4. 驱动适配核心概念

SPI接口的显示屏，在嵌入式GUI里太常见了。小到智能手表，大到工业控制面板，很多都用它。说实话，我最早接触SPI屏的时候，觉得不就是发几个字节嘛，能有多难？结果第一次点亮屏幕，花了我整整两天——不是协议不对，是初始化序列里一个延时参数没给够。

好，咱们今天就把这块彻底讲透。从SPI协议最核心的点开始，到写命令/写数据的封装，再到DMA传输优化，一条线串下来。

4.1 SPI协议快速回顾

SPI是同步、全双工的串行通信。主设备产生时钟，同时收发数据。对于显示屏驱动，我们通常只关心主设备发往从设备的数据方向，也就是MOSI线上的内容。

SPI有四种模式，由时钟极性(CPOL)和时钟相位(CPHA)决定。我见过不少新手在这上面栽跟头——屏不亮，查了半天，结果是模式配错了。

我个人习惯，拿到一块新屏，第一件事就是看数据手册里的时序图。手册里通常会画出来，照着配就行。别猜，猜容易出事。

4.2 初始化序列——点亮屏幕的第一步

初始化序列，说白了就是给屏发一串配置命令，让它进入正常工作状态。每个屏的初始化序列都不一样，但套路是通用的。

典型的初始化流程是这样的：

1. 硬件复位：拉低RST引脚至少10ms，再拉高。确保屏内部状态机复位。
2. 退出睡眠模式：发SLPOUT命令。之后要等120ms以上，让屏内部DC-DC稳定。
3. 设置像素格式：比如COLMOD命令，设置16位色或18位色。
4. 设置显示方向：MADCTL命令，控制横竖屏、BGR顺序等。
5. 设置显示窗口：CASET和RASET，定义可写入的像素区域。
6. 开启显示：DISPON命令。

嗯，这里要注意。不同厂商的屏，初始化序列长度差别很大。有的屏只需要十几条命令，有的需要四五十条。我曾经遇到过一块屏，手册上给了60多条初始化命令，少发一条，颜色就偏得离谱。

4.3 写命令/写数据函数封装

SPI屏驱动里，最核心的两个函数就是写命令和写数据。它们的区别在于DC引脚的电平——命令时DC拉低，数据时DC拉高。

我习惯这样封装：

// 底层SPI发送一个字节
static void spi_write_byte(uint8_t data)
{
    // 等待发送缓冲区空
    while (!(SPI->SR & SPI_SR_TXE));
    // 发送数据
    SPI->DR = data;
    // 等待接收完成（全双工必须等）
    while (!(SPI->SR & SPI_SR_RXNE));
    // 读DR清标志
    (void)SPI->DR;
}

// 写命令
void lcd_write_cmd(uint8_t cmd)
{
    LCD_DC_LOW();      // DC拉低，表示命令
    LCD_CS_LOW();      // 片选拉低
    spi_write_byte(cmd);
    LCD_CS_HIGH();     // 片选拉高
    LCD_DC_HIGH();     // DC恢复高电平
}

// 写数据
void lcd_write_data(uint8_t data)
{
    LCD_DC_HIGH();     // DC拉高，表示数据
    LCD_CS_LOW();
    spi_write_byte(data);
    LCD_CS_HIGH();
}

// 批量写数据（用于填充显存）
void lcd_write_data_bulk(uint8_t *buf, uint32_t len)
{
    LCD_DC_HIGH();
    LCD_CS_LOW();
    for (uint32_t i = 0; i < len; i++) {
        spi_write_byte(buf[i]);
    }
    LCD_CS_HIGH();
}

你看，逻辑很简单。但实际项目中，批量写数据这个函数往往是性能瓶颈。因为每发一个字节都要轮询等待，CPU被死死卡住。这时候就需要DMA出场了。

4.4 DMA传输优化——让CPU喘口气

为什么需要DMA？你想想看，一块320x240的16位色屏，一帧数据是320×240×2 = 153600字节。如果SPI时钟20MHz，纯轮询发送一帧大约需要7.68ms。这7.68ms里CPU什么都干不了，只能在那等。

用DMA就不一样了。CPU把数据地址和长度配好，启动DMA，然后就可以去干别的事。DMA传输完成后触发中断，通知CPU。

DMA传输的典型流程：

1. 配置DMA通道：源地址（内存）、目的地址（SPI数据寄存器）、传输长度。
2. 设置SPI为DMA请求模式：使能SPI的TX DMA请求。
3. 启动DMA传输。
4. 等待DMA传输完成中断。
5. 在中断里关闭DMA，处理后续。

代码实现大致如下：

// 使用DMA发送数据（非阻塞）
void lcd_write_data_dma(uint8_t *buf, uint32_t len)
{
    // 等待上一次DMA传输完成
    while (dma_busy);
    
    LCD_DC_HIGH();
    LCD_CS_LOW();
    
    // 配置DMA
    DMA->CCR = 0;  // 复位配置
    DMA->CPAR = (uint32_t)&(SPI->DR);  // 外设地址
    DMA->CMAR = (uint32_t)buf;          // 内存地址
    DMA->CNDTR = len;                   // 传输长度
    DMA->CCR = DMA_CCR_MINC |           // 内存地址递增
               DMA_CCR_DIR |            // 内存到外设
               DMA_CCR_TCIE;            // 传输完成中断使能
    
    dma_busy = 1;
    DMA->CCR |= DMA_CCR_EN;            // 使能DMA
    
    // 使能SPI的TX DMA请求
    SPI->CR2 |= SPI_CR2_TXDMAEN;
}

// DMA传输完成中断
void DMA_IRQHandler(void)
{
    if (DMA->ISR & DMA_ISR_TCIF) {
        DMA->IFCR = DMA_IFCR_CTCIF;    // 清除标志
        DMA->CCR &= ~DMA_CCR_EN;       // 关闭DMA
        SPI->CR2 &= ~SPI_CR2_TXDMAEN;  // 关闭SPI DMA请求
        LCD_CS_HIGH();
        dma_busy = 0;
    }
}

4.5 整体驱动架构

把上面这些串起来，一个完整的SPI屏驱动架构就出来了。我画了张图，帮你理清关系。

这个架构的好处是分层清晰。如果以后要换MCU，只需要改传输层和硬件层，上面的接口层基本不用动。我在多个项目里复用这套结构，移植效率很高。

4.6 性能对比：轮询 vs DMA

最后，咱们用数据说话。我实际测过一块320x240的屏，SPI时钟20MHz，刷一帧全屏数据：

你看，传输时间几乎一样，但CPU占用率天差地别。DMA方式下，CPU可以在传输期间处理其他任务——比如触摸扫描、通信协议、GUI计算。这就是优化的价值。