N32G455 SPI 与 DMA 配置参考

在单颗 MCU 上同时驱动高速彩屏、高精度 ADC 与非易失存储时，多路 SPI 外设与 DMA 控制器极易发生总线竞争与中断死锁。本文以 Cortex-M4（N32G455）架构为例，系统整理 SPI、DMA、EXTI 与中断优先级的资源分配与调用流程，并给出仲裁配置与联调检查项。

资源概览

并发子系统划分与外设映射

优先级仲裁与 NVIC 分组配置实现

为防止 LCD 刷屏 DMA 中断阻塞高频 ADC 连续采样，系统采用 NVIC_PriorityGroup_4（4 位全用于抢占优先级）：

void Sys_NVIC_Configuration(void)
{
    NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_4);

    /* 优先级 1: 硬实时测控传感器 (EXTI14 & SPI2 DMA) - 最高实时性，保证采样零丢包 */
    NVIC_InitType nvicAdc = {
        .NVIC_IRQChannel = EXTI15_10_IRQn,
        .NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1,
        .NVIC_IRQChannelSubPriority = 0,
        .NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE
    };
    NVIC_Init(&nvicAdc);

    /* 优先级 3: 异步显示流 (SPI1 LCD DMA RX 中断) - 允许被传感器中断抢占 */
    NVIC_InitType nvicLcd = {
        .NVIC_IRQChannel = DMA1_Channel1_IRQn,
        .NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 3,
        .NVIC_IRQChannelSubPriority = 0,
        .NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE
    };
    NVIC_Init(&nvicLcd);
}

时钟树与 SPI 时钟

系统运行于 HSI-PLL 128 MHz。SPI 串行时钟按 SCLK = 所属 PCLK / SPI 分频系数 计算；修改 HCLK 或 APB 分频后，必须同步复核 SCLK、SysTick、Flash 等待周期和全部超时。

不要用 Keil 工程元数据中的 CLOCK(...) 代替运行时钟计算。

SPI 资源表

三路 SPI 使用不同实例与引脚，可并行工作；但 LCD 和 AD7190 共用 DMA1，必须保持当前 DMA 通道分配与优先级关系。

DMA 与中断

DMA 映射

所有通道均为 Normal 模式、外设地址固定、非 Memory-to-Memory；W25Q128 不使用 DMA。SPI 是同步全双工接口，即使业务上只发送或只接收，也会同时产生 RX 数据和 TX 时钟：LCD 的 RX DMA 用于丢弃返回值，AD7190 的 TX DMA 发送 dummy byte 以产生时钟。

NVIC 配置

工程使用 NVIC_PriorityGroup_4，4 位都用于抢占优先级，副优先级没有有效位。因此 AD7190 的 EXTI 与 DMA 实际抢占级别相同，且均高于 LCD DMA。DMA1_CH2 与 DMA1_CH5 不启用独立 IRQ，完成判定以 RX 通道为主。

通用配置与传输规则

SPI 初始化顺序

新增或修改 SPI 时按以下顺序进行：

1. 确认原理图引脚、IO 电平、器件供电和复用关系。
2. 根据实际 PCLK 与器件最大 SCLK 选择分频，并保留裕量。
3. 打开 AFIO、GPIO、SPI 和所需 DMA 时钟。
4. 先将软件 CS 写为非选中电平，再配置为推挽输出，避免误选中器件。
5. 配置 SCK/MOSI 为复用推挽、MISO 为输入；上下拉依电路决定。
6. 在 SPI 禁用时配置主从、字长、CPOL/CPHA、NSS、分频和位序。
7. 不使用硬件 CRC 时关闭 CRC 计算；现有驱动未启用 CRC。
8. 清理遗留 RX 数据和 OVR，关闭 SPI DMA 请求。
9. 配置 DMA、NVIC、EXTI，清除历史标志后再使能。
10. 最后使能 SPI。

同一个 SPI 实例必须只有一个所有者。运行中不可用通用初始化函数覆盖驱动设置的 CPOL、CPHA、字长、分频、DMA 请求或引脚映射。

全双工 DMA 流程

启动传输时应遵循以下顺序：

确认上一笔传输结束
  → 关闭 SPI RX/TX DMA 请求
  → 禁用 RX、TX DMA 通道
  → 清全局/完成/错误标志并 DeInit 通道
  → 配置 RX DMA，再配置 TX DMA
  → 配置请求重映射和所需中断
  → 打开 SPI RX/TX DMA 请求
  → 先使能 RX DMA，再使能 TX DMA

必须先开 RX、后开 TX：TX 一启动便可能写入首项并产生时钟，RX 未就绪会丢失首项。DMA 通道使能后不能修改地址、方向或长度。BufSize 的单位是数据项：AD7190 使用 8 bit 项，等于字节数；LCD 像素使用 16 bit 项，等于像素数。

收尾时，RX TC 不代表最后一位已离开 SPI 移位寄存器。应确认 TC/TE 或超时、等待 BUSY 清零、关闭 SPI DMA 请求、禁用 DMA 与中断、清标志、恢复临时字长，最后才释放 CS。异常退出还需清 SPI OVR。

DMA 未结束前，发送缓冲区不得被修改或离开作用域，接收缓冲区不得被其他模块读写。N32G455 当前未使用数据缓存；迁移到带 D-Cache 的 MCU 时必须增加 cache clean/invalidate。

AD7190：SPI2 + DMA 连续采样

初始化与默认参数

AppAd7190_Init() 依次初始化 GPIO、SPI2、DMA1、EXTI14/NVIC，复位 AD7190，校验 ID 低 4 位为 0x4，再调用 ad7190_config_default()、ad7190_configure() 与 ad7190_start_continuous(NULL)。

FS 宏名不等同于最终有效输出率；采样率还受时钟、滤波器、斩波和多通道配置影响。

连续采样时序

发送 0x5C 进入 Continuous Read
  → CS 保持低，打开 PB14 EXTI14 下降沿
  → DOUT/RDY 下降沿触发 EXTI15_10_IRQHandler
  → 暂时关闭 EXTI14，避免数据位边沿误触发
  → CH5 发送 0x00 dummy，CH4 接收 3/4 字节帧
  → CH4 TC 中断解析帧并压入环形队列
  → 停止本次 DMA，重新打开 EXTI14

Continuous Read 期间 dummy 必须是 0x00；连续发送逻辑 1 可能触发串口复位。普通寄存器读取则使用 0xFF。PB14 同时承担 MISO 与 DOUT/RDY，DMA 期间必须关闭 EXTI14，完成并停止 SCLK 后再恢复。

驱动维护 256 项 ad7190_sample_t 环形数组，实际容量为 255 项：DMA ISR 是唯一生产者并只修改 head，主循环是唯一消费者并只修改 tail。队列满时丢弃最新帧、递增 overrun_count，并在发布/消费索引前使用 __DMB()。

正常应用只需在初始化阶段调用 AppAd7190_Init()，并在主循环持续调用 AppAd7190_Process()。重新配置寄存器前必须先调用 ad7190_stop_continuous()；连续模式下不应发起普通事务或单次读取。

诊断时关注：ad7190_get_rdy_irq_count() 与 ad7190_get_dma_complete_count() 应持续增长，ad7190_get_dma_error_count() 与 ad7190_get_overrun_count() 应保持为 0。

LCD：SPI1 + DMA 像素传输

命令、单字节参数和 RDDID 使用 SPI1 8 bit CPU 轮询；RGB565 像素传输时 SPI1 临时切换到 16 bit，由 DMA1_CH2 发送，CH1 丢弃同步接收值。像素缓冲区元素为 uint16_t，改变字长、位序或像素格式后须用色块和逻辑分析仪重新核对字节序。

bool LcdSt7789_DrawPixelsAsync(uint16_t x, uint16_t y,
                               uint16_t width, uint16_t height,
                               const uint16_t *pixels);

当 DMA 未完成、pixels == NULL、尺寸为零、区域超出 240×320，或 width * height > 65535 时，该函数返回 false。调用成功后，CS 保持低、SPI 保持 16 bit，直到传输真正结束；调用方必须保证 pixels 内容在 LcdSt7789_IsBusy() 返回 false 前持续有效且不被改写。

主循环每轮都应先调用 LcdSt7789_Process()，再由 UI 提交下一条带。当前 UI 使用 240×8 像素条带，每条带为 1920 像素/3840 字节。DMA ISR 只置完成/错误标志；主循环负责等待 BUSY 清零、关闭 DMA、释放 CS、恢复 8 bit，并以 200 ms 超时进行恢复。

LcdSt7789_Fill() 和 LcdSt7789_FillRect() 为同步 DMA 填充，发送地址始终指向同一 uint16_t color，超过 65535 像素会分块。异步传输期间不得调用同步填充、命令发送或重新初始化；上层必须保证互斥。

W25Q128：SPI3 轮询传输

W25Q128 不使用 DMA 或中断。SPI3 按字节轮询 TE、RNE，并在事务结束前等待 BUSY 清零；全部事务由 PA2 软件 CS 包围。

uint32_t jedecId;

if ((W25q128_Init() == W25Q128_STATUS_OK) &&
    (W25q128_ReadJedecId(&jedecId) == W25Q128_STATUS_OK))
{
    /* 期望 W25Q128_JEDEC_ID：0xEF4018。 */
}

W25q128_ReadJedecId() 只返回读取结果，不会自动比较器件 ID。W25q128_Read() 的地址和长度不能超过 16 MiB；W25q128_Write() 会按 256 字节页边界分块但不会自动擦除；W25q128_SectorErase() 要求 4 KiB 对齐。页编程与扇区擦除超时分别为 100 ms、1000 ms。

该驱动为阻塞式，长读写或擦除会影响 AD7190 队列消费、LCD Process 和约 1 s 的 IWDG 喂狗。大批量存储应改为分段调度，或设计明确的非阻塞状态机。

初始化、调度与风险

当前初始化顺序为：

RCC_Configuration()
  → AppAd7190_Init()
  → W25q128_Init()
  → LcdSt7789_Init()
  → AppUi_Init()
  → Iwdg_Init()

主循环顺序为：

LcdSt7789_Process();
AppUi_Process();
AppAd7190_Process();
Iwdg_Feed();

三个 Process 都不能长期缺席。新增阻塞操作前应评估最坏执行时间，保证 LCD 可在 200 ms 内完成收尾、AD7190 队列不溢出、IWDG 能在约 1 s 内喂狗。

当前实现中，LCD 的 32 MHz Mode 0 与 ST7789 初始化、AD7190 的 4 MHz Mode 3 和默认采样参数，都只是源码配置而非板级验证。AD7190 仅对 RX CH4 开中断，LCD 仅对 RX CH1 开中断；对应 TX 通道单独异常时，分别依赖上层处理或 200 ms 超时恢复。轮询循环计数的超时会受主频和编译优化影响，毫秒级恢复优先使用 mwTick。

故障排查与接入清单

新设备接入前，至少确认以下事项：

• 从原理图确认引脚、电平、上下拉、供电与安全初始状态。
• 从数据手册确认 CPOL/CPHA、位序、字长、最大 SCLK、CS 时序和 dummy 规则。
• 按实际 PCLK 计算 SCLK，并确认复用、DMA 通道、请求重映射与 IRQ 没有冲突。
• 为 RX/TX 配置一致的数据项数，先开 RX 后开 TX；核对缓冲区类型、对齐、长度单位和生命周期。
• 设计 TC、TE、SPI/器件 BUSY 和总事务超时的恢复路径；ISR 仅处理最小状态与数据投递。
• 用逻辑分析仪核对 CS/SCLK/MOSI/MISO 的模式、频率、帧长和边沿关系，并做长时间错误、丢帧、溢出与异常恢复测试。

完成板级验证时，应同时观察三路 SPI 信号；在 LCD 连续刷新下运行 AD7190；统计 RDY、DMA 完成、DMA 错误和 overrun；以色块/棋盘格验证 LCD；对 W25Q128 做跨页、边界、擦除和读回测试；并人为制造断线或超时，确认驱动可以退出 Busy、释放 CS 并恢复后续事务。