SPI+DMA传输性能比较

news2025/1/11 5:00:49

本文章仅仅简单记录32单片机的SPI+DMA驱动显示屏的性能测试，这里不花费时间介绍SPI和DMA。
硬件材料：SPI显示屏一个，32单片机
软件材料：
1.LCD的SPI驱动显示程序（SPI / SPI+DMA）：
（1）SPI的配置程序：

SPI_HandleTypeDef SPI3_Handler;  //create a SPI handle
/**
 * @brief	SPI3 master mode
 * @param   void
 * @return  void
 */
void SPI3_Init(void)
{
    SPI3_Handler.Instance=SPI3;            
    SPI3_Handler.Init.Mode=SPI_MODE_MASTER;         
    SPI3_Handler.Init.Direction=SPI_DIRECTION_2LINES;  
    SPI3_Handler.Init.DataSize=SPI_DATASIZE_8BIT;    
    SPI3_Handler.Init.CLKPolarity=SPI_POLARITY_HIGH;    //Idle state clock is high
    SPI3_Handler.Init.CLKPhase=SPI_PHASE_2EDGE;        
    SPI3_Handler.Init.NSS=SPI_NSS_SOFT;                 
    SPI3_Handler.Init.BaudRatePrescaler=SPI_BAUDRATEPRESCALER_2;//baudrate is highest
    SPI3_Handler.Init.FirstBit=SPI_FIRSTBIT_MSB;       
    SPI3_Handler.Init.TIMode=SPI_TIMODE_DISABLE;     
    SPI3_Handler.Init.CRCCalculation=SPI_CRCCALCULATION_DISABLE;
    SPI3_Handler.Init.CRCPolynomial=7;                  //omit
    HAL_SPI_Init(&SPI3_Handler);
    __HAL_SPI_ENABLE(&SPI3_Handler);                  
}

/**
 * @brief	SPI3 lower driver config：perip clock ，io
 * @param   hspi: the SPI handle pointer should be use
 * @return  void
 */
void HAL_SPI_MspInit(SPI_HandleTypeDef *hspi)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_Initure;
    __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();    
    __HAL_RCC_SPI3_CLK_ENABLE();        
    
    GPIO_Initure.Pin=GPIO_PIN_3|GPIO_PIN_5;
    GPIO_Initure.Mode=GPIO_MODE_AF_PP;         
    GPIO_Initure.Pull=GPIO_PULLUP;              
    GPIO_Initure.Speed=GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH;           
    GPIO_Initure.Alternate=GPIO_AF6_SPI3;          
    HAL_GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_Initure);
}

（2）SPI的读写接口（非DMA情况下需要使用到）

/**
 * @brief	SPI3 R/W one octet
 * @param   TxData	the u8 data which should be writed
 * @return  the u8 data received
 */
u8 SPI3_ReadWriteByte(u8 TxData)
{
    u8 Rxdata;
    HAL_SPI_TransmitReceive(&SPI3_Handler,&TxData,&Rxdata,1, 1000);       
 	return Rxdata;          		 	
}

/**
 * @brief	SPI3 Write one octet
 * @param   TxData	the tx payload
 * @param   size	payload length
 * @return  u8		0:success,others:fail
 */
u8 SPI3_WriteByte(u8 *TxData,u16 size)
{
	return HAL_SPI_Transmit(&SPI3_Handler,TxData,size,1000);
}

（3）SPI的DMA配置初始化
我使用的是Stm32L4做SPI3+DMA的测试，首先看芯片手册DMA相关的内容：

上面的表格罗列了DMA2每个通道的DMA请求，SPI3_Tx对应通道2，请求3（0011），那么我们可以这样配置SPI3的DMA通道：

void vidSPI3DMA_Config(void)
{
    __HAL_RCC_DMA2_CLK_ENABLE();//DMA2 Clock Enable

    __HAL_LINKDMA(&SPI3_Handler, hdmatx, SPI3TxDMA_Handler);  //Link DMA to SPI3, here we use the dma tx function

    //Tx Dma config
    SPI3TxDMA_Handler.Instance = DMA2_Channel2;                        //select the channel
    SPI3TxDMA_Handler.Init.Request = DMA_REQUEST_3;                    //request(CxS:0011)
    SPI3TxDMA_Handler.Init.Direction = DMA_MEMORY_TO_PERIPH;           //memory to peripheral
    SPI3TxDMA_Handler.Init.PeriphInc = DMA_PINC_DISABLE;               //peripheral not increment
    SPI3TxDMA_Handler.Init.MemInc = DMA_MINC_ENABLE;                   //memory inc 
    SPI3TxDMA_Handler.Init.PeriphDataAlignment = DMA_PDATAALIGN_BYTE;  //perip data length:8 bit
    SPI3TxDMA_Handler.Init.MemDataAlignment = DMA_MDATAALIGN_BYTE;     //mem data length:8 bit
    SPI3TxDMA_Handler.Init.Mode = DMA_NORMAL;                          
    SPI3TxDMA_Handler.Init.Priority = DMA_PRIORITY_HIGH;            
    SPI3TxDMA_Handler.State = HAL_DMA_STATE_READY;
    HAL_DMA_DeInit(&SPI3TxDMA_Handler);
    HAL_DMA_Init(&SPI3TxDMA_Handler);
		
	HAL_NVIC_SetPriority(DMA2_Channel2_IRQn, 0, 3);
    HAL_NVIC_EnableIRQ(DMA2_Channel2_IRQn);
}

（4）使用DMA中断需要调用DMA中断函数去清除相关中断标志位。

/*
 * @brief: DMA2 Channel2 IRQ handler function
 *         mainly clear the interrupt flag
*/
void DMA2_Channel2_IRQHandler(void)
{
    HAL_DMA_IRQHandler(&SPI3TxDMA_Handler);
}

/*
 * @brief: After Tx is completed, the SPI DMA should be stopped for next transfer 
*/
void HAL_SPI_TxCpltCallback(SPI_HandleTypeDef *hspi)
{
	HAL_SPI_DMAStop(hspi);    
}

2.LCD显示驱动程序：
（1）LCD基于SPI的数据发送接口：

/**
 * @brief	LCD SPI send data API
 * @return  void
 */
#define NO_USING_DMA 1
static void LCD_SPI_Send(u8 *data, u32 size)
{
#if NO_USING_DMA
	u32 i;
	u32 delta = size/0xFFFF;
	for(i = 0; i<=delta; i++)
	{
		if( i==delta )  /* Send the last data */
			SPI3_WriteByte(&data[i*0xFFFF], size%0xFFFF);//cause this API 2nd param is u16 type
		else    /* send 0xFFFF octets */
			SPI3_WriteByte(&data[i*0xFFFF], 0xFFFF);
    }
#else
	while(SPI3_Handler.State != HAL_SPI_STATE_READY);
	HAL_SPI_Transmit_DMA(&SPI3_Handler, data, size);
#endif
  return;
}

往LCD写任何数据都是用的这个接口LCD_SPI_Send。关于图片的绘制的函数这里不多余贴出来，相信网上一大把程序可以参考，这里直接使用定时器去了解不开DMA和开DMA显示同一张图片耗时差异，时间从串口打印出来：

    u32 t=0;
    printf("Show a 240X82 picture,Start: %d | ", t);
	vidEnableTIM3(1);//enable TIM3,and clear the counter
    Display_240x82_pic(0, 0);
    t = u32GetTim3Counter();
	printf("End: %d\r\n", t);

这里我定时器计数频率分频到1Mhz，最大计数50000次，也是就计数频率1us，周期50ms。
在这里插入图片描述
第一次我是以SPI+DMA驱动LCD显示240X82的图片，可以看出显示该图片在有DMA（加DMA中断）的加持下，耗时156us。第二次是我单独用SPI驱动LCD显示240X82的图片，耗时8685us，所以区别还是蛮大的。