2. 硬件平台介绍：常用MCU的SPI外设架构与DMA控制器特性

本章以STM32系列MCU（特别是STM32F4/F7/H7系列）为典型硬件平台，深入剖析SPI外设的内部架构、数据流路径以及DMA控制器的关键特性。理解这些硬件细节是后续实现“轮询模式配置DMA传输”的基础。

2.1 SPI外设架构详解

STM32的SPI模块是一个同步、全双工串行通信接口，支持主/从模式。其核心架构围绕一个8/16位移位寄存器和双缓冲收发数据寄存器构建。

2.1.1 SPI外设关键寄存器与数据流

2.1.2 SPI外设架构图

下图展示了SPI外设内部的数据流路径，以及它与CPU、DMA控制器和外部设备的连接关系。

2.2 DMA控制器特性

DMA（Direct Memory Access）控制器允许外设与存储器之间直接传输数据，无需CPU干预。STM32的DMA控制器具有多个数据流（Stream）和通道（Channel），支持多种传输模式。

2.2.1 DMA控制器核心特性

• 多数据流与通道： 每个DMA控制器包含8个数据流（Stream 0~7），每个数据流可配置8个通道（Channel 0~7），分别对应不同的外设请求源。
• 传输方向： 支持外设到内存、内存到外设、内存到内存三种传输方向。
• 数据宽度： 支持字节（8位）、半字（16位）、字（32位）三种数据宽度，且外设与内存的数据宽度可独立配置（自动对齐或填充）。
• 传输模式： 支持普通模式（传输完成后停止）、循环模式（传输完成后自动重载，适用于连续数据流）。
• 优先级： 每个数据流有4级可编程优先级（低、中、高、非常高），用于仲裁多个DMA请求。
• FIFO与直接模式： 每个数据流内置一个4字（16字节）FIFO，可启用FIFO模式进行数据打包/解包，或使用直接模式降低延迟。

2.2.2 SPI与DMA的典型连接配置

在STM32中，SPI外设的TX和RX请求分别映射到DMA的不同数据流和通道。以STM32F4为例：

2.2.3 DMA传输配置流程图

下图展示了从初始化到启动DMA传输的完整配置流程，其中轮询模式体现在等待传输完成的阶段。

2.3 轮询模式与DMA的协同机制

在轮询模式下实现SPI DMA传输，核心思想是：CPU负责初始化配置，DMA负责数据搬运，CPU通过轮询标志位来同步传输完成状态。这种模式既利用了DMA的高效性，又避免了中断上下文切换的开销，适用于中等数据量的同步通信场景。

2.3.1 轮询等待的两种策略

• 策略一：轮询DMA传输完成标志 —— 检查DMA数据流的传输完成中断标志（TCIF），该标志在DMA传输完预设数量的数据后由硬件置位。优点：精确知道传输结束时刻。缺点：需额外清除标志。
• 策略二：轮询SPI的BSY标志 —— 检查SPI_SR寄存器的BSY位，该位在SPI总线空闲时清零。优点：确保SPI总线完全释放。缺点：BSY位在最后一个字节传输完成后可能仍有短暂延迟。

在实际开发中，通常组合使用两种策略：先轮询DMA TCIF标志确认DMA传输完成，再轮询SPI BSY标志确认总线空闲，最后读取接收缓冲区数据。

2.3.2 轮询模式代码框架示例

/* 轮询模式SPI DMA传输函数 */
void SPI_DMA_Polling_Transfer(SPI_TypeDef* SPIx, 
                              uint8_t* tx_buf, 
                              uint8_t* rx_buf, 
                              uint16_t len)
{
    /* 1. 配置DMA传输参数（源地址、目标地址、长度） */
    DMA_Config_Transfer(SPIx, tx_buf, rx_buf, len);
    
    /* 2. 使能DMA数据流 */
    DMA_Stream_Enable(DMA2_Stream3);  /* 以SPI1 TX为例 */
    DMA_Stream_Enable(DMA2_Stream0);  /* 以SPI1 RX为例 */
    
    /* 3. 使能SPI的DMA请求 */
    SPIx->CR2 |= SPI_CR2_TXDMAEN | SPI_CR2_RXDMAEN;
    
    /* 4. 轮询等待DMA传输完成 */
    while(!(DMA2->LISR & DMA_LISR_TCIF0));  /* 等待RX Stream完成 */
    
    /* 5. 轮询等待SPI总线空闲 */
    while(SPIx->SR & SPI_SR_BSY);
    
    /* 6. 清除DMA标志 */
    DMA2->LIFCR |= DMA_LIFCR_CTCIF0;
    
    /* 7. 禁用DMA和SPI的DMA请求（可选） */
    SPIx->CR2 &= ~(SPI_CR2_TXDMAEN | SPI_CR2_RXDMAEN);
    DMA_Stream_Disable(DMA2_Stream3);
    DMA_Stream_Disable(DMA2_Stream0);
}