ねむいさんのぶろぐ

STM32H5を使ってみる5 -普通のSPIをDMAと交えて使う-

20240516追:
秋月さんよりNUCLEO-H563ZI販売開始です！！
20240516追:

初めてSTM32H5を触った時も述べましたが、L5と比べてSPIやDMAの扱いが
ちょっと癖があって違います。今回はその使い方の一例を紹介します。
なお、ねむいさんのSTM32H5のプロジェクトではSPIをシリアル接続の
TFT-LCD(ST7789V2コントローラIC)で使用しております。

●コード解説(基本設定編)
以下はねむいさんのSTM32H563ZI-NUCLEO向けのプロジェクト中の
./lib/display/mcu_depend/src/display_if_basis.cを解説していきます。
./lib/display/mcu_depend/inc/display_if_basis.hも参照のこと。

Display_IoInit_If()内でハードウエアSPIからDMAの設定までやっちゃって
ますが少しずつ分解していきます。

まずはI/Oの設定です。

	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure = {0};

	RCC_PeriphCLKInitTypeDef PeriphClkInitStruct = {0};

	

	/* Enable CTRL line GPIO settings */

	DISPLAY_GPIOCLK_EN(DISPLAY_CLK_RES);

	DISPLAY_GPIOCLK_EN(DISPLAY_CLK_CS);

	DISPLAY_GPIOCLK_EN(DISPLAY_CLK_DC);

	DISPLAY_GPIOCLK_EN(DISPLAY_CLK_SCK);

	DISPLAY_GPIOCLK_EN(DISPLAY_CLK_SDI);

	DISPLAY_GPIOCLK_EN(DISPLAY_CLK_SDO);



	GPIO_InitStructure.Pin 			= CTRL_RES;

	GPIO_InitStructure.Mode 		= GPIO_MODE_OUTPUT_PP;

	GPIO_InitStructure.Pull 		= GPIO_NOPULL;

	GPIO_InitStructure.Speed 		= GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH;

	GPIO_InitStructure.Alternate 	= 0;

	HAL_GPIO_Init(DISPLAY_PORT_RES, &GPIO_InitStructure);



	GPIO_InitStructure.Pin 			 = CTRL_CS;

	HAL_GPIO_Init(DISPLAY_PORT_CS, &GPIO_InitStructure);

	GPIO_InitStructure.Pin 			 = CTRL_DC;

	HAL_GPIO_Init(DISPLAY_PORT_DC, &GPIO_InitStructure);



	/* Set peripheral clock */

    PeriphClkInitStruct.PeriphClockSelection = RCC_PERIPHCLK_SPI1;

    PeriphClkInitStruct.Spi1ClockSelection   = RCC_SPI1CLKSOURCE_PLL1Q;

    if (HAL_RCCEx_PeriphCLKConfig(&PeriphClkInitStruct) != HAL_OK)

    {

		for(;;){

			__NOP();

		}

    }

	DISPLAY_PERIF_CLK(ENABLE);



	/* Connect SPI pins to aletenate function */  

	GPIO_InitStructure.Mode 		= GPIO_MODE_AF_PP;

	GPIO_InitStructure.Pull 		= GPIO_NOPULL;

	GPIO_InitStructure.Speed 		= GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH;



	/* SPI SCK pin configuration */

	GPIO_InitStructure.Pin 			= CTRL_SCK;

	GPIO_InitStructure.Alternate 	= SRC_SCK;

	HAL_GPIO_Init(DISPLAY_PORT_SCK, &GPIO_InitStructure);



	/* SPI MOSI pin configuration */

	GPIO_InitStructure.Pin 			= CTRL_SDI;

	GPIO_InitStructure.Alternate 	= SRC_SDI;

	HAL_GPIO_Init(DISPLAY_PORT_SDI, &GPIO_InitStructure);



	/* SPI MISO pin configuration */

	GPIO_InitStructure.Pin 			= CTRL_SDO;

	GPIO_InitStructure.Alternate 	= SRC_SDO;

	HAL_GPIO_Init(DISPLAY_PORT_SDO, &GPIO_InitStructure);

SCK,MOSI,MISOはAlternateFunctionとして、RESET・CS・DCはGPIOとして
設定します。

お次はSPIモジュールの設定です。

	/* SPI configuration */

	SpiHandle.Instance               		= LCD_SPI;

	SpiHandle.Init.Mode 			 		= SPI_MODE_MASTER;

	SpiHandle.Init.Direction 				= SPI_DIRECTION_2LINES;

	SpiHandle.Init.DataSize 		 		= SPI_DATASIZE_8BIT;

	SpiHandle.Init.CLKPolarity 				= SPI_POLARITY_HIGH;

	SpiHandle.Init.CLKPhase 		 		= SPI_PHASE_2EDGE;

	SpiHandle.Init.NSS 				 		= SPI_NSS_SOFT;

	SpiHandle.Init.BaudRatePrescaler 		= SPI_BaudPrescale;

	SpiHandle.Init.FirstBit 		 		= SPI_FIRSTBIT_MSB;

	SpiHandle.Init.TIMode 					= SPI_TIMODE_DISABLE;

	SpiHandle.Init.CRCCalculation 			= SPI_CRCCALCULATION_DISABLE;

	SpiHandle.Init.CRCPolynomial 			= 0x7;

	SpiHandle.Init.CRCLength            	= SPI_CRC_LENGTH_8BIT;

	SpiHandle.Init.NSSPMode 				= SPI_NSS_PULSE_DISABLE;

	SpiHandle.Init.NSSPolarity 				= SPI_NSS_POLARITY_LOW;

	SpiHandle.Init.FifoThreshold 			= SPI_FIFO_THRESHOLD_01DATA;

	SpiHandle.Init.MasterSSIdleness 		= SPI_MASTER_SS_IDLENESS_00CYCLE;

	SpiHandle.Init.MasterInterDataIdleness 	= SPI_MASTER_INTERDATA_IDLENESS_00CYCLE;

	SpiHandle.Init.MasterReceiverAutoSusp  	= SPI_MASTER_RX_AUTOSUSP_DISABLE;

	SpiHandle.Init.MasterKeepIOState 	   	= SPI_MASTER_KEEP_IO_STATE_ENABLE; /* avoid glitch */

	SpiHandle.Init.IOSwap 				   	= SPI_IO_SWAP_DISABLE;

	SpiHandle.Init.ReadyMasterManagement   	= SPI_RDY_MASTER_MANAGEMENT_INTERNALLY;

	SpiHandle.Init.ReadyPolarity 			= SPI_RDY_POLARITY_HIGH;

	if(HAL_SPI_Init(&SpiHandle) != HAL_OK)

	{

		/* Capture error */ 

		while (1);

	}



	/* Enable SPI module */

	LCD_SPI->CR1 |= SPI_CR1_SPE;

	LCD_SPI->CR1 |= SPI_CR1_CSTART;

HAL_SPI_Init()が完了したらCR1レジスタのSPEとCSTARTビットを1にして
SPIモジュールをスタート状態にさせるのがミソです。

設定中で

SpiHandle.Init.BaudRatePrescaler 		= SPI_BaudPrescale;

ですが

#define SPI_BaudPrescale	SPI_BAUDRATEPRESCALER_4 /* PLL1Q CLK 100MHz/4 = 25MHz */

とdefineしております。SPIのクロックは25MHzとしてます。
~~ST7789V2の許容クロックを大幅に逸脱してる気がしますが気のせいです！~~
20240502追:
ST7789V2のSCLのクロック最大値ちゃんと調べたらなんと60MHzでした！！！
全然余裕でしたすみません！！！！！
20240502追:

そしてDMAの設定です…これが一番苦労しました。

	/* DMA controller clock enable */

	__HAL_RCC_GPDMA1_CLK_ENABLE();

	

	/* DMA interrupt init */

	/* SPILCD_DMA_IRQn interrupt configuration */

	HAL_NVIC_SetPriority(SPILCD_DMA_IRQn, 3, 0);

	HAL_NVIC_EnableIRQ(SPILCD_DMA_IRQn);

	

	/* Configure DMA request LcdDmaHandle */

	LcdDmaHandle.Instance 					= SPILCD_DMA_CHANNEL;

    LcdDmaHandle.Init.Request 				= SPILCD_DMA_REQEST;

    LcdDmaHandle.Init.BlkHWRequest 			= DMA_BREQ_SINGLE_BURST;

    LcdDmaHandle.Init.Direction 			= DMA_MEMORY_TO_PERIPH;

    LcdDmaHandle.Init.SrcInc 				= DMA_SINC_INCREMENTED;

    LcdDmaHandle.Init.DestInc 				= DMA_DINC_FIXED;

    LcdDmaHandle.Init.SrcDataWidth 			= DMA_SRC_DATAWIDTH_BYTE;

    LcdDmaHandle.Init.DestDataWidth 		= DMA_DEST_DATAWIDTH_BYTE;

    LcdDmaHandle.Init.Priority 				= DMA_LOW_PRIORITY_HIGH_WEIGHT;

    LcdDmaHandle.Init.SrcBurstLength 		= 1;

    LcdDmaHandle.Init.DestBurstLength 		= 1;

    LcdDmaHandle.Init.TransferAllocatedPort = DMA_SRC_ALLOCATED_PORT0|DMA_DEST_ALLOCATED_PORT0;

    LcdDmaHandle.Init.TransferEventMode 	= DMA_TCEM_BLOCK_TRANSFER;

    LcdDmaHandle.Init.Mode 					= DMA_NORMAL;

    if (HAL_DMA_Init(&LcdDmaHandle) != HAL_OK)

    {

		for(;;){

			__NOP();

		}

    }

	__HAL_LINKDMA(&SpiHandle,hdmatx,LcdDmaHandle);



    if (HAL_DMA_ConfigChannelAttributes(&LcdDmaHandle, DMA_CHANNEL_NPRIV) != HAL_OK)

    {

		for(;;){

			__NOP();

		}

    }



	/* SPI interrupt init */

	/* SPILCD_IRQn interrupt configuration */

	HAL_NVIC_SetPriority(SPILCD_IRQn, 3, 1);

	HAL_NVIC_EnableIRQ(SPILCD_IRQn);

今回はTFT-LCDに向けてひたすらデータをバイト単位でぶん投げるので

    LcdDmaHandle.Init.Direction 			= DMA_MEMORY_TO_PERIPH;

    LcdDmaHandle.Init.SrcInc 				= DMA_SINC_INCREMENTED;

    LcdDmaHandle.Init.DestInc 				= DMA_DINC_FIXED;

    LcdDmaHandle.Init.SrcDataWidth 			= DMA_SRC_DATAWIDTH_BYTE;

    LcdDmaHandle.Init.DestDataWidth 		= DMA_DEST_DATAWIDTH_BYTE;

の部分が重要です。

そしてなんでかDMAのほかにSPIの割り込みも要求してくるので
DMAの設定の最後にSPIの割り込みも必ず有効にします。

●コード解説(基本データのやり取り編)
SPI接続のTFT-LCDの基本は8bitのデータをやり取りします。
で、STM32H5では8bitデータのやり取りするのに素直にTDRにデータを
放り込んでもまともに送出されないのでちょっと細工する必要があります。

まずは8bit単位でデータをやり取りするためのdefine

#define SPIx_TDR8			*(__IO uint8_t *) ((uint32_t)LCD_SPI+0x20)

#define SPIx_RDR8			*(__IO uint8_t *) ((uint32_t)LCD_SPI+0x30)

☝を利用した送信関数はこちら

inline void SendSPI(uint8_t dat)

{

	/* Send byte through the SPI peripheral */		

	SPIx_TDR8 = dat;

	

	/* Wait to receive a byte */

	while (!(LCD_SPI->SR & (SPI_FLAG_RXP)));



	/* Drain Rx FIFO */

	SPIx_RDR8;

}



inline void SendSPI16(uint16_t dat)

{

	SendSPI((uint8_t)(dat>>8));



	SendSPI((uint8_t)dat);

}

STM32CubeH5のHALドライバの送信関数は異常なまでにオーバーヘッドが大きい
ですが中身を分解して簡略化すると送信はここまでシンプルになります。

さらにST7789V2向けには上記関数を利用してCMD,DATA,GRAM書き込み用に拵えます。

/**************************************************************************/

/*! 

    Write LCD Command.

*/

/**************************************************************************/

inline void ST7789V2_wr_cmd(uint8_t cmd)

{

	ST7789V2_DC_CLR();							/* DC=L		     */

	DISPLAY_ASSART_CS();						/* CS=L		     */

	

	SendSPI(cmd);



	DISPLAY_NEGATE_CS();						/* CS=H		     */

	ST7789V2_DC_SET();							/* DC=H		     */

}	



/**************************************************************************/

/*! 

    Write LCD Data and GRAM.

*/

/**************************************************************************/

inline void ST7789V2_wr_dat(uint8_t dat)

{

	DISPLAY_ASSART_CS();						/* CS=L		     */

	

	SendSPI(dat);



	DISPLAY_NEGATE_CS();						/* CS=H		     */

}



/**************************************************************************/

/*! 

    Write LCD GRAM.

*/

/**************************************************************************/

inline void ST7789V2_wr_gram(uint16_t gram)

{

	DISPLAY_ASSART_CS();						/* CS=L		     */

	

	SendSPI16(gram);



	DISPLAY_NEGATE_CS();						/* CS=H		     */

}

一応Readも実装しておりますが以前も解説しておりますので今回は割愛します。

●コード解説(DMAでぶん投げる編)
これが一番難しいです…HALドライバの作例はLinkListを使用した複雑な
DMA転送しかコード例がなくてシンプルなDMAのコード例がなく作りこみに
非常に苦労しました…が、何とかなりました。

まずはHALライブラリのDMA,SPIのIRQハンドラを定義します。

/* DMA IRQ Handler */

void SPILCD_DMA_HANDLER(void)

{

	HAL_DMA_IRQHandler(&LcdDmaHandle);

}

/* SPI IRQ Handler */

void SPILCD_IRQHandler(void)

{

	HAL_SPI_IRQHandler(&SpiHandle);

}

そんでもって今回はSend専用なのでSPIの割り込みでTx完了のコールバック
関数を定義します。

/* SPI-DMA IRQ Callback */

void HAL_SPI_TxCpltCallback(SPI_HandleTypeDef *hspi)

{

	if(hspi->Instance == LCD_SPI){

		wTransferState = TRANSFER_COMPLETE;

	}

}

STM32L5の場合はSPIの割り込みが必要なかったのですが、H5では割り込み
必須になっていやがります…！なお、STM32H7も同じくDMA転送にSPIの
割り込み設定が必須です(使ってなかったから今まで知らんかった…)。

実際のDMA転送関数はこちらになります。

/* DMA transaction */

void lcd_dma_transfer(const uint8_t *buff,unsigned int count)

{

	/* Disable SPI to change register */

	LCD_SPI->CR1 &= ~(SPI_CR1_SPE);

	

	/* Start DMA */

	if (HAL_SPI_Transmit_DMA(&SpiHandle, buff, count) != HAL_OK)

	{

		for(;;){

			__NOP();

		}

	}

	

	/* Wait transfer complete */

	while (wTransferState == TRANSFER_WAIT) {};

	

	/* Restore transfer state */

	wTransferState = TRANSFER_WAIT;

	

	/* Restore nomal transfer settings */

	LCD_SPI->CR2  = 0;						/* Restore TSIZE */

	LCD_SPI->CFG2 &= ~(SPI_CFG2_COMM_Msk);	/* Restore FULL duplex mode */

	LCD_SPI->CR1 |= SPI_CR1_SPE;			/* Re-enable SPI module */

	LCD_SPI->CR1 |= SPI_CR1_CSTART;			/* Re-start SPI Trasfer ready */

}

転送の手順は
①SPIモジュールをDisable
②HAL_SPI_Transmit_DMAを実行
③SPIのコールバック関数が転送完了を捕まえるまで待つ
④次の転送の準備を設定
となります。

特に④の下記コードに相当する後処理は超重要です！！

/* Restore nomal transfer settings */

	LCD_SPI->CR2  = 0;						/* Restore TSIZE */

	LCD_SPI->CFG2 &= ~(SPI_CFG2_COMM_Msk);	/* Restore FULL duplex mode */

	LCD_SPI->CR1 |= SPI_CR1_SPE;			/* Re-enable SPI module */

	LCD_SPI->CR1 |= SPI_CR1_CSTART;			/* Re-start SPI Trasfer ready */

これをやっておかないと通常転送ができなくなるので必ず
後処理はは忘れずに！！どれが欠けても動かなくなります。

こんなわけでかなり癖があるSTM32H5のSPIをDMAと交えて使用してみました。
今回は8bitSPI接続のTFT-LCD接続に特化したコードの紹介となりましたが、
繋がるSPIデバイスの特性よって設定はかなり変わりますのでそれぞれで
試行錯誤が必要となるでしょう…
…正直OCTO-SPIやSDMMCとかより動かすのしんどかった…。

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