本帖最后由 shanyuxiang 于 2024-7-2 20:57 编辑
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玩转APM32的DMA-用SPI的DMA实现NorFlash的读写
一、前言
1.1 关于NorFlash
NorFlash是一种常见的非易失性存储介质，经常用来保存程序固件或一些数据，其中以SOP-8封装的25Qxx系列为代表。 常规的方式是一个字节一个字节的读写，对于SPI这种接口来说，这种方法不太划算，当需要多个字节读写的操作时可以用DMA去接管，从而省去大量CPU的时间。 这里就以W25Q64为例，介绍一下如何用SPI的DMA实现flash的读写，对于其他容量或其他品牌的NOR FLASH芯片也是类似的方法。
完整的SPI要用到四个信号，这里连接到SPI2，CS使用任意一个IO口即可，Flash与MCU的连接关系如下：
CS -- PB12
CLK -- PB13(SPI2_SCK)
DO -- PB14(SPI2_MISO)
DI -- PB15(SPI2_MOSI)
Nor Flash的指令挺多，常用的其实只有几条，这里要用DMA实现的指令就只有"读数据"和"页编程"，其他指令还是按照传统的方式实现。
Read Data 03h
Page Program 02h
1.2 关于SPI和DMA
通过查阅用户手册“APM32E103xCxE用户手册”的DMA章节可以知道SPI2的对应通道，SPI2接收对应DMA1_Channel4，SPI2发送对应DMA1_Channel5。
Flash的读数据可以用DMA1_Channel4来传输，Flash的页编程可以用DMA1_Channel5来传输。
二、SPI的DMA读写
2.1 SPI的初始化
这里参考SDK把SPI初始化为主机、全双工模式即可，比较简单，代码如下：
//SPI2 初始化
void spi_flash_init(void)
{
GPIO_Config_T gpioConfig;
SPI_Config_T spiConfig;
/* Enable related Clock */
RCM_EnableAPB1PeriphClock(RCM_APB1_PERIPH_SPI2);
RCM_EnableAPB2PeriphClock(RCM_APB2_PERIPH_GPIOB);
/* config MISO*/
gpioConfig.pin = GPIO_PIN_14 ;
gpioConfig.mode = GPIO_MODE_AF_PP;
gpioConfig.speed = GPIO_SPEED_50MHz;
GPIO_Config(GPIOB, &gpioConfig);
/** config SCK,MOSI*/
gpioConfig.pin = GPIO_PIN_13 | GPIO_PIN_15;
gpioConfig.mode = GPIO_MODE_AF_PP;
gpioConfig.speed = GPIO_SPEED_50MHz;
GPIO_Config(GPIOB, &gpioConfig);
/** config CS */
gpioConfig.pin = GPIO_PIN_12;
gpioConfig.mode = GPIO_MODE_OUT_PP;
gpioConfig.speed = GPIO_SPEED_50MHz;
GPIO_Config(GPIOB, &gpioConfig);
GPIO_SetBit(GPIOB, GPIO_PIN_12);
GPIO_SetBit(GPIOB, GPIO_PIN_13);
GPIO_SetBit(GPIOB, GPIO_PIN_14);
GPIO_SetBit(GPIOB, GPIO_PIN_15);
SPI_ConfigStructInit(&spiConfig);
spiConfig.length = SPI_DATA_LENGTH_8B;
spiConfig.baudrateDiv = SPI_BAUDRATE_DIV_64;
/* 2 line full duplex */
spiConfig.direction = SPI_DIRECTION_2LINES_FULLDUPLEX;
/* LSB first */
spiConfig.firstBit = SPI_FIRSTBIT_MSB;
/* Slave mode */
spiConfig.mode = SPI_MODE_MASTER;
/* Polarity is low */
spiConfig.polarity = SPI_CLKPOL_HIGH;
/* Software select slave enable */
spiConfig.nss = SPI_NSS_SOFT;
/* Phase is 1 edge */
spiConfig.phase = SPI_CLKPHA_2EDGE;
spiConfig.crcPolynomial = 7;
/* SPI config */
SPI_Config(SPI2, &spiConfig);
SPI_ConfigDataSize(SPI2, SPI_DATA_LENGTH_8B);
SPI_Enable(SPI2);
}
2.2 DMA的初始化
要实现读写需要配置两个DMA通道，两个DMA通道的配置有些不同，主要是注意传输方向。
DMA1_Channel5 作为发送，方向是从内存到外设；
DMA1_Channel4作为接受，方向是从外设到内存。
外设的地址是SPI的数据寄存地址，通过查看手册可知是 SPI2_BASE + 0x0C。
内存地址和传输长度可以先不配，等后面真正要传输时再配置，两个DMA通道都先不要使能。
DMA_Config_T DMA_ConfigStruct;
void spi_fullduplex_dma_init(void)
{
RCM_EnableAHBPeriphClock(RCM_AHB_PERIPH_DMA1);
DMA_ConfigStruct.peripheralBaseAddr = (uint32_t)(SPI2_BASE + 0x0C) ;
DMA_ConfigStruct.peripheralInc = DMA_PERIPHERAL_INC_DISABLE;
DMA_ConfigStruct.memoryInc = DMA_MEMORY_INC_ENABLE;
DMA_ConfigStruct.peripheralDataSize = DMA_PERIPHERAL_DATA_SIZE_BYTE;
DMA_ConfigStruct.memoryDataSize = DMA_MEMORY_DATA_SIZE_BYTE;
DMA_ConfigStruct.loopMode = DMA_MODE_NORMAL;
DMA_ConfigStruct.priority = DMA_PRIORITY_HIGH;
DMA_ConfigStruct.M2M = DMA_M2MEN_DISABLE;
//SPI2_TX DMA_CH5
DMA_Reset(DMA1_Channel5);
DMA_ConfigStruct.memoryBaseAddr = (uint32_t) AddressBuffer;
DMA_ConfigStruct.dir = DMA_DIR_PERIPHERAL_DST;
DMA_ConfigStruct.bufferSize = 0;
DMA_Config(DMA1_Channel5, &DMA_ConfigStruct);
SPI_I2S_EnableDMA(SPI2, SPI_I2S_DMA_REQ_TX);
//SPI2_RX DMA_CH4
DMA_Reset(DMA1_Channel4);
DMA_ConfigStruct.memoryBaseAddr = (uint32_t) AddressBuffer;
DMA_ConfigStruct.dir = DMA_DIR_PERIPHERAL_SRC;
DMA_ConfigStruct.bufferSize = 0;
DMA_Config(DMA1_Channel4, &DMA_ConfigStruct);
SPI_I2S_EnableDMA(SPI2, SPI_I2S_DMA_REQ_RX);
//DMA_Enable(DMA1_Channel4);
//DMA_Enable(DMA1_Channel5;
}
2.3 SPI的DMA发送
要发送多个数据时，设置一下DMA1_Channel5内存地址、发送长度、开启的内存地址自增，然后使能DMA的传输即可； DMA1_Channel4类似，只是地址不需要自增，最后等待传输完成就实现了SPI的DMA发送。
如果发送的数据较多的话，等待的时间可能较长，在等待过程中CPU可以去做别的事。
void spi_dam_transmit_buffer(unsigned char *buffer, unsigned int length)
{
DMA1_Channel4->CHCFG_B.MIMODE = DISABLE;
DMA1_Channel4->CHMADDR = (uint32_t)AddressBuffer;
DMA1_Channel4->CHNDATA = length;
DMA1_Channel5->CHCFG_B.MIMODE = ENABLE ;
DMA1_Channel5->CHMADDR = (uint32_t)buffer;
DMA1_Channel5->CHNDATA = length;
DMA1_Channel4->CHCFG_B.CHEN = ENABLE;
DMA1_Channel5->CHCFG_B.CHEN = ENABLE;
while (DMA_ReadStatusFlag(DMA1_FLAG_TC5) == RESET);
DMA_ClearStatusFlag(DMA1_FLAG_TC5);
while (DMA_ReadStatusFlag(DMA1_FLAG_TC4) == RESET);
DMA_ClearStatusFlag(DMA1_FLAG_TC4);
DMA1_Channel5->CHCFG_B.CHEN = DISABLE;
DMA1_Channel4->CHCFG_B.CHEN = DISABLE;
}
2.4 SPI的DMA接收
要读取多个数据时，除了要设置DMA1_Channel4，也要设置DMA1_Channel5，因为MCU作为主机要给flash芯片提供时钟，所以读取的同时也要开启发送。
这里的发送也只要发送任意数据就可以，因此发送通道的内存地址不需要递增，地址给一个自定义的小数组即可。
关于接收部分，和前面类似，设置一下内存地址、发送长度、开启内存地址自增，使能DMA1_Channel4的传输，等待两个通道都传输完成就完成了读取。
void spi_dam_receive_buffer(unsigned char *buffer, unsigned int length)
{
DMA1_Channel5->CHCFG_B.MIMODE = DISABLE;
DMA1_Channel5->CHMADDR = (uint32_t)AddressBuffer;
DMA1_Channel5->CHNDATA = length;
DMA1_Channel4->CHCFG_B.MIMODE = ENABLE ;
DMA1_Channel4->CHMADDR = (uint32_t)buffer;
DMA1_Channel4->CHNDATA = length;
DMA1_Channel4->CHCFG_B.CHEN = ENABLE;
DMA1_Channel5->CHCFG_B.CHEN = ENABLE;
while (DMA_ReadStatusFlag(DMA1_FLAG_TC5) == RESET);
DMA_ClearStatusFlag(DMA1_FLAG_TC5);
while (DMA_ReadStatusFlag(DMA1_FLAG_TC4) == RESET);
DMA_ClearStatusFlag(DMA1_FLAG_TC4);
DMA1_Channel5->CHCFG_B.CHEN = DISABLE;
DMA1_Channel4->CHCFG_B.CHEN = DISABLE;
}
三、NorFlash的驱动
NorFlash的驱动代码大部分还是和常规SPI的方式一样，只是要修改关于这两条指令的代码：
#define W25XXX_ReadData 0x03
#define W25XXX_PageProgram 0x02
3.1 NorFlash的数据读取
读取多个数据的流程与不用DMA的方式类似，只是原来用for循环读数据的部分用spi_dam_receive_buffer()替换。。
//SPI FLASH的数据读取
void w25qxxx_read(unsigned char *buf, unsigned int addr, unsigned short num)
{
unsigned short i;
w25qxxx_cs_set(0); //使能器件
w25qxxx_wr_byte(W25XXX_ReadData); //发送读取命令
w25qxxx_wr_byte((unsigned char)((addr) >> 16)); //发送24bit地址
w25qxxx_wr_byte((unsigned char)((addr) >> 8));
w25qxxx_wr_byte((unsigned char)addr);
spi_dam_receive_buffer(buf,num);
w25qxxx_cs_set(1);
}
3.2 NorFlash的页编程
写入多个数据的流程与以往类似，只是原来用for循环写数据的部分用spi_dam_transmit_buffer()替换。 //SPI FLASH的页编程
void w25qxxx_write_page(unsigned char *buf, unsigned int addr, unsigned short num)
{
unsigned short i;
w25qxxx_write_enable(); // SET WEL
w25qxxx_cs_set(0); //使能器件
w25qxxx_wr_byte(W25XXX_PageProgram); //发送写页命令
w25qxxx_wr_byte((unsigned char)((addr) >> 16)); //发送24bit地址
w25qxxx_wr_byte((unsigned char)((addr) >> 8));
w25qxxx_wr_byte((unsigned char)addr);
spi_dam_transmit_buffer(buf, num);
w25qxxx_cs_set(1); //取消片选
w25qxxx_wait_busy(); //等待写入结束
}
四、测试验证
最后我们验证上面的代码是否可行，先初始化SPI和对应的DMA。 //初始化
void w25qxxx_init()
{
spi_flash_init();
spi_fullduplex_dma_init();
}
然后读一下芯片的ID，这步主要是确认一下硬件是否正常。 FlashChipID = w25qxxx_read_id();
接下来就往任意一个扇区写入从0x00-0xFF的数据，擦除扇区后，写入该扇区，再读出该扇区的数据，把读出的数据和写入的原始数据作对比。 //flash测试
unsigned short FlashChipID;
unsigned char flash_test_write_buffer[4096];
unsigned char flash_test_read_buffer[4096];
unsigned int AddrSector=0;
void w25qxxx_test()
{
unsigned int i;
for(i=0;i<4096;i++)
{
flash_test_write_buffer[i]=i%256;
}
w25qxxx_erase_sector(AddrSector);
w25qxxx_write_sector(flash_test_write_buffer,AddrSector);
w25qxxx_read(flash_test_read_buffer,AddrSector*4096,4096);
if(memcmp(flash_test_read_buffer,flash_test_write_buffer,4096)==0)
{
printf("flash write success.");
}
else
{
printf("flash write fail!!!");
}
}
下载程序并执行，查看输出的日志，可以看到芯片的DeviceID=0xEF16，说明硬件正常；写入数据和读出数据完全一致，读写正常。
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在APM32上使用SPI+DMA的方式高效读写NorFlash，在DMA的加持下，MCU可以在大量数据的读写时留出更多的时间处理其他事件。文章思路清晰，结构完整，适合借鉴学习