求一種基于STM32G4芯片TIM+SPI+DMA應(yīng)用設(shè)計(jì)方案

現(xiàn)在有STM32用戶使用STM32G474R芯片開發(fā)產(chǎn)品，其中用到TIM1做電源驅(qū)動(dòng)，TIM1工作在中心對齊計(jì)數(shù)模式?，F(xiàn)在有個(gè)應(yīng)用需求，就是希望在TIM1每個(gè)周期的下圖箭頭所指時(shí)刻觸發(fā)外部ADC器件的采樣，等ADC完成轉(zhuǎn)換后并通過SPI接口將結(jié)果取回來。但有個(gè)要求，從觸發(fā)時(shí)刻【下圖中的A點(diǎn)】開始到把ADC結(jié)果取回來這個(gè)過程不能有CPU的參與。

該用戶覺得原理上可行，但經(jīng)一番折騰感覺相應(yīng)硬件時(shí)序的實(shí)現(xiàn)和DMA傳輸都遇到了些障礙。就像拼魔方一樣，規(guī)則和需求雖然很清晰，基本動(dòng)作也簡單，但真要轉(zhuǎn)成功不太容易。

我們來進(jìn)一步看看他目前所用ADC器件跟STM32G4在硬件時(shí)序上有哪些關(guān)聯(lián)與要求。下圖黃色欄里記錄的是外部ADC器件用到的幾個(gè)信號，綠色欄記錄的是它跟STM32G4芯片相連的信號或管腳。圖中紅色信號代表從ADC器件給到STM32的，藍(lán)色信號就是STM32芯片給到ADC器件的。

目前大致時(shí)序要求是，在TIM1每個(gè)計(jì)數(shù)周期的A點(diǎn)，STM32首先產(chǎn)生兩個(gè)ADC啟動(dòng)信號，即上圖中的兩個(gè)下沿窄脈沖。等ADC轉(zhuǎn)換完成后根據(jù)ADC器件的BUSY信號的下沿到來，啟動(dòng)STM32的SPI接收多個(gè)數(shù)據(jù)，顯然這里需要DMA出場。

現(xiàn)在的問題就是，如何將A點(diǎn)跟ADC啟動(dòng)信號同步關(guān)聯(lián)起來？如何實(shí)現(xiàn)那兩個(gè)啟動(dòng)脈沖？然后，ADC轉(zhuǎn)換完成信號出現(xiàn)后又如何跟STM32這邊的SPI接收關(guān)聯(lián)起來？記住，這整個(gè)過程不讓CPU插手。

我這里提供一個(gè)方案供參考。因?yàn)橄旅娴尿?yàn)證測試僅僅基于STM32G4芯片本身，并沒有連接上相應(yīng)的ADC器件。所以，下面測試驗(yàn)證過程中，我通過STM32G4芯片模擬產(chǎn)生ADC器件的Busy信號。另外用到SPI1和SPI2，SPI1作為STM32G4端的主SPI,負(fù)責(zé)從外部ADC器件讀回結(jié)果。SPI2模擬ADC器件那邊的從SPI設(shè)備，負(fù)責(zé)發(fā)送結(jié)果到STM32G4芯片。

我讓TIM2跟TIM1同步啟動(dòng)，并設(shè)置相同的計(jì)數(shù)周期。TIM2計(jì)數(shù)到對應(yīng)于TIM1的A點(diǎn)時(shí)產(chǎn)生OC1事件去同步啟動(dòng)TIM3和TIM4，TIM3基于兩個(gè)通道輸出兩路ADC啟動(dòng)脈沖后停下來，TIM4用來模擬產(chǎn)生ADC器件的BUSY信號。BUSY信號接到STM32G474RE芯片的PC2腳，基于PC2腳下沿觸發(fā)的外部中斷事件再作為STM32G474SPI1的DMA發(fā)送的同步信號。

我將上面描述的內(nèi)容用下圖示意出來，即從A點(diǎn)開始到產(chǎn)生Busy信號的各種信號前后關(guān)系時(shí)序圖，這樣便于觀察和理解。具體參數(shù)可以根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)調(diào)整。

要產(chǎn)生這個(gè)時(shí)序關(guān)系，所需核心知識點(diǎn)就是TIMER的主從觸發(fā)與同步以及TIMER不同輸出比較模式的特性，并加以活用。

解決了前面幾個(gè)信號間的時(shí)序關(guān)系，還不能萬事大吉。我們還需要對DMA以及DMAMUX的有關(guān)原理和SPI應(yīng)用相關(guān)知識點(diǎn)有著清晰地把握，才能解決眼前的問題。

下面我會把全部配置及用戶代碼都貼出來供參考，這里就沒法逐字逐句解說了。

原理弄清晰后，我們就可以使用STM32開發(fā)神器-STM32CubeMx圖形化工具進(jìn)行初始化配置。順便說明下，這里提到的方案不是一成不變的，能達(dá)到目的即可。尤其有關(guān)TIMER的具體實(shí)現(xiàn)方式往往靈活多樣。

一、有關(guān)TIM1的配置。它其實(shí)不是這里的重點(diǎn)，這里主要是基于它再構(gòu)造一個(gè)跟它同步啟動(dòng)的輔助定時(shí)器2。TIM1的主要任務(wù)是做它該做的驅(qū)動(dòng)就好。

二、定時(shí)器2的配置。它被TIM1同步觸發(fā)啟動(dòng)。計(jì)數(shù)周期跟TIM1一樣，并在特定計(jì)數(shù)點(diǎn)【前面提到的對應(yīng)于A點(diǎn)的位置】產(chǎn)生OC1比較事件。

三、定時(shí)器3的配置，它被TIM2觸發(fā)啟動(dòng),工作在單脈沖模式。計(jì)數(shù)周期根據(jù)自身信號特征和時(shí)序要求來擬定。使用通道1和通道2來產(chǎn)生兩路相同的ADC啟動(dòng)信號。

四、定時(shí)器4的配置，也是被TIM2觸發(fā)啟動(dòng),工作在單脈沖模式。計(jì)數(shù)周期根據(jù)自身信號特征和時(shí)序要求來擬定。這里使用其通道1模擬產(chǎn)生ADC器件的BUSY信號。

五、SPI的配置。SPI1作為主設(shè)備，負(fù)責(zé)從ADC器件讀取結(jié)果到RAM。SPI2模擬ADC器件的從設(shè)備，負(fù)責(zé)發(fā)送ADC結(jié)果給主設(shè)備。我這里啟用了SPI1收、發(fā)的DMA傳輸，并且DMA發(fā)送使用EXTI2事件做同步。另外我也啟用了SPI2的DMA發(fā)送功能。這里重點(diǎn)關(guān)注下SPI1發(fā)送功能的DMA配置。

需要重點(diǎn)關(guān)注的基本配置就是上面這些，其它有關(guān)時(shí)鐘、EXTI2配置就不貼圖了。創(chuàng)建工程后，添加用戶代碼。這里需添加的用戶代碼比較簡單。見下圖，清一色的啟動(dòng)代碼，寥寥幾行。

因?yàn)檫@里只需接收數(shù)據(jù)，MOSI腳釋放出來無妨，所以才有了上面截圖的第一行，不做重點(diǎn)關(guān)注。下圖是我驗(yàn)證測試過程中的實(shí)際波形圖：

上圖中的黃色波形是TIM1的輸出波形。兩路綠色波形是STM32G4給到ADC器件的啟動(dòng)信號。紫色波形是STM32G4模擬產(chǎn)生的BUSY信號。

我們不妨看看基于上面配置及代碼的驗(yàn)證結(jié)果。每次讀取4個(gè)數(shù)據(jù)回來。下面兩圖是基于兩次不同的模擬測試結(jié)果截圖。TxData是從SPI2發(fā)過來的數(shù)據(jù)，RxData是主SPI1收到的數(shù)據(jù)。

好，今天的話題就分享到這里，希望能帶給大家一些參考和啟示。上面內(nèi)容涉及的東西較多，應(yīng)該說有較強(qiáng)的綜合性，應(yīng)用上也不失靈活。如果有啥相關(guān)問題，我們可以討論交流~！

審核編輯：劉清