调试SPI+DMA的一点心得

在进行嵌入式系统开发时，常常会遇到各种通信协议的使用和调试，其中SPI（Serial Peripheral Interface）和DMA（Direct Memory Access）的结合是一种高效的数据传输方式。本文主要探讨了在STM32系列微控制器中，如何调试并解决SPI与DMA协同工作时的数据接收错误问题。 项目需求是通过STM32F303作为主机，利用SPI接口与STM32F405进行双向通信，传输大量的数据。在初始设置中，仅使用了MISO（主设备输入，从设备输出）、MOSI（主设备输出，从设备输入）和CLK（时钟）三根信号线，STM32F303配置为主设备，采用18MHz的波特率，并通过DMA发送4KB的数据缓冲区，而STM32F405则配置为从设备，使用DMA循环接收SPI数据。然而，在实际操作中，发现接收到的数据严重错乱。 为了定位问题，开发人员尝试了不使用DMA，改为单个字节发送，此时数据传输恢复正常。通过示波器观察，发现SPI的CLK信号连续且没有间隔，这导致逻辑分析仪无法准确捕获MISO线上每个字节的起始位，因为SPI通信中通常依赖于时钟边沿来区分每个字节的边界。因此，当CLK连续无间隔时，硬件无法正确识别数据，从而导致接收端的数据错乱。 为了解决这个问题，提出了引入一个同步信号线的想法，使用NSS引脚（ Slave Select）来指示字节的开始和结束。标准的SPI协议并不直接支持这样的功能，但通过查阅资料，开发人员发现了TI（Texas Instruments）模式，该模式允许在SPI通信中使用NSS信号来同步字节的传输。在STM32F405和STM32F303中，将SPI配置为硬件NSS和TI模式，经过调试，从设备的接收缓冲区成功接收到了正确数据，验证了之前的猜想。 值得注意的是，尽管STM32系列微控制器广泛应用于各类项目，但在这个案例中，其SPI硬件时序设计的不足导致了问题的出现。如果STM32的SPI硬件能够更好地处理连续CLK下的数据传输，或许就不会出现这种问题。对此，作者表达了对STM32 SPI实现的一些批评，认为其在这方面还有待改进。 调试SPI+DMA的问题需要深入理解SPI协议的工作原理、时序特性以及硬件限制。此外，充分利用微控制器的特殊模式和引脚功能也是解决问题的关键。在这个过程中，示波器和逻辑分析仪是不可或缺的调试工具，它们可以帮助开发者直观地查看信号波形，找出问题所在。通过不断尝试和学习，可以克服这些挑战，实现高效的通信。