GD32 SPI 查询方式和DMA方式在全双模式下效率区别

news2024/11/20 14:30:51

最近在使用SPI的时候，遇到了一些数据传输效率问题，在此记录自己学习过程。SPI的基础知识这里就不在讲述了，直接分析SPI查询方式和DMA方式的效率问题。这里使用的芯片是GD32F303CC。

SPI以查询方式进行全双工通信

1.查询手册，SPI0挂载在APB2总线下，最高频率120MHZ。

2.接下来对SPI0进行配置

以下只是简化的配置内容，可以看出SPI0的CLK速率是3.75MHZ，还有一个注意的点MISO配置的是输入模式，而不是输出。

// SPI0 主机模式 使用软件SPI片选信号
/* SPI0 GPIO config:NSS/PA3, SCK/PA5, MISO/PA6, MOSI/PA7 */
gpio_init(GPIOA, GPIO_MODE_AF_PP, GPIO_OSPEED_50MHZ, GPIO_PIN_5 | GPIO_PIN_7);
gpio_init(GPIOA, GPIO_MODE_IN_FLOATING, GPIO_OSPEED_50MHZ, GPIO_PIN_6); // MOSI 浮空输入
/* PA3 as NSS */
gpio_init(GPIOA, GPIO_MODE_OUT_PP, GPIO_OSPEED_50MHZ, GPIO_PIN_3);

/* SPI0 parameter config */
spi_init_struct.trans_mode = SPI_TRANSMODE_FULLDUPLEX;
spi_init_struct.device_mode = SPI_MASTER;
spi_init_struct.frame_size = SPI_FRAMESIZE_8BIT;
spi_init_struct.clock_polarity_phase = SPI_CK_PL_LOW_PH_1EDGE;
spi_init_struct.nss = SPI_NSS_SOFT;     //软件片选
spi_init_struct.prescale = SPI_PSC_32;  //120M/32 = 3.75M
spi_init_struct.endian = SPI_ENDIAN_MSB;
spi_init(SPI0, &spi_init_struct);

3.使用API函数进行数据的发送和接收，最后通过逻辑分析仪抓取时序图

发现SPI传输数据的过程中，SCK的时钟频率为3.703M符合我们设置的CLK频率，但是我们发现两个SPI的字节之间有一段SCK是空闲的，从逻辑分析仪上看时间高达1.95us，比SPI传输一个自字节的时间还长，在极大的影响了SPI的传输速率。其实这个空闲时间正是MCU在搬运SPI的数据。

到底是不是这么回事呢，我们提升SPI的SCK速率，来继续观察。

这里我们把SPI的CLK速率提升到15Mhz，发现空闲状态的时间已经是传输数据的时间的好几倍了，且空闲状态的时间为1.87us(逻辑分析仪采样率不足导致)，与1.95us接近。如果传输大量数据的话，使用查询的方式效率还是太低。

SPI以DMA进行全双工通信

1.查询SPI0的DMA相关信息

DMA 功能在传输过程中将应用程序从数据读写过程中释放出来，从而提高了系统效率。根据查询手册我们知道，SPI0的RX和TX分别挂载在DMA0的通道1和通道2下面。

2.接下来对SPI0进行配置

其他SPI的配置都和前面一致，只是新增了SPI DMA相关的配置。这里简短的贴上一部分代码:

void spi_dma_config(void)
{
    dma_parameter_struct dma_init_struct;

    /* SPI0 transmit dma config:DMA0-DMA_CH2  */
    dma_deinit(DMA0, DMA_CH2);
    dma_init_struct.periph_addr = (uint32_t)&SPI_DATA(SPI0);
    dma_init_struct.memory_addr = (uint32_t)spi0_send_array;
    dma_init_struct.direction = DMA_MEMORY_TO_PERIPHERAL;
    dma_init_struct.memory_width = DMA_MEMORY_WIDTH_8BIT;
    dma_init_struct.periph_width = DMA_PERIPHERAL_WIDTH_8BIT;
    dma_init_struct.priority = DMA_PRIORITY_LOW;
    dma_init_struct.number = arraysize;
    dma_init_struct.periph_inc = DMA_PERIPH_INCREASE_DISABLE;
    dma_init_struct.memory_inc = DMA_MEMORY_INCREASE_ENABLE;
    dma_init(DMA0, DMA_CH2, &dma_init_struct);
    /* configure DMA mode */
    dma_circulation_disable(DMA0, DMA_CH2);
    dma_memory_to_memory_disable(DMA0, DMA_CH2);

    /* SPI0 receive dma config:DMA0-DMA_CH1  */
    dma_deinit(DMA0, DMA_CH1);
    dma_init_struct.periph_addr = (uint32_t)&SPI_DATA(SPI0);
    dma_init_struct.memory_addr = (uint32_t)spi0_receive_array;
    dma_init_struct.direction = DMA_PERIPHERAL_TO_MEMORY;
    dma_init_struct.priority = DMA_PRIORITY_HIGH;
    dma_init(DMA0, DMA_CH1, &dma_init_struct);
    /* configure DMA mode */
    dma_circulation_disable(DMA0, DMA_CH1);
    dma_memory_to_memory_disable(DMA0, DMA_CH1);

    /* SPI1 transmit dma config:DMA0,DMA_CH4  */
    dma_deinit(DMA0, DMA_CH4);
    dma_init_struct.periph_addr = (uint32_t)&SPI_DATA(SPI1);
    dma_init_struct.memory_addr = (uint32_t)spi1_send_array;
    dma_init_struct.direction = DMA_MEMORY_TO_PERIPHERAL;
    dma_init_struct.priority = DMA_PRIORITY_MEDIUM;
    dma_init(DMA0, DMA_CH4, &dma_init_struct);
    /* configure DMA mode */
    dma_circulation_disable(DMA0, DMA_CH4);
    dma_memory_to_memory_disable(DMA0, DMA_CH4);

    /* SPI1 receive dma config:DMA0,DMA_CH3  */
    dma_deinit(DMA0, DMA_CH3);
    dma_init_struct.periph_addr = (uint32_t)&SPI_DATA(SPI1);
    dma_init_struct.memory_addr = (uint32_t)spi1_receive_array;
    dma_init_struct.direction = DMA_PERIPHERAL_TO_MEMORY;
    dma_init_struct.priority = DMA_PRIORITY_ULTRA_HIGH;
    dma_init(DMA0, DMA_CH3, &dma_init_struct);
    /* configure DMA mode */
    dma_circulation_disable(DMA0, DMA_CH3);
    dma_memory_to_memory_disable(DMA0, DMA_CH3);
}