如何减少 STM32L4 HAL 库的 SPI 开销时间

Posted 2023-02-16

【中文标题】如何减少 STM32L4 HAL 库的 SPI 开销时间

【英文标题】：How to decrease SPI overhead time for STM32L4 HAL library

【发布时间】：2019-03-19 05:31:54

【问题描述】：

我正在使用 STM32L476RG 板和 HAL SPI 功能：

HAL_SPI_Transmit(&hspi2, &ReadAddr, 1, HAL_MAX_DELAY);
HAL_SPI_Receive(&hspi2, pBuffer, 4, HAL_MAX_DELAY);

我需要以最大速度从加速度计的缓冲区接收数据，但我遇到了这些功能延迟的问题。正如您在示波器屏幕截图中看到的那样，有几微秒的时间没有任何反应。我不知道如何最小化传输间隙。

我尝试使用 HAL_SPI_Receive_DMA 函数，这个延迟更大。您是否知道如何使用 HAL 函数或任何关于如何在没有这些延迟的情况下编写 SPI 函数的指针来解决这个问题？

【问题讨论】：

停止使用 HAL。

【参考方案1】：

什么对我有用：

直接读取 SPI 寄存器 优化函数以提高速度

例如函数（代码）；查看 ST- 社区中“JElli.1”的解决方案 >> ST Community answer

【参考方案2】：

您可以使用HAL_SPI_TransmitReceive(&hspi2, ReadAddr, pBuffer, 1 + 4, HAL_MAX_DELAY); 代替HAL_SPI_Transmit 和HAL_SPI_Receive。这将避免发送和接收之间的时间。 您还可以尝试更改编译设置以优化速度。 您还可以查看加速度计的数据表，可能您可以用一帧读取所有缓冲区，这就是： HAL_SPI_TransmitReceive(&hspi2, ReadAddr, pBuffer, 1 + (4 * numOfSamples), HAL_MAX_DELAY);

【讨论】：

感谢您的建议，我尝试使用HAL_SPI_TransmitReceive(&hspi2, ReadAddr, pBuffer, 1 + 4, HAL_MAX_DELAY);，它的运行速度更快一些。不幸的是，它仍然太慢了。

@awyzlin 您可以更改编译设置以优化速度（-03）。如果加速度计有 FIFO，您可以同时使用和读取 N 个样本，或者您可以更改 HAL 代码以对其进行优化。

【参考方案3】：

TL;DR 不要使用 HAL，使用参考手册编写您的传递函数。

HAL 对于时间要求严格的任务（等等）来说过于复杂了。看看HAL_SPI_Transmit() 函数，它有超过 60 行代码，直到它真正接触到数据寄存器。即使看不到多任务操作系统，HAL 也会首先将端口访问结构标记为忙，验证函数参数，无缘无故地将它们存储在 hspi 结构中，然后继续找出 SPI 处于什么模式，等等. SPI主机模式下也不需要检查超时，因为主机控制所有总线时序，如果在有限的时间内无法取出一个字节，那么端口初始化是错误的，周期。

没有 HAL，它会简单得多。首先，弄清楚应该进入控制寄存器的内容，相应地设置CR1和CR2。

void SPIx_Init() 
    /* full duplex master, 8 bit transfer, default phase and polarity */
    SPIx->CR1 = SPI_CR1_MSTR | SPI_CR1_SPE | SPI_CR1_SSM | SPI_CR1_SSI;
    /* Disable receive FIFO, it'd complicate things when there is an odd number of bytes to transfer */
    SPIx->CR2 = SPI_CR2_FRXTH;

此初始化假定从选择（NSS 或 CS#）由单独的 GPIO 引脚处理。如果您希望CS# 由 SPI 外设管理，请查看参考手册中的 Slave select (NSS) pin management。

请注意，全双工 SPI 连接不能只发送或接收，它总是同时进行。如果从机需要一个命令字节，并以 4 字节数据应答，即 5 字节传输，从机将忽略最后 4 个字节，主机应忽略第一个。

一个非常简单的传递函数是

void SPIx_Transfer(uint8_t *outp, uint8_t *inp, int count) 
    while(count--) 
        while(!(SPIx->SR & SPI_SR_TXE))
            ;
        *(volatile uint8_t *)&SPIx->DR = *outp++;
        while(!(SPIx->SR & SPI_SR_RXNE))
            ;
        *inp++ = *(volatile uint8_t *)&SPIx->DR;
    

可以在需要时进一步优化，通过使用 SPI fifo，交错写入和读取，使发送器始终保持忙碌。

如果速度很关键，请不要使用泛化函数，或者确保在使用时可以内联它们。使用启用了链接时优化的编译器，并优化速度（很明显）。

【讨论】：

您可以使用低层 API 代替 HAL。样板代码要少得多。

哪些功能不太适合SPI。高速的 SPI 需要 DMA 确实高效，没有其他办法。

您好，非常感谢您的提示！我在嵌入式编程方面没有太多经验。我将尝试自己编写这段代码，但如果有人分享一个现成的代码示例，它可以显着加快我的工作。你能给我举个 LL API 或 DMA 的例子吗？

DMA 可以加快长 SPI 事务的传输。您的交易只有五个字节。我怀疑您可以通过 DMA 传输获得任何好处。

@awyzlin 在 DMA 请求映射表中查找流和通道号（用于发送和接收），设置除CCR 之外的 DMA 通道寄存器，然后按照 参考手册的SPI功能描述/数据传输和接收过程/使用DMA进行通信部分。