1. 初遇問(wèn)題從機(jī)發(fā)給主機(jī)的數(shù)據(jù)全是 0xFF先說(shuō)結(jié)論SPI 從機(jī) DMA 模式下連續(xù)輸出 0xFF本質(zhì)上就是“從機(jī)根本沒(méi)把有效數(shù)據(jù)放到 MISO 線上”。這個(gè)問(wèn)題不是 STM32H7 獨(dú)有的F1、F4、G4 系列也會(huì)遇到但在 H7 上更容易踩坑原因是 H7 的 SPI 和 DMA 架構(gòu)跟老一代芯片相比做了不少改動(dòng)網(wǎng)上的老經(jīng)驗(yàn)很多不能直接套用。我調(diào)試這塊板子時(shí)用的是 STM32CubeMX 生成工程SPI 從機(jī)配置為主機(jī)讀取外部傳感器數(shù)據(jù)的應(yīng)答端。主機(jī) SPI 時(shí)鐘 4MHzCPOL Low、CPHA 1Edge數(shù)據(jù)幀 8bitMSB First。從機(jī)端開(kāi)了 DMA 發(fā)送DMA 通道配置為內(nèi)存到外設(shè)方向數(shù)據(jù)長(zhǎng)度 256 字節(jié)。結(jié)果一跑起來(lái)主機(jī)通過(guò) SPI 讀回來(lái)的數(shù)據(jù)流是FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF ...一眼望過(guò)去全是 0xFF而且是穩(wěn)定、連續(xù)、一個(gè)有效字節(jié)都沒(méi)有的 0xFF。這跟我預(yù)期的“偶發(fā)錯(cuò)誤”完全不一樣——偶發(fā)錯(cuò)誤一般會(huì)夾雜幾個(gè)正確字節(jié)而全 FF 是另一種信號(hào)從機(jī)根本沒(méi)在總線上驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)。為什么這么說(shuō)因?yàn)?SPI 總線在沒(méi)有設(shè)備驅(qū)動(dòng) MISO 的時(shí)候線路默認(rèn)電平取決于外部上拉/下拉電阻。多數(shù)板子的 MISO 線在空閑時(shí)是弱上拉主機(jī)讀到的就是高電平也就是 0xFF。換句話說(shuō)MISO 一直是被動(dòng)的“空”狀態(tài)而不是從機(jī)在主動(dòng)發(fā)送有效數(shù)據(jù)。這個(gè)現(xiàn)象特別迷惑人的地方在于你明明配置了 DMA明明調(diào)用了HAL_SPI_Transmit_DMA()函數(shù)返回也是HAL_OK甚至HAL_SPI_TxCpltCallback都在跑——但總線上的數(shù)據(jù)依然全是 FF。這說(shuō)明問(wèn)題不在“DMA 有沒(méi)有搬數(shù)據(jù)”而在于SPI 外設(shè)的發(fā)送通道根本沒(méi)有把數(shù)據(jù)送到 MISO 上去。這一條思路如果能在一開(kāi)始就建立起來(lái)排查方向就不會(huì)跑偏。下文按“先從物理層和配置層確認(rèn)再深入?yún)f(xié)議層和 DMA 架構(gòu)最后結(jié)合軟件棧逐層排雷”的順序把這幾天踩過(guò)的坑和解決辦法完整梳理一遍。文章涉及的代碼均在 STM32CubeIDE 1.13 以上版本 STM32CubeH7 1.11 環(huán)境中驗(yàn)證過(guò)SPI 時(shí)鐘最高測(cè)到 8MHzDMA 數(shù)據(jù)長(zhǎng)度從 16 字節(jié)到 1K 字節(jié)都能穩(wěn)定工作。2. 先搞清楚 0xFF 是誰(shuí)產(chǎn)生的物理層判斷與定位2.1 SPI 空閑電平和 MISO 的“懸空”狀態(tài)SPI 從機(jī)不驅(qū)動(dòng)總線時(shí)MISO 引腳通常處于高阻態(tài)Hi-Z。主機(jī)側(cè)如果不帶下拉電阻讀到的電平就是不確定的。實(shí)際開(kāi)發(fā)板上MISO 往往被主機(jī)內(nèi)部上拉或者板載電阻拉到了高電平于是讀到的字節(jié)就是 0xFF。這個(gè)推論可以用一個(gè)最簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證把從機(jī)程序停掉或者干脆不初始化 SPI 外設(shè)主機(jī)依然能讀回 0xFF。如果停掉從機(jī)后主機(jī)讀到的還是 FF那就證明 0xFF 并非從機(jī)主動(dòng)產(chǎn)生而是總線空閑電平被讀了出來(lái)。所以這里有一個(gè)很重要的調(diào)試習(xí)慣看到滿屏 0xFF先別急著查代碼邏輯先用“有沒(méi)有可能從機(jī)壓根沒(méi)驅(qū)動(dòng) MISO”這個(gè)角度去思考。我見(jiàn)過(guò)不少同事折騰 DMA 半天最后發(fā)現(xiàn)是 SPI 外設(shè)的 TXE 標(biāo)志位就沒(méi)置位過(guò)數(shù)據(jù)根本沒(méi)往移位寄存器里送。2.2 如何用示波器確認(rèn)從機(jī)到底有沒(méi)有動(dòng)作排查這類問(wèn)題強(qiáng)烈建議把示波器探針夾到從機(jī)的 MISO 引腳比如 Nucleo-H753ZI 板子的 PA6具體看你自己用什么引腳。觀察點(diǎn)在主機(jī)發(fā)起 SPI 傳輸時(shí)MISO 上有沒(méi)有電平翻轉(zhuǎn)動(dòng)作。判斷邏輯很簡(jiǎn)單觀察到的現(xiàn)象說(shuō)明什么問(wèn)題MISO 持續(xù)為高/低完全不翻轉(zhuǎn)SPI 外設(shè)或 DMA 完全沒(méi)有發(fā)送動(dòng)作MISO 在時(shí)鐘啟動(dòng)后有電平翻轉(zhuǎn)但數(shù)據(jù)符號(hào)不對(duì)數(shù)據(jù)是發(fā)出去了但字節(jié)內(nèi)容有誤MISO 只有 CS 拉低瞬間有電平變化SCK 來(lái)了之后沒(méi)變化從機(jī)沒(méi)有被正確選通或者 CS 檢測(cè)邏輯有問(wèn)題MISO 翻轉(zhuǎn)頻率和 SCK 完全對(duì)應(yīng)但主機(jī)讀的還是 FF波形可能是對(duì)的主機(jī)側(cè)采樣參數(shù)不匹配如果示波器顯示 MISO 完全沒(méi)有翻轉(zhuǎn)那就說(shuō)明問(wèn)題出在從機(jī)側(cè)的發(fā)送鏈路里跟主機(jī)側(cè)怎么配置沒(méi)關(guān)系。這時(shí)候可以縮小范圍把“SPI - DMA - 內(nèi)存”這條鏈路的每個(gè)環(huán)節(jié)單獨(dú)拉出來(lái)測(cè)。2.3 最簡(jiǎn)單的“寫(xiě)寄存器”測(cè)試法在深入 DMA 之前建議先做一個(gè)最粗暴的試驗(yàn)不走 DMA直接在 SPI 發(fā)送中斷或者輪詢模式下向 SPI 的發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器寫(xiě)幾個(gè)固定字節(jié)。如果這時(shí) MISO 上能出來(lái)數(shù)據(jù)說(shuō)明 SPI 外設(shè)本身沒(méi)問(wèn)題如果還是不輸出那就是 SPI 配置的問(wèn)題。這個(gè)測(cè)試在 H7 上特別有效因?yàn)?H7 的 SPI 用了新的寄存器組和 F1/F4 系列差異很大不能盲目參考老代碼。我當(dāng)時(shí)的做法是在main()里初始化完 SPI 外設(shè)后把 DMA 相關(guān)代碼全部注釋掉直接調(diào)用一次HAL_SPI_Transmit(hspi1, testData, 8, 1000)。注意這個(gè)函數(shù)在從機(jī)模式下是“阻塞等待主機(jī)時(shí)鐘”的主機(jī)不發(fā)時(shí)鐘函數(shù)就一直卡在那里。如果你在調(diào)試器里看到程序停在函數(shù)內(nèi)部而主機(jī)那邊確實(shí)沒(méi)有發(fā)起讀操作那其實(shí)是正?，F(xiàn)象不是死機(jī)。當(dāng)主機(jī)發(fā)起一次讀時(shí)序后如果 MISO 上能讀到0x01 0x02 0x03 ...這種有規(guī)律的數(shù)據(jù)說(shuō)明 SPI 硬件鏈路是完全通的。這個(gè)時(shí)候再把 DMA 加回去如果數(shù)據(jù)又變回 FF那問(wèn)題就鎖定在 DMA 配置和 SPI-DMA 交互這一層。說(shuō)到這我想插一句網(wǎng)上很多帖子一上來(lái)就讓人查 DMA 的優(yōu)先級(jí)、FIFO 閾值、突發(fā)模式這些參數(shù)當(dāng)然重要但如果物理層都沒(méi)通調(diào)這些參數(shù)純屬浪費(fèi)時(shí)間。所以我的默認(rèn)排查順序永遠(yuǎn)是物理層 - 寄存器層 - 外設(shè)配置層 - DMA 層 - 軟件棧層逐層縮小范圍。3. SPI 從機(jī)配置的隱形雷區(qū)參數(shù)匹配與 NSS 管理3.1 CPOL/CPHA 主從不匹配數(shù)據(jù)移出但主機(jī)讀錯(cuò)如果物理層已經(jīng)確認(rèn) MISO 有翻轉(zhuǎn)但主機(jī)的邏輯分析儀讀到的還是 FF那首先要懷疑的就是 CPOL/CPHA 主從不匹配。SPI 有四種模式組合主機(jī)和從機(jī)必須完全一致否則數(shù)據(jù)移位時(shí)機(jī)對(duì)不上從機(jī)發(fā)出去的數(shù)據(jù)主機(jī)根本采不到。H7 的 SPI 初始化結(jié)構(gòu)體中有SPI_InitTypeDef關(guān)鍵參數(shù)是hspi1.Init.CLKPolarity SPI_POLARITY_LOW; // CPOL 0 hspi1.Init.CLKPhase SPI_PHASE_1EDGE; // CPHA 0我這次用到的組合是 CPOL Low、CPHA 1Edge。如果你的主機(jī)是別的模式從機(jī)必須完全對(duì)應(yīng)。常見(jiàn)錯(cuò)誤是把從機(jī)配置成 CPHA 2Edge導(dǎo)致主機(jī)在第一個(gè)邊沿采樣時(shí) MISO 上的數(shù)據(jù)還沒(méi)穩(wěn)定讀到的就是 FF。這里有一個(gè)實(shí)操技巧把 CubeMX 里的 SPI 參數(shù)配置截圖發(fā)給主機(jī)的開(kāi)發(fā)者兩個(gè)人對(duì)照著確認(rèn)。因?yàn)椤皶r(shí)鐘極性低電平”和“第一個(gè)時(shí)鐘邊沿采集數(shù)據(jù)”這種描述在不同文檔里叫法不太一樣有的叫“Mode 0”有的叫“CPOL0 CPHA0”對(duì)照確認(rèn)可以避免雞同鴨講。3.2 數(shù)據(jù)幀格式位寬、MSB/LSB 和字節(jié)順序H7 的 SPI 支持 4bit 到 32bit 的數(shù)據(jù)幀長(zhǎng)度從機(jī)和主機(jī)的DataSize必須一致。CubeMX 默認(rèn)是 8bit這塊一般不容易錯(cuò)。但有一個(gè)很容易忽略的點(diǎn)是FirstBit——如果主機(jī)是 MSB First從機(jī)配成了 LSB First那主機(jī)讀到的每一個(gè)字節(jié)都會(huì)是反序的。比如從機(jī)想發(fā) 0x01二進(jìn)制 0000 0001LSB First 發(fā)出去變成 0x801000 0000主機(jī)如果按 MSB 解析讀到的就是 0x80 而不是 0x01。另外H7 的 SPI 還支持FIFO接收/發(fā)送緩沖FIFO 閾值可以通過(guò)HAL_SPI_Init()之后的底層配置寄存器調(diào)整。在 DMA 模式下FIFO 閾值會(huì)影響 DMA 請(qǐng)求的觸發(fā)時(shí)機(jī)。默認(rèn)配置下一般沒(méi)問(wèn)題但如果你的收發(fā)數(shù)據(jù)長(zhǎng)度不是 FIFO 深度的整數(shù)倍尾部數(shù)據(jù)可能會(huì)卡住。這個(gè)后面在 DMA 章節(jié)詳細(xì)說(shuō)。3.3 硬件 NSS 與軟件 NSS選通信號(hào)沒(méi)拉低從機(jī)永遠(yuǎn)在“隱身”這是我從機(jī)場(chǎng)景里踩得最隱蔽的一個(gè)坑。Nucleo-H753ZI 的 SPI 從機(jī)如果使用硬件 NSS 模式NSS SPI_NSS_HARD_INPUT從機(jī)必須檢測(cè)到 NSS 引腳被拉低才會(huì)把 MISO 切換為輸出驅(qū)動(dòng)狀態(tài)。如果你的主機(jī)和從機(jī)之間沒(méi)有連接 NSS 引腳——比如只接了 SCK、MISO、MOSI、GND 四根線——那么從機(jī)的 NSS 引腳就懸空或保持高電平從機(jī)永遠(yuǎn)不會(huì)被選通MISO 一直處于高阻態(tài)主機(jī)讀到的自然全是 0xFF。解決辦法有兩個(gè)方案一使用硬件 NSS。確保從機(jī)的 NSS 引腳接到了主機(jī)的 CS片選引腳并且在 CubeMX 中把 NSS 配置為硬件模式。硬件 NSS 的優(yōu)點(diǎn)是片選信號(hào)完全由主機(jī)控制從機(jī)硬件自動(dòng)檢測(cè)不需要軟件干預(yù)。缺點(diǎn)是需要多接一根線而且 SPI 外設(shè)的 NSS 引腳一般是固定映射的在 H753ZI 上是 PA4不能隨便換。方案二使用軟件 NSS。把 SPI 的 NSS 配置為軟件模式SPI_NSS_SOFT然后在發(fā)送數(shù)據(jù)前手動(dòng)拉低 NSS 引腳。不過(guò)這里有個(gè)容易誤解的地方軟件 NSS 模式下很多教程讓你直接操作 GPIO 拉低 NSS 引腳電平但從機(jī)側(cè)真正起作用的是 SPI 外設(shè)內(nèi)部的一個(gè)SSIInternal Slave Select位而不是 GPIO 的外部電平。在 STM32H7 上軟件 NSS 的從機(jī)配置通常是這樣hspi1.Init.NSS SPI_NSS_SOFT; // ... 初始化 ... // 發(fā)送前使能內(nèi)部從機(jī)選擇 SET_BIT(hspi1.Instance-CFG1, SPI_CFG1_SSI);我實(shí)測(cè)過(guò)這個(gè)SSI位如果不置 1就算你把外部 GPIO 拉低SPI 從機(jī)照樣不會(huì)響應(yīng)。這也是很多人明明接對(duì)了線從機(jī)卻毫無(wú)反應(yīng)的原因之一。CubeMX 生成代碼默認(rèn)不會(huì)幫你設(shè)置這個(gè)位需要手動(dòng)加一行。注意軟件 NSS 模式下SSI位的置位時(shí)機(jī)要在使能 SPI 之前還是之后H7 參考手冊(cè)里沒(méi)有特別強(qiáng)調(diào)。我反復(fù)試過(guò)在__HAL_SPI_ENABLE(hspi1)之后設(shè)置同樣有效而且如果發(fā)送過(guò)程中 NSS 被拉高再拉低SSI位不會(huì)自動(dòng)清掉所以不用擔(dān)心下次傳輸前要重新置位。3.4 從機(jī)模式下的通信時(shí)鐘缺失問(wèn)題還有一個(gè)從機(jī)模式特有的現(xiàn)象值得單獨(dú)提出來(lái)從機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)是完全依賴主機(jī)時(shí)鐘的。也就是說(shuō)即便你把從機(jī)的 DMA 配置得再完美如果主機(jī)不發(fā)起 SPI 時(shí)鐘從機(jī)的發(fā)送數(shù)據(jù)就永遠(yuǎn)不會(huì)從移位寄存器里移出去。這一點(diǎn)在調(diào)試時(shí)容易產(chǎn)生誤判你從代碼層面看HAL_SPI_Transmit_DMA()返回了HAL_OK以為數(shù)據(jù)已經(jīng)開(kāi)始發(fā)了實(shí)際上 DMA 只是把數(shù)據(jù)從內(nèi)存搬到了 SPI 外設(shè)的 TX 緩沖區(qū)真正的移位發(fā)送要等主機(jī)時(shí)鐘來(lái)了才會(huì)發(fā)生。如果你在從機(jī)代碼里打斷點(diǎn)查看 DMA 計(jì)數(shù)寄存器可能會(huì)發(fā)現(xiàn)計(jì)數(shù)從 256 變到了 0但這只代表數(shù)據(jù)進(jìn)了外設(shè)緩沖不代表已經(jīng)發(fā)出去了。所以排查時(shí)一定要確認(rèn)主機(jī)那邊確實(shí)在發(fā)起傳輸。我這次就是因?yàn)橹鳈C(jī)程序里讀操作被一個(gè)延時(shí)卡住了導(dǎo)致主機(jī)根本沒(méi)發(fā)時(shí)鐘從機(jī)也就一直在“等待”狀態(tài)看起來(lái)像是從機(jī)壞了。把主機(jī)那邊的邏輯理順之后數(shù)據(jù)馬上正常了。4. H7 的 SPI 與 DMA 交互被低估的架構(gòu)變化4.1 STM32H7 的 DMAMUX請(qǐng)求映射不再是固定綁定這是 H7 系列和老一代 STM32 在 DMA 方面最大的區(qū)別。F1/F4 的 DMA 請(qǐng)求是固定的比如 SPI1_TX 永遠(yuǎn)連在 DMA1 的某個(gè)通道上你照著參考手冊(cè)配置就行。而 H7 引入了 DMAMUXDMA 請(qǐng)求多路復(fù)用器外設(shè)的 DMA 請(qǐng)求可以映射到任意一個(gè) DMA 流stream上通過(guò) DMAMUX 寄存器來(lái)指定。CubeMX 生成代碼時(shí)這個(gè)映射關(guān)系是自動(dòng)配置的但如果你手動(dòng)移植老代碼就很容易漏掉這一步。錯(cuò)誤的表現(xiàn)就是 DMA 配置函數(shù)返回HAL_OK但 DMA 從不會(huì)真正被觸發(fā)——因?yàn)?DMA 不知道自己該監(jiān)聽(tīng)哪個(gè)外設(shè)的請(qǐng)求信號(hào)。用 CubeMX 配置時(shí)注意看 DMA Settings 標(biāo)簽頁(yè)里 Request 這一列比如DMA1_Stream0, SPI1_TX, MemoryToPeripheral, High Priority這里的SPI1_TX就是 DMAMUX 的請(qǐng)求源。如果你看到 Request 顯示的是0或者空白那多半是手動(dòng)修改代碼時(shí)把 DMAMUX 配置弄丟了。正確的做法是重新通過(guò) CubeMX 生成初始化代碼或者手動(dòng)補(bǔ)上__HAL_LINKDMA(hspi1, hdmatx, hdma_spi1_tx); hdma_spi1_tx.Init.Request DMA_REQUEST_SPI1_TX;這句hdma_spi1_tx.Init.Request DMA_REQUEST_SPI1_TX;在 H7 上是必須的沒(méi)有它 DMA 就不會(huì)響應(yīng) SPI 的請(qǐng)求。而如果你看 F4 的代碼這個(gè)字段很可能不存在或者不需要指定。這個(gè)差異是移植老代碼時(shí)最大的坑。4.2 從機(jī)模式下 DMA 傳輸?shù)谋举|(zhì)數(shù)據(jù)先填充、時(shí)鐘再移出理解了 DMAMUX 之后再來(lái)看從機(jī) DMA 的完整數(shù)據(jù)流調(diào)用HAL_SPI_Transmit_DMA()后HAL 庫(kù)使能 SPI 的 TX DMA 請(qǐng)求SPI 外設(shè)的 TXFIFO 空時(shí)向 DMAMUX 發(fā)出 DMA 請(qǐng)求DMA 響應(yīng)請(qǐng)求從內(nèi)存讀取一個(gè)字節(jié)/半字/字寫(xiě)入 SPI 的 TXDR 數(shù)據(jù)寄存器TXDR 的數(shù)據(jù)進(jìn)入移位寄存器主機(jī)產(chǎn)生 SCK 時(shí)鐘移位寄存器按位移出到 MISO 引腳TXFIFO 空時(shí)再次觸發(fā) DMA 請(qǐng)求循環(huán)往復(fù)注意第 2 步和第 5 步是異步的。從機(jī)側(cè) DMA 填充數(shù)據(jù)的速度可以比主機(jī)時(shí)鐘快只要 TXFIFO 里有數(shù)據(jù)SCK 來(lái)了就能移出去如果 TXFIFO 為空SCK 來(lái)了移出去的就是 0x00 或者 0xFF取決于移位寄存器里殘留的數(shù)據(jù)。在這個(gè)流程中有一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)經(jīng)常被忽視SPI 從機(jī)使能 DMA 發(fā)送之前TXFIFO 必須是空的否則老的殘留數(shù)據(jù)會(huì)被先發(fā)出去。H7 的 SPI 在每次傳輸完成后TXFIFO 里可能殘留上一幀的最后幾個(gè)字節(jié)。如果你不清理就直接開(kāi)始下一次 DMA 發(fā)送開(kāi)頭幾個(gè)字節(jié)可能是殘留數(shù)據(jù)然后才是新數(shù)據(jù)。排查時(shí)可以通過(guò)讀SPI_SR的狀態(tài)位來(lái)確認(rèn)比如RXWNE、TXC這些位。更簡(jiǎn)單粗暴的方法是每次發(fā)送前調(diào)用__HAL_SPI_CLEAR_OVRFLAG(hspi1)清除溢出標(biāo)志同時(shí)確認(rèn)TXC被置位表示上次傳輸已完成。4.3 FIFO 閾值與 DMA 請(qǐng)求觸發(fā)時(shí)機(jī)H7 的 SPI 內(nèi)部有一個(gè) 16 字節(jié)或 8 字具體看數(shù)據(jù)寬度的 TXFIFO。DMA 請(qǐng)求的觸發(fā)策略與 FIFO 閾值相關(guān)。CubeMX 默認(rèn)配置下閾值為 1 字節(jié)這意味著 FIFO 空出一個(gè)字節(jié)的位置就會(huì)觸發(fā)一次 DMA 請(qǐng)求。這個(gè)配置在大多數(shù)場(chǎng)景下沒(méi)問(wèn)題。但如果你傳輸?shù)臄?shù)據(jù)寬度是 16bit 或 32bit或者打開(kāi)了 DMA 的突發(fā)模式FIFO 閾值和突發(fā)長(zhǎng)度的配合就容易出岔子。比如 DMA 配置為突發(fā) 4 次每次搬 1 字節(jié)但 FIFO 閾值卻設(shè)置為 4 字節(jié)那 DMA 請(qǐng)求就永遠(yuǎn)不會(huì)被觸發(fā)因?yàn)?FIFO 空出來(lái)的位置始終不夠 4 字節(jié)。這個(gè)問(wèn)題的典型現(xiàn)象是第一次 DMA 傳輸可能正常之后的傳輸就卡死或者數(shù)據(jù)錯(cuò)亂。因?yàn)榈谝淮蝹鬏敃r(shí) FIFO 是空的足夠觸發(fā)突發(fā)條件傳輸結(jié)束之后 FIFO 殘留了部分?jǐn)?shù)據(jù)下一次閾值判斷就不滿足了。解決辦法是把 DMA 的 FIFO 設(shè)置為 Disable或者把突發(fā)模式改為 Single。對(duì)于從機(jī)場(chǎng)景我測(cè)試下來(lái)最穩(wěn)定的配置是DMA 模式 Normal、FIFO Disable、MemDataAlignment Byte、PeriphDataAlignment Byte。這種配置雖然效率不是最高但兼容性最好出問(wèn)題的概率最小。4.4 一個(gè)完整可用的從機(jī) DMA 初始化代碼下面給出一份精簡(jiǎn)但完整的配置代碼包含了上面提到的關(guān)鍵處理。CubeMX 生成的初始化用戶代碼區(qū)可以照這個(gè)思路調(diào)整/* SPI1 從機(jī)配置 */ hspi1.Instance SPI1; hspi1.Init.Mode SPI_MODE_SLAVE; hspi1.Init.Direction SPI_DIRECTION_2LINES; hspi1.Init.DataSize SPI_DATASIZE_8BIT; hspi1.Init.CLKPolarity SPI_POLARITY_LOW; hspi1.Init.CLKPhase SPI_PHASE_1EDGE; hspi1.Init.NSS SPI_NSS_SOFT; hspi1.Init.FirstBit SPI_FIRSTBIT_MSB; hspi1.Init.TIMode SPI_TIMODE_DISABLE; hspi1.Init.CRCCalculation SPI_CRCCALCULATION_DISABLE; hspi1.Init.CRCPolynomial 7; hspi1.Init.CRCLength SPI_CRC_LENGTH_8BIT; hspi1.Init.NSSPMode SPI_NSS_PULSE_DISABLE; HAL_SPI_Init(hspi1); /* DMA 發(fā)送配置 */ hdma_spi1_tx.Instance DMA1_Stream0; hdma_spi1_tx.Init.Request DMA_REQUEST_SPI1_TX; hdma_spi1_tx.Init.Direction DMA_MEMORY_TO_PERIPH; hdma_spi1_tx.Init.PeriphInc DMA_PINC_DISABLE; hdma_spi1_tx.Init.MemInc DMA_MINC_ENABLE; hdma_spi1_tx.Init.PeriphDataAlignment DMA_PDATAALIGN_BYTE; hdma_spi1_tx.Init.MemDataAlignment DMA_MDATAALIGN_BYTE; hdma_spi1_tx.Init.Mode DMA_NORMAL; hdma_spi1_tx.Init.Priority DMA_PRIORITY_HIGH; hdma_spi1_tx.Init.FIFOMode DMA_FIFOMODE_DISABLE; HAL_DMA_Init(hdma_spi1_tx); __HAL_LINKDMA(hspi1, hdmatx, hdma_spi1_tx); /* 使能 SPI 內(nèi)部從機(jī)選擇軟件 NSS 必須 */ SET_BIT(hspi1.Instance-CFG1, SPI_CFG1_SSI); /* 啟動(dòng) NVIC 中斷 */ HAL_NVIC_SetPriority(SPI1_IRQn, 5, 0); HAL_NVIC_EnableIRQ(SPI1_IRQn); HAL_NVIC_SetPriority(DMA1_Stream0_IRQn, 5, 0); HAL_NVIC_EnableIRQ(DMA1_Stream0_IRQn);發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)調(diào)用HAL_SPI_Transmit_DMA(hspi1, txBuffer, bufferLen);如果使用了環(huán)形緩沖區(qū)持續(xù)發(fā)送可以選擇HAL_SPI_Transmit_DMA在傳輸完成后再次調(diào)用或者在HAL_SPI_TxCpltCallback里重新啟動(dòng)下一次傳輸。這里的注意事項(xiàng)是在回調(diào)里重新調(diào)用前一定要確認(rèn)上一次傳輸已經(jīng)完全結(jié)束否則會(huì)觸發(fā) HAL 庫(kù)的狀態(tài)機(jī)斷言。5. HAL 庫(kù)狀態(tài)機(jī)與回調(diào)機(jī)制程序“看起來(lái)在跑”其實(shí)啥也沒(méi)干5.1 HAL_SPI_Transmit_DMA 內(nèi)部到底做了什么很多人在排查 DMA 問(wèn)題時(shí)忽略了 HAL 庫(kù)本身的狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)。HAL_SPI_Transmit_DMA()并不是簡(jiǎn)單地“把地址和長(zhǎng)度塞給 DMA”它內(nèi)部做了一堆狀態(tài)判斷if (hspi-State HAL_SPI_STATE_READY) { // 設(shè)置狀態(tài)為 BUSY_TX // 配置外設(shè)地址、內(nèi)存地址、數(shù)據(jù)長(zhǎng)度 // 使能 SPI 的 TX DMA 請(qǐng)求 // 使能外設(shè)中斷 } else { return HAL_BUSY; }如果 SPI 的狀態(tài)機(jī)不在HAL_SPI_STATE_READY函數(shù)會(huì)直接返回HAL_BUSY而不會(huì)啟動(dòng)任何 DMA 傳輸。常見(jiàn)的導(dǎo)致?tīng)顟B(tài)機(jī)卡住的原因包括上一次 DMA 傳輸沒(méi)有正常完成hspi-State還停在HAL_SPI_STATE_BUSY_TX某個(gè)回調(diào)返回了錯(cuò)誤代碼導(dǎo)致 HAL 庫(kù)認(rèn)為傳輸失敗SPI 發(fā)生 OVR溢出錯(cuò)誤后沒(méi)有調(diào)用HAL_SPI_ErrorCallback狀態(tài)機(jī)沒(méi)有被重置更隱蔽的情況是你調(diào)用了HAL_SPI_Transmit_DMA()返回HAL_OK但因?yàn)橹扒宄隣顟B(tài)時(shí)沒(méi)有正確復(fù)位hspi-ErrorCode導(dǎo)致后續(xù) HAL 庫(kù)內(nèi)部檢查到錯(cuò)誤標(biāo)志自動(dòng)中止了 DMA。這種問(wèn)題從外部看你只會(huì)看到“DMA 啟動(dòng)了但沒(méi)有數(shù)據(jù)”查起來(lái)特別費(fèi)勁。5.2 恢復(fù) HAL 狀態(tài)機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)操作如果你懷疑狀態(tài)機(jī)卡住最簡(jiǎn)單的辦法是在啟動(dòng) DMA 之前手動(dòng)復(fù)位狀態(tài)hspi1.State HAL_SPI_STATE_READY; hspi1.ErrorCode HAL_SPI_ERROR_NONE;但這個(gè)方法只能作為調(diào)試時(shí)的臨時(shí)手段正式代碼里不建議頻繁手動(dòng)操作狀態(tài)機(jī)字段因?yàn)?HAL 庫(kù)內(nèi)部有可能有自己的緩存狀態(tài)手動(dòng)修改容易引起其他字段不一致。更穩(wěn)妥的辦法是調(diào)用HAL_SPI_Abort(hspi1)來(lái)中止當(dāng)前傳輸并復(fù)位狀態(tài)機(jī)。注意HAL_SPI_Abort()是阻塞式的如果 DMA 正在傳輸大塊數(shù)據(jù)它會(huì)等待 DMA 停止完成才返回。在中斷服務(wù)函數(shù)里調(diào)用要格外小心不要造成死鎖。5.3 中斷優(yōu)先級(jí)與回調(diào)執(zhí)行時(shí)機(jī)另一個(gè)容易出問(wèn)題的點(diǎn)是中斷優(yōu)先級(jí)配置。H7 的 NVIC 中斷分組默認(rèn)是 4全部用于搶占優(yōu)先級(jí)SPI 中斷和 DMA 中斷的優(yōu)先級(jí)需要合理設(shè)置。如果 DMA 中斷優(yōu)先級(jí)設(shè)置得太低而主循環(huán)里的某個(gè)高優(yōu)先級(jí)中斷頻繁打斷 DMA 傳輸就可能導(dǎo)致 DMA 的傳輸完成中斷延遲響應(yīng)進(jìn)而影響 HAL 庫(kù)狀態(tài)機(jī)的更新。從機(jī)模式下還有一點(diǎn)特殊SPI 的 RX 溢出中斷OVR和 TX 完成中斷TXC在從機(jī)模式下觸發(fā)時(shí)機(jī)和主機(jī)不同。主機(jī)是主動(dòng)控制時(shí)鐘的中斷只在特定時(shí)刻出現(xiàn)從機(jī)是被動(dòng)響應(yīng)的主機(jī)隨時(shí)可能發(fā)起時(shí)鐘所以中斷有可能在任何時(shí)刻觸發(fā)。如果中斷服務(wù)函數(shù)處理時(shí)間過(guò)長(zhǎng)或者優(yōu)先級(jí)配置不當(dāng)就可能丟失中斷事件。我的建議是從機(jī)場(chǎng)景下SPI 全局中斷優(yōu)先級(jí)不低于 DMA 中斷優(yōu)先級(jí)保證事件按順序處理。比如兩個(gè)都設(shè)為 5同優(yōu)先級(jí)下按自然懸空順序處理也可以接受。但不要把 SPI 中斷優(yōu)先級(jí)設(shè)得比 DMA 低否則 DMA 完成后 SPI 的完成標(biāo)志沒(méi)人處理HAL 庫(kù)狀態(tài)機(jī)就會(huì)一直卡在 BUSY。5.4 關(guān)于HAL_SPI_TxCpltCallback的一個(gè)容易忽略的細(xì)節(jié)很多人在這個(gè)回調(diào)里寫(xiě)了發(fā)送完成后的處理邏輯比如翻轉(zhuǎn)一個(gè) GPIO 指示燈。但注意一個(gè)細(xì)節(jié)從機(jī)模式下TXCTransfer Complete標(biāo)志是在“SPI 外設(shè)的移位寄存器發(fā)送完畢”時(shí)設(shè)置的而不是在“數(shù)據(jù)從內(nèi)存搬運(yùn)到 SPI 外設(shè)”時(shí)設(shè)置的。也就是說(shuō)即使你看到HAL_SPI_TxCpltCallback被調(diào)用了也不代表 SPI 時(shí)鐘已經(jīng)全部結(jié)束——在從機(jī)模式下主機(jī)的時(shí)鐘可能還在繼續(xù)。如果這時(shí)候你在回調(diào)里修改了發(fā)送緩沖區(qū)的內(nèi)容可能會(huì)影響下一幀數(shù)據(jù)。這個(gè)問(wèn)題在調(diào)試時(shí)有一個(gè)很典型的表現(xiàn)主機(jī)連續(xù)讀多個(gè)字節(jié)從機(jī)用 DMA 發(fā)送固定緩沖區(qū)前幾個(gè)字節(jié)是對(duì)的后面的字節(jié)全是 FF。原因就是從機(jī)在回調(diào)里提前修改了發(fā)送緩沖區(qū)導(dǎo)致后續(xù) DMA 搬運(yùn)到的數(shù)據(jù)已經(jīng)被改掉了。解決辦法如果需要更新發(fā)送內(nèi)容只在回調(diào)里設(shè)置一個(gè)標(biāo)志位然后在主循環(huán)里再更新緩沖區(qū)不要直接在回調(diào)里操作。6. 從現(xiàn)象到結(jié)論的完整排查清單與故障速查表6.1 一次完整的診斷走查流程結(jié)合我這幾天排查 H753ZI SPI 從機(jī) DMA 的經(jīng)驗(yàn)整理一個(gè)可以直接照著做的排查清單。這個(gè)清單的順序是我實(shí)踐后確定的從“看燈”到“摳寄存器”都有覆蓋每一步都有明確的結(jié)論判定不會(huì)讓你白干。第一步物理層確認(rèn)。用示波器或邏輯分析儀同時(shí)抓 SCK、CS、MISO 三個(gè)信號(hào)。觀察主機(jī)發(fā)起讀操作時(shí)從機(jī)的 CS 是否被拉低、SCK 是否持續(xù)翻轉(zhuǎn)、MISO 是否有對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)輸出。如果 MISO 完全不動(dòng)直接跳轉(zhuǎn)到第三步如果 MISO 有數(shù)據(jù)但主機(jī)讀回來(lái)的不對(duì)跳轉(zhuǎn)到第二步。第二步配置參數(shù)核對(duì)。確認(rèn)主從機(jī)的 CPOL、CPHA 一致數(shù)據(jù)幀寬度一致MSB/LSB 順序一致。這兩組參數(shù)只要有一個(gè)不匹配就會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)錯(cuò)位或者全 FF?？梢越⒁粋€(gè)簡(jiǎn)單的測(cè)試用例從機(jī)發(fā)送固定序列0x01 0x02 0x03 0x04...主機(jī)讀回來(lái)對(duì)比能快速定位是位序問(wèn)題還是電平時(shí)序問(wèn)題。第三步從機(jī)選通信號(hào)確認(rèn)。確認(rèn) NSS 模式是硬件還是軟件硬件模式檢查接線是否連接正確、主機(jī)是否配置了推挽輸出軟件模式檢查CFG1寄存器中的SSI位是否置位。這一步排查完后MISO 應(yīng)該有動(dòng)作了。第四步DMA 配置確認(rèn)。打開(kāi)dma.c或 CubeMX 的 DMA 設(shè)置界面確認(rèn) DMA 請(qǐng)求源選擇的是SPIx_TXH7 必須方向是MemoryToPeripheral外設(shè)地址是 SPI 的 TXDR 寄存器。如果這些都對(duì)在HAL_SPI_Transmit_DMA()調(diào)用處打斷點(diǎn)觀察hspi-State是否成功從 READY 轉(zhuǎn)為 BUSY_TX。第五步測(cè)試“阻塞模式發(fā)數(shù)據(jù)”與“DMA 模式發(fā)數(shù)據(jù)”的差異。如果阻塞模式能正常發(fā)數(shù)據(jù)、DMA 模式全是 FF那問(wèn)題就鎖定在 DMA 與 SPI 外設(shè)的交互上。這時(shí)候可以檢查 DMA 傳輸?shù)挠?jì)數(shù)寄存器LIFCR、NDTR 等確認(rèn) DMA 是否真的把數(shù)據(jù)傳輸?shù)搅?SPI 外設(shè)。第六步禁用所有無(wú)關(guān)的中斷優(yōu)先級(jí)和 FreeRTOS 調(diào)度使用最簡(jiǎn)環(huán)境測(cè)試。很多從機(jī)問(wèn)題在裸機(jī)環(huán)境下能復(fù)現(xiàn)但加上 RTOS 后行為就變了原因往往是中斷優(yōu)先級(jí)和調(diào)度時(shí)序發(fā)生了變化。用最簡(jiǎn)環(huán)境把問(wèn)題復(fù)現(xiàn)出來(lái)再逐步加入軟件組件能更準(zhǔn)確地定位。6.2 這篇文章踩過(guò)的坑問(wèn)題現(xiàn)象、原因、解決方式速查表問(wèn)題現(xiàn)象根本原因解決方式/調(diào)試要點(diǎn)MISO 完全無(wú)翻轉(zhuǎn)主機(jī)讀全 FF軟件 NSS 模式下SSI位未置位確認(rèn)SPI_CFG1_SSI為 1硬件 NSS 模式下檢查連線MISO 無(wú)翻轉(zhuǎn)但寄存器配置看似正常DMA 請(qǐng)求源未配置為SPIx_TX檢查hdma.Init.Request確認(rèn)是 DMAMUX 的正確請(qǐng)求 IDMISO 有翻轉(zhuǎn)但數(shù)據(jù)是錯(cuò)的CPOL/CPHA 主從不匹配或位序不對(duì)主從機(jī)參數(shù)逐項(xiàng)對(duì)照用0x01 0x02序列測(cè)試定位是位序還是電平時(shí)序問(wèn)題前幾個(gè)字節(jié)正確后面全是 FF發(fā)送緩沖區(qū)在HAL_SPI_TxCpltCallback里被提前修改回調(diào)中只置標(biāo)志位數(shù)據(jù)更新移到主循環(huán)主機(jī)讀到的不是 FF而是全 0x00MISO 被下拉從機(jī)未驅(qū)動(dòng)總線和全 FF 屬于同類問(wèn)題只是外部引腳電平不同DMA 第一次傳輸正常后續(xù)不穩(wěn)定FIFO 閾值與突發(fā)傳輸長(zhǎng)度不匹配關(guān)閉 DMA FIFO或把突發(fā)模式改為 SingleHAL_SPI_Transmit_DMA 返回 HAL_BUSYSPI 狀態(tài)機(jī)卡在 BUSY_TX 未恢復(fù)調(diào)用HAL_SPI_Abort()復(fù)位狀態(tài)機(jī)檢查錯(cuò)誤標(biāo)志并清除FreeRTOS 環(huán)境下程序卡死DMA 中斷優(yōu)先級(jí)設(shè)置過(guò)高導(dǎo)致調(diào)度異常合理設(shè)置 NVIC 優(yōu)先級(jí)SPI 與 DMA 中斷優(yōu)先級(jí)不差兩級(jí)以上主機(jī)發(fā)時(shí)鐘但從機(jī)沒(méi)數(shù)據(jù)從機(jī) TXFIFO 為空沒(méi)有數(shù)據(jù)可移出確認(rèn)HAL_SPI_Transmit_DMA()已經(jīng)調(diào)用檢查 DMA 計(jì)數(shù)是否變化數(shù)據(jù)里有偶發(fā)的錯(cuò)亂字節(jié)從機(jī)被非預(yù)期地重新選通或 NSS 抖動(dòng)檢查 CS 線上是否有毛刺硬件上可適當(dāng)加濾波電容6.3 從“全是 FF”到“調(diào)試工具怎么選”調(diào)試 SPI 從機(jī) DMA 這類問(wèn)題工具選擇直接決定排查速度。我這次用到的工具按優(yōu)先級(jí)排列示波器或邏輯分析儀必須要有而且?guī)挷恍枰芨?00MHz 就夠用SPI 協(xié)議分析功能有最好沒(méi)有的話用 GPIO 翻轉(zhuǎn)來(lái)輔助判斷時(shí)序也行。示波器的用法有三個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)一是抓圖時(shí)把 SCK、CS、MISO 三個(gè)通道同時(shí)打開(kāi)這樣能整體判斷從機(jī)的響應(yīng)時(shí)序二是觸發(fā)方式設(shè)置為 CS 下降沿觸發(fā)而不是 SCK 觸發(fā)因?yàn)?CS 標(biāo)志一次傳輸?shù)拈_(kāi)始三是觀察 MISO 數(shù)據(jù)時(shí)要注意從機(jī)的數(shù)據(jù)是“在 SCK 上升沿或者下降沿采樣”的要在正確的沿上判斷數(shù)據(jù)電平。如果沒(méi)有示波器邏輯分析儀也能湊合但要注意采樣率不能太低。SPI 時(shí)鐘 4MHz 時(shí)邏輯分析儀的采樣率至少要 20MHz 以上越低越容易在邊沿處采到不確定電平造成誤判。6.4 移植中容易出問(wèn)題的 GPIO 配置最后提一個(gè)很多人會(huì)忽略的細(xì)節(jié)GPIO 模式配置。SPI 從機(jī)的 MISO 引腳必須配置為復(fù)用功能推挽輸出AF Push-Pull而不是開(kāi)漏輸出。這一點(diǎn)在 Nucleo 板上通常 CubeMX 已經(jīng)幫你配好了但如果你手動(dòng)從 F1 代碼移植過(guò)來(lái)就容易把 MISO 配成開(kāi)漏——因?yàn)?F1 的 SPI 從機(jī)在某些配置下 MISO 是開(kāi)漏輸出的H7 的 GPIO 電氣特性不一樣直接照搬就會(huì)導(dǎo)致 MISO 電平驅(qū)動(dòng)能力不足主機(jī)讀到的電平異常。另外從機(jī)的 SCK 和 NSS 引腳要配置為上拉輸入或者帶上拉的復(fù)用輸入避免引腳懸空時(shí)電平抖動(dòng)導(dǎo)致誤觸發(fā)。CS 引腳如果有長(zhǎng)線連接建議在從機(jī)端加一個(gè) 10kΩ 左右的上拉電阻確保主機(jī)未拉低時(shí) CS 保持高電平從機(jī)不會(huì)被意外選中。7. 寫(xiě)在最后SPI 從機(jī)調(diào)試永遠(yuǎn)先問(wèn)“總線上的電平是誰(shuí)產(chǎn)生的”這次排查 H753ZI 從機(jī) DMA 全 FF 問(wèn)題最大的心得可以用一句話總結(jié)調(diào)試 SPI 從機(jī)永遠(yuǎn)先問(wèn)“總線上的電平是誰(shuí)產(chǎn)生的”而不是先問(wèn)“我的代碼哪里錯(cuò)了”。0xFF 本身不是錯(cuò)誤它是總線空閑時(shí) MISO 的自然狀態(tài)真正的問(wèn)題是你期望從機(jī)去驅(qū)動(dòng)總線但總線沒(méi)有被驅(qū)動(dòng)。所以每當(dāng)你看到數(shù)據(jù)全是 0xFF先別急著查 DMA 參數(shù)和 HAL 函數(shù)按照“物理層有沒(méi)有動(dòng)作 - 從機(jī)選通有沒(méi)有生效 - SPI 參數(shù)是否匹配 - DMA 是否真的搬運(yùn)了數(shù)據(jù) - HAL 狀態(tài)機(jī)是否正?！边@個(gè)順序逐一排查大部分問(wèn)題都能在兩小時(shí)內(nèi)定位。從技術(shù)演進(jìn)的角度看H7 的 DMAMUX 架構(gòu)讓 SPI 與 DMA 的搭配更加靈活但也帶來(lái)了新的配置門檻。如果你是從 F1/F4 老工程遷移過(guò)來(lái)的建議先完全刪除 CubeMX 生成的 DMA 配置重新按 H7 的方式生成一次不要手動(dòng)改老代碼這樣能避免 DMAMUX 請(qǐng)求映射丟失這類隱蔽問(wèn)題。另外調(diào)試這類問(wèn)題的時(shí)候建議把 CubeMX 的配置文件、主機(jī)的 SPI 時(shí)序圖、從機(jī)的初始化代碼三份材料放到一起對(duì)照著看。很多時(shí)候主機(jī)和從機(jī)兩邊各自都覺(jué)得自己的配置是對(duì)的但就是參數(shù)沒(méi)有對(duì)齊把關(guān)鍵參數(shù)列成一張表逐項(xiàng)核對(duì)比一個(gè)人悶頭查快得多。最后再分享一個(gè)小技巧在HAL_SPI_Transmit_DMA()啟動(dòng)之后、數(shù)據(jù)發(fā)送完成之前的這段窗口期從SPI_SR寄存器讀一下TXNP位。如果這個(gè)位為 0說(shuō)明 SPI 外設(shè)正在等待數(shù)據(jù)被移出如果為 1說(shuō)明 TXFIFO 還有數(shù)據(jù)沒(méi)發(fā)完。配合調(diào)試器實(shí)時(shí)監(jiān)視這個(gè)寄存器能非常直觀地看到 DMA 和 SPI 外設(shè)之間的配合是否正常。有時(shí)候看到的變化趨勢(shì)比任何日志都好用。