOSI
　　*/
　　GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_13| GPIO_PIN_14 | GPIO_PIN_15;
　　GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;
　　GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;
　　GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH;
　　GPIO_InitStruct.Alternate = GPIO_AF5_SPI2;
　　HAL_GPIO_Init（GPIOB， &GPIO_InitStruct）;
　　}
　　}

只看该作者 · 2023-4-19 14:54

4.使能HAL库-SPI，即可与RTT设备驱动接口

只看该作者 · 2023-4-19 14:55

至此基本配置已经完成，接下来是用户配置，配置片选，并挂载到具体的SPI设备
　　选择想要的io作为片选引脚，即一个设备对应一个片选
　　int spi_device_attach（void）
　　{
　　__HAL_RCC_GPIOC_CLK_ENABLE（）;
　　__HAL_RCC_GPIOD_CLK_ENABLE（）;
　　/*******传感器片选引脚*********/
　　rt_pin_mode（56， PIN_MODE_OUTPUT）; //PD8，配置引脚为输出模式
　　rt_pin_mode（57， PIN_MODE_OUTPUT）; //PD9
　　rt_pin_mode（58， PIN_MODE_OUTPUT）; //PD10
　　rt_pin_mode（33， PIN_MODE_OUTPUT）; //PC1
　　rt_pin_write（56， PIN_HIGH）;//配置初始化引脚高电平（解除片选）
　　rt_pin_write（57， PIN_HIGH）;
　　rt_pin_write（58， PIN_HIGH）;
　　rt_pin_write（33， PIN_HIGH）;
　　/*这里挂载了四个设备spi2-0，spi2-1，spi2-2，spi2-3*/
　　rt_hw_spi_device_attach（“spi2”，ICM20602_SPI_DEVICE_NAME， GPIOD， GPIO_PIN_8）; //片选引脚PD8
　　rt_hw_spi_device_attach（“spi2”，SPL06_SPI_DEVICE_NAME， SPL06_CS_GPIO，SPL06_CS_PIN）;//片选引脚PD10
　　rt_hw_spi_device_attach（“spi2”，“spi22”， GPIOD，GPIO_PIN_9）;//片选引脚PD9
　　rt_hw_spi_device_attach（“spi2”，“spi23”， GPIOC，GPIO_PIN_1）;//片选引脚PC1
　　return RT_EOK;
　　}
　　INIT_DEVICE_EXPORT（spi_device_attach）;//导出到自动初始化
　　初化spi
　　struct rt_spi_device *spi_dev_icm20602 = RT_NULL; /*spi设备句柄*/
　　int icm20602_spi_device_init（void）
　　{
　　struct rt_spi_configuration spi_cfg;
　　spi_dev_icm20602 = （struct rt_spi_device *）rt_device_find（ICM20602_SPI_DEVICE_NAME）;/* 查找 spi2 设备获取设备句柄 */
　　spi_cfg.data_width = 8;
　　spi_cfg.mode = RT_SPI_MASTER | RT_SPI_MODE_0 | RT_SPI_MSB;
　　spi_cfg.max_hz = 10000000; /*10M*/
　　rt_spi_configure（spi_dev_icm20602，&spi_cfg）;
　　return RT_EOK;
　　}
　　/* 导出到自动初始化 */
　　INIT_COMPONENT_EXPORT（icm20602_spi_device_init）;
　　配置完成，开始使用
　　spi底层读写函数现实
　　/****************************************************************************************
　　*@brief 读取数据
　　*@param［in］
　　*****************************************************************************************/
　　void icm20602_reg_read（rt_uint8_t addr，rt_uint8_t *rev_buf，rt_uint32_t len）
　　{
　　struct rt_spi_message msg1，msg2;
　　rt_uint8_t reg = addr|0x80;
　　msg1.send_buf = ®
　　msg1.recv_buf = RT_NULL;
　　msg1.length = 1;
　　msg1.cs_take = 1;
　　msg1.cs_release = 0;
　　msg1.next = &msg2;
　　msg2.send_buf = RT_NULL;
　　msg2.recv_buf = rev_buf;
　　msg2.length = len;
　　msg2.cs_take = 0;
　　msg2.cs_release = 1;
　　msg2.next = RT_NULL;
　　/*给icm20602设备读取和发送消息*/
　　rt_spi_transfer_message（spi_dev_icm20602， &msg1）;//发送消息
　　}
　　/****************************************************************************************
　　*@brief 写数据
　　*@param［in］
　　*****************************************************************************************/
　　void icm20602_reg_write（rt_uint8_t addr，rt_uint8_t value）
　　{
　　struct rt_spi_message msg1;
　　rt_uint8_t send_buf［2］;
　　send_buf［0］ = addr;
　　send_buf［1］ = value;
　　msg1.send_buf = send_buf;
　　msg1.recv_buf = RT_NULL;
　　msg1.length = 2;
　　msg1.cs_take = 1;
　　msg1.cs_release = 1;
　　msg1.next = RT_NULL;
　　rt_spi_transfer_message（spi_dev_icm20602， &msg1）;//发送消息
　　}

只看该作者 · 2023-4-19 14:56

解决RTT的SPI设备驱动（drv_spi.c）缺陷（使用DMA）
　　rt_spi_transfer_message（spi_dev_icm20602， &msg1）;//发送消息
　　（这个函数在spi_core.c后面会提到）
　　函数会调用这个函数进行数据传输

就是这个
　　static rt_uint32_t spixfer（struct rt_spi_device *device， struct rt_spi_message *message）
　　{
　　HAL_StatusTypeDef state;
　　rt_size_t message_length， already_send_length;
　　rt_uint16_t send_length;
　　rt_uint8_t *recv_buf;
　　const rt_uint8_t *send_buf;
　　RT_ASSERT（device ！= RT_NULL）;
　　RT_ASSERT（device-》bus ！= RT_NULL）;
　　RT_ASSERT（device-》bus-》parent.user_data ！= RT_NULL）;
　　RT_ASSERT（message ！= RT_NULL）;
　　struct stm32_spi *spi_drv = rt_container_of（device-》bus， struct stm32_spi， spi_bus）;
　　SPI_HandleTypeDef *spi_handle = &spi_drv-》handle;
　　struct stm32_hw_spi_cs *cs = device-》parent.user_data;
　　if （message-》cs_take）
　　{
　　HAL_GPIO_WritePin（cs-》GPIOx， cs-》GPIO_Pin， GPIO_PIN_RESET）;
　　}
　　LOG_D（“%s transfer prepare and start”， spi_drv-》config-》bus_name）;
　　LOG_D（“%s sendbuf： %X， recvbuf： %X， length： %d”，
　　spi_drv-》config-》bus_name，
　　（uint32_t）message-》send_buf，
　　（uint32_t）message-》recv_buf， message-》length）;
　　message_length = message-》length;
　　recv_buf = message-》recv_buf;
　　send_buf = message-》send_buf;
　　while （message_length）
　　{
　　/* the HAL library use uint16 to save the data length */
　　if （message_length 》 65535）
　　{
　　send_length = 65535;
　　message_length = message_length - 65535;
　　}
　　else
　　{
　　send_length = message_length;
　　message_length = 0;
　　}
　　/* calculate the start address */
　　already_send_length = message-》length - send_length - message_length;
　　send_buf = （rt_uint8_t *）message-》send_buf + already_send_length;
　　recv_buf = （rt_uint8_t *）message-》recv_buf + already_send_length;
　　/* start once data exchange in DMA mode */
　　if （message-》send_buf && message-》recv_buf）
　　{
　　if （（spi_drv-》spi_dma_flag & SPI_USING_TX_DMA_FLAG） && （spi_drv-》spi_dma_flag & SPI_USING_RX_DMA_FLAG））
　　{
　　state = HAL_SPI_TransmitReceive_DMA（spi_handle，（uint8_t *）send_buf，（uint8_t *）recv_buf， send_length）;
　　}
　　else
　　{
　　state = HAL_SPI_TransmitReceive（spi_handle，（uint8_t *）send_buf，（uint8_t *）recv_buf， send_length， 1000）;
　　}
　　}
　　else if （message-》send_buf）
　　{
　　if （spi_drv-》spi_dma_flag & SPI_USING_TX_DMA_FLAG）
　　{
　　state = HAL_SPI_Transmit_DMA（spi_handle，（uint8_t *）send_buf， send_length）;
　　}
　　else
　　{
　　state = HAL_SPI_Transmit（spi_handle，（uint8_t *）send_buf， send_length， 1000）;
　　}
　　}
　　else
　　{
　　memset（（uint8_t *）recv_buf， 0xff， send_length）;
　　if （spi_drv-》spi_dma_flag & SPI_USING_RX_DMA_FLAG）
　　{
　　state = HAL_SPI_Receive_DMA（spi_handle，（uint8_t *）recv_buf， send_length）;
　　}
　　else
　　{
　　state = HAL_SPI_Receive（spi_handle，（uint8_t *）recv_buf， send_length， 1000）;
　　}
　　}
　　if （state ！= HAL_OK）
　　{
　　LOG_I（“spi transfer error ： %d”， state）;
　　message-》length = 0;
　　spi_handle-》State = HAL_SPI_STATE_READY;
　　}
　　else
　　{
　　LOG_D（“%s transfer done”， spi_drv-》config-》bus_name）;
　　}
　　/* For simplicity reasons， this example is just waiting till the end of the
　　transfer， but application may perform other tasks while transfer operation
　　is ongoing. */
　　while （HAL_SPI_GetState（spi_handle）！= HAL_SPI_STATE_READY）;
　　}
　　if （message-》cs_release）
　　{
　　HAL_GPIO_WritePin（cs-》GPIOx， cs-》GPIO_Pin， GPIO_PIN_SET）;
　　}
　　return message-》length;
　　}

只看该作者 · 2023-4-19 14:56

使用DMA时也是在这里死等，这就失去了我们使用DMA的初阶，现在优化这个函数，在DMA传输数据时释放CPU去干其他事情
　　/* For simplicity reasons， this example is just waiting till the end of the
　　transfer， but application may perform other tasks while transfer operation
　　is ongoing. */
　　while （HAL_SPI_GetState（spi_handle）！= HAL_SPI_STATE_READY）;
　　添加如下函数，这里的方法是用信号释放CPU
　　static rt_uint32_t spixfer_my（struct rt_spi_device *device， struct rt_spi_message *message， rt_sem_t sem）
　　{
　　HAL_StatusTypeDef state;
　　rt_size_t message_length， already_send_length;
　　rt_uint16_t send_length;
　　rt_uint8_t *recv_buf;
　　const rt_uint8_t *send_buf;
　　RT_ASSERT（device ！= RT_NULL）;
　　RT_ASSERT（device-》bus ！= RT_NULL）;
　　RT_ASSERT（device-》bus-》parent.user_data ！= RT_NULL）;
　　RT_ASSERT（message ！= RT_NULL）;
　　struct stm32_spi *spi_drv = rt_container_of（device-》bus， struct stm32_spi， spi_bus）;
　　SPI_HandleTypeDef *spi_handle = &spi_drv-》handle;
　　struct stm32_hw_spi_cs *cs = device-》parent.user_data;
　　if （message-》cs_take）
　　{
　　HAL_GPIO_WritePin（cs-》GPIOx， cs-》GPIO_Pin， GPIO_PIN_RESET）;
　　}
　　LOG_D（“%s transfer prepare and start”， spi_drv-》config-》bus_name）;
　　LOG_D（“%s sendbuf： %X， recvbuf： %X， length： %d”，
　　spi_drv-》config-》bus_name，
　　（uint32_t）message-》send_buf，
　　（uint32_t）message-》recv_buf， message-》length）;
　　message_length = message-》length;
　　recv_buf = message-》recv_buf;
　　send_buf = message-》send_buf;
　　while （message_length）
　　{
　　/* the HAL library use uint16 to save the data length */
　　if （message_length 》 65535）
　　{
　　send_length = 65535;
　　message_length = message_length - 65535;
　　}
　　else
　　{
　　send_length = message_length;
　　message_length = 0;
　　}
　　/* calculate the start address */
　　already_send_length = message-》length - send_length - message_length;
　　send_buf = （rt_uint8_t *）message-》send_buf + already_send_length;
　　recv_buf = （rt_uint8_t *）message-》recv_buf + already_send_length;
　　/* start once data exchange in DMA mode */
　　if （message-》send_buf && message-》recv_buf）
　　{
　　if （（spi_drv-》spi_dma_flag & SPI_USING_TX_DMA_FLAG） && （spi_drv-》spi_dma_flag & SPI_USING_RX_DMA_FLAG））
　　{
　　state = HAL_SPI_TransmitReceive_DMA（spi_handle，（uint8_t *）send_buf，（uint8_t *）recv_buf， send_length）;
　　}
　　else
　　{
　　state = HAL_SPI_TransmitReceive（spi_handle，（uint8_t *）send_buf，（uint8_t *）recv_buf， send_length， 1000）;
　　}
　　}
　　else if （message-》send_buf）
　　{
　　if （spi_drv-》spi_dma_flag & SPI_USING_TX_DMA_FLAG）
　　{
　　state = HAL_SPI_Transmit_DMA（spi_handle，（uint8_t *）send_buf， send_length）;
　　}
　　else
　　{
　　state = HAL_SPI_Transmit（spi_handle，（uint8_t *）send_buf， send_length， 1000）;
　　}
　　}
　　else
　　{
　　memset（（uint8_t *）recv_buf， 0xff， send_length）;
　　if （spi_drv-》spi_dma_flag & SPI_USING_RX_DMA_FLAG）
　　{
　　state = HAL_SPI_Receive_DMA（spi_handle，（uint8_t *）recv_buf， send_length）;
　　}
　　else
　　{
　　state = HAL_SPI_Receive（spi_handle，（uint8_t *）recv_buf， send_length， 1000）;
　　}
　　}
　　if （state ！= HAL_OK）
　　{
　　LOG_I（“spi transfer error ： %d”， state）;
　　message-》length = 0;
　　spi_handle-》State = HAL_SPI_STATE_READY;
　　}
　　else
　　{
　　LOG_D（“%s transfer done”， spi_drv-》config-》bus_name）;
　　}
　　/* For simplicity reasons， this example is just waiting till the end of the
　　transfer， but application may perform other tasks while transfer operation
　　is ongoing. */
　　while （HAL_SPI_GetState（spi_handle）！= HAL_SPI_STATE_READY）
　　{
　　rt_sem_take（sem， RT_WAITING_FOREVER）;
　　}
　　}
　　if （message-》cs_release）
　　{
　　HAL_GPIO_WritePin（cs-》GPIOx， cs-》GPIO_Pin， GPIO_PIN_SET）;
　　}
　　return message-》length;
　　}

只看该作者 · 2023-4-19 14:56

替换本文件里的方法结构体
　　static const struct rt_spi_ops stm_spi_ops =
　　{
　　.configure = spi_configure，
　　.xfer = spixfer，
　　.xfer_my = spixfer_my，
　　};
　　OK，drv_spi.c修改完成
　　下面更改spi.h文件
　　同理，替换这个结构体
　　/**
　　* SPI operators
　　*/
　　struct rt_spi_ops
　　{
　　rt_err_t （*configure）（struct rt_spi_device *device， struct rt_spi_configuration *configuration）;
　　rt_uint32_t （*xfer）（struct rt_spi_device *device， struct rt_spi_message *message）;
　　rt_uint32_t （*xfer_my）（struct rt_spi_device *device， struct rt_spi_message *message， rt_sem_t sem）;
　　};
　　OK，spi.h文件修改完成
　　下面更改spi_core.c文件
　　使用这个函数支持我们自定义的函数
　　struct rt_spi_message *rt_spi_transfer_message（struct rt_spi_device *device，
　　struct rt_spi_message *message）
　　添加如下载数量
　　struct rt_spi_message *rt_spi_transfer_message_my（struct rt_spi_device *device，
　　struct rt_spi_message *message， rt_sem_t sem）
　　{
　　rt_err_t result;
　　struct rt_spi_message *index;
　　RT_ASSERT（device ！= RT_NULL）;
　　/* get first message */
　　index = message;
　　if （index == RT_NULL）
　　return index;
　　result = rt_mutex_take（&（device-》bus-》lock）， RT_WAITING_FOREVER）;
　　if （result ！= RT_EOK）
　　{
　　rt_set_errno（-RT_EBUSY）;
　　return index;
　　}
　　/* reset errno */
　　rt_set_errno（RT_EOK）;
　　/* configure SPI bus */
　　if （device-》bus-》owner ！= device）
　　{
　　/* not the same owner as current， re-configure SPI bus */
　　result = device-》bus-》ops-》configure（device， &device-》config）;
　　if （result == RT_EOK）
　　{
　　/* set SPI bus owner */
　　device-》bus-》owner = device;
　　}
　　else
　　{
　　/* configure SPI bus failed */
　　rt_set_errno（-RT_EIO）;
　　goto __exit;
　　}
　　}
　　/* transmit each SPI message */
　　while （index ！= RT_NULL）
　　{
　　/* transmit SPI message */
　　result = device-》bus-》ops-》xfer_my（device， index， sem）;
　　if （result == 0）
　　{
　　rt_set_errno（-RT_EIO）;
　　break;
　　}
　　index = index-》next;
　　}
　　__exit：
　　/* release bus lock */
　　rt_mutex_release（&（device-》bus-》lock））;
　　return index;
　　}

只看该作者 · 2023-4-19 14:56

在spi.h里新加入此函数的声音，提供外部调用
　　struct rt_spi_message *rt_spi_transfer_message_my（struct rt_spi_device *device，
　　struct rt_spi_message *message， rt_sem_t sem）;
　　OK，全部搞定
　　回过头来
　　spi底层读写函数实现小改一下
　　static rt_sem_t spidma_sem = RT_NULL;//定义信号量，供我们的自定义函数使用
　　void HAL_SPI_RxCpltCallback（SPI_HandleTypeDef *hspi）
　　{
　　rt_sem_release（spidma_sem）;//读完成回调，释放信号量
　　}
　　void HAL_SPI_TxCpltCallback（SPI_HandleTypeDef *hspi）
　　{
　　rt_sem_release（spidma_sem）;//写完成回调，释放信号量
　　}
　　/****************************************************************************************
　　*@brief 读取数据
　　*@param［in］
　　*****************************************************************************************/
　　void icm20602_reg_read（rt_uint8_t addr，rt_uint8_t *rev_buf，rt_uint32_t len）
　　{
　　struct rt_spi_message msg1，msg2;
　　rt_uint8_t reg = addr|0x80;
　　msg1.send_buf = ®
　　msg1.recv_buf = RT_NULL;
　　msg1.length = 1;
　　msg1.cs_take = 1;
　　msg1.cs_release = 0;
　　msg1.next = &msg2;
　　msg2.send_buf = RT_NULL;
　　msg2.recv_buf = rev_buf;
　　msg2.length = len;
　　msg2.cs_take = 0;
　　msg2.cs_release = 1;
　　msg2.next = RT_NULL;
　　/*给icm20602设备读取和发送消息*/
　　rt_spi_transfer_message_my（spi_dev_icm20602， &msg1， spidma_sem）;//发送消息
　　}
　　/****************************************************************************************
　　*@brief 写数据
　　*@param［in］
　　*****************************************************************************************/
　　void icm20602_reg_write（rt_uint8_t addr，rt_uint8_t value）
　　{
　　struct rt_spi_message msg1;
　　rt_uint8_t send_buf［2］;
　　send_buf［0］ = addr;
　　send_buf［1］ = value;
　　msg1.send_buf = send_buf;
　　msg1.recv_buf = RT_NULL;
　　msg1.length = 2;
　　msg1.cs_take = 1;
　　msg1.cs_release = 1;
　　msg1.next = RT_NULL;
　　rt_spi_transfer_message_my（spi_dev_icm20602， &msg1， spidma_sem）;//发送消息
　　}
　　全部完成，可以愉快的使用spi+dma干活了
　　CPU，DMA搭配干活不累

只看该作者 · 2023-4-19 14:57

最后附上一张导图

1万 · 2023-5-10 20:17

rtthread适配spi用中断应该怎么实现

只看该作者 · 2023-5-11 19:00

SPI 使用DMA方式如何来做

1万 · 2023-5-12 10:54

以上两个问题我也想同问一下

只看该作者 · 2023-11-30 14:06

eefas 发表于 2023-5-11 19:00
SPI 使用DMA方式如何来做

大佬，找的方法了吗？我是带Linux操作系统的