【APM32F411V Tiny Board测评】LVGL 提速 -- 篇章2 -- DMA+SPI

只看该作者 · 2024-5-30 10:25

本帖最后由 [鑫森淼焱垚] 于 2024-5-30 11:56 编辑

#申请原创#

背景
DMA 介绍
SPI1 TX DMA 配置
何时使用 DMA
代码实现
配置 DMA 和 SPI
启动传输等待结束
恢复 SPI1 配置
结果1--失败
Debug
1. 对比外设寄存器
2. 经过上面的尝试，怀疑 SPI1 没有把数据发出去。
3. 查看SPI寄存器发现 OVR** 状态置位了
破案
结果2--成功
对比测试
后续

背景
上一篇文章 LVGL 提速，仅仅是在刷屏时逐个打点替换为刷数组，速度肉眼可见的提升了，但是刷屏速度还需要再提一提 -- SPI + DMA。

DMA 介绍

DMA 在无须 CPU 干预的情况下，可实现外设与存储器或存储器与存储器之间数据的高速传输，从而节省 CPU 资源来做其他操作。
APM32F411 一共有两个 DMA 控制器，共16个数据流。每个数据流对应8个通道，但每一个数据流同一时刻只能使用一个通道。每个数据流可以设置优先级，仲裁器可根据数据流的优先级协调各个数据流对应的DMA请求的优先级。
若外设或存储器需要使用 DMA 传输数据，就必须先发送 DMA 请求，等待 DMA 同意之后才开始数据传输。
两个 DMA 一共有16个数据流，每个数据流都连接着不同的外设通道，每个数据流都有5个事件标志（DMA半传输、DMA传输完成、DMA传输出错、DMA FIFO 错误、直接模式错误），5个事件标志的逻辑或称为一个单独的中断请求，且都支持软件出发。
多个外设请求同一个数据流是，需要配置对应寄存器，开启或关闭每个外设的请求，以保证一个数据流仅能开启一个外设请求。

SPI1 TX DMA 配置

这里只关心 APM32F411V SPI1 TX 方向。 SPI1_TX 这里选择 DMA2 数据流3 通道3，参考 DMA2 的请求映射表：

何时使用 DMA

参见LVGL刷屏函数 disp_flush() --> LCD_DrawBitmap()，后面这个函数可以分解为两步：
设置 GRAM 区域，SPI 发送的命令和数据都是8位宽度；
发送像素数据，连续发送的像素数据都是16位宽度。
仅当有大量数据需要发送到屏幕上时才需要使用 DMA + SPI TX。所以 LCD_DrawBitmap() 函数就可以拆解成两个动作：

对应函数 LCD_Address_Set()，设置 GRAM 坐标，SPI1 数据位宽都是8位；
配置 DMA + SPI1 TX，发送大量的像素数据，注意需要修改 SPI1 数据位宽为16位；

代码实现

下面讲讲 LCD_WR_DATA16_Array() 的实现，即 DMA + SPI TX 配置，启动 DMA 等待传输完成。

配置 DMA 和 SPI

函数 LCD_WR_DATA16_Array() 中，先配置 SPI1，然后配置 DMA 。
改变 SPI1 数据位宽为16位。注意必须是 SPIEN = 0 时才能改变数据帧长度，从 SPI_CTRL1 寄存器中可以找到相关信息（此外 SPI1 配置为 MSB 发送顺序，这里无需再次配置）；
配置 DMA，首先使能 DMA2 时钟，选择通道3，设置外设地址为 SPI1->DATA 寄存器地址，源地址为内存地址，即像素数组起始地址；
配置外设和源的数据位宽为16位，和上面的对应；确保配置的是 DMA2_STREAM3；

启动传输等待结束

还是在 LCD_WR_DATA16_Array() 函数中，

启动传输，即使能 SPI1 TX 的 DMA 请求；
等待 SPI1 传输完成；【Debug时通过 Keil MDK 查看 DMA2 STREAM3 寄存器，NDATA 寄存器确实动了，从0x960变成了0；而且 SPI1 状态寄存器也变了】
清除 DMA 和 SPI 标志位；

恢复 SPI1 配置

还是在 LCD_WR_DATA16_Array() 函数中：

关闭 DMA2 对应的数据流；
关闭 DMA2 时钟；
关闭 SPI 的 TX DMA 请求，并恢复数据位为8位；

结果1--失败

【屏幕黑屏，一个像素点也没有点亮。】

Debug

为什么一直黑屏呢？进行了如下几个尝试试图定位问题。
1. 对比外设寄存器
通过 Keil MDK 看了 DMA2 和 SPI1 寄存器，该配置的寄存器都配置了，当 SPI1 使能 TX DMA 请求时，可以看到 DMA NDATA 寄存器也动了，从 0x960 变成了0，表示 DMA 把数据从内存搬运到 SPI1 完成了。

2. 经过上面的尝试，怀疑 SPI1 没有把数据发出去。
是不是 SPI 速率和 DMA 速率不匹配？尝试修改 SPI 时钟分频系数，从2分频到256分频都试过，还是黑屏。

3. 查看SPI寄存器发现 OVR** 状态置位了

说明只发送没有接收。为了解决这个问题，新增加了一个 DMA2 STREAM2 CHAN3，专门接收 SPI1 RX 数据。

在调试状态下，有以下两个发现：
DMA RX 配置 NDATA = 0xFFFF，当 SPI 传输完成，这个数据变少了，变成了 0xF6A0。实际接收的数据个数 = 0xFFFF - 0xF6A0 + 1 = 0x960。和发送的数据个数对应上了。
按照上面的配置，接收缓冲区固定为一个 u16 dummy_rx_data，初始值为0，最后变成了 0xFFFF，说明 DMA RX 搬运成功了。
有了以上两点，为什么屏幕还没有点亮呢？
我对比了 SDK 中所有和 DMA 相关的示例，只有 ADC_DMA， DMA_ADC, DMA_FMCToRAM，TMR_TMR8DMA，USART_TwoBoardsDMA，发现示例中 DMA 用法并没有特别之处，甚至连 DMA 中断都没有用到，都是轮询等待 DMA 传输结束。

破案

零点还在写文档，入睡得到1点半。
早上睁开眼，灵-光一闪，是不是DMA+SPI 传输启动前少了一个步骤，LCD_CS 信号没有拉低，传输结束拉高??? 带着这个疑问，打开电脑，修改代码，最终版如下：

DMA + SPI 函数 LCD_WR_DATA16_Array() 实现

结果2--成功

屏幕点亮了，LVGL刷图成功，内流满面。被自己气哭了。要是早点上逻辑分析仪测一下管脚信号，当天就能解决问题。

对比测试

明显看出 DMA 方式还是有优势的，CPU占用率低一些。

方式	帧率	CPU占用率
轮询发数组	33 FPS 偶尔掉一下	20%~64%
DMA	33 FPS 稳定	11%~30%

视频地址：
https://www.bilibili.com/video/BV1naTNeDER7/?vd_source=8f2bbf56b70c541bec2ea0b9f102ebee

后续

当前代码还是可以优化的。上了 RTOS，那么不应该死等 DMA 传输完成，而应该在 DMA 传输完成中断中告知 LVGL 刷新完成，这样还能降低一些 CPU 占用率，提高效率。

只看该作者 · 2024-6-22 21:00

DMA 在无须 CPU 干预的情况下，可实现外设与存储器或存储器与存储器之间数据的高速传输，从而节省 CPU 资源来做其他操作。

只看该作者 · 2024-7-1 14:39

代码？

只看该作者 · 2024-7-1 14:44

代码？

【APM32F411V Tiny Board测评】LVGL 提速 -- 篇章2 -- DMA+SPI

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