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STM32F103标准库实战：手把手配置SPI1的DMA通道3，搞定LVGL显存刷新

news 2026/5/24 4:34:30

STM32F103标准库实战：SPI1+DMA通道3高效驱动LVGL显存刷新

在嵌入式GUI开发中，流畅的界面渲染往往受限于屏幕刷新效率。当使用ST7735S这类SPI接口屏幕时，传统CPU轮询方式会导致明显的"拉窗帘"效果。本文将基于STM32F103标准库，详细解析如何通过SPI1配合DMA1_Channel3实现LVGL显存的高效刷新，让128x128分辨率的屏幕达到60FPS的流畅度。

1. 硬件架构与核心原理

1.1 SPI+DMA的协同工作机制

SPI（Serial Peripheral Interface）作为同步串行通信接口，其硬件实现相比软件模拟可提升5-10倍的传输速率。当与DMA（Direct Memory Access）结合时，数据传输过程完全由硬件自动完成，CPU仅在传输前后介入，实现真正的"零拷贝"刷新。

关键参数对应关系：

SPI1_SCK → PA5
SPI1_MOSI → PA7
DMA1_Channel3 → SPI1_TX专用通道

1.2 显存管理策略

LVGL默认采用双缓冲机制，但针对小内存MCU，我们可以优化为单缓冲+局部刷新：

uint8_t lcd_gram[128][256]; // 128x128 RGB565格式

内存布局遵循ST7735S的列行式寻址，每个像素点对应两个字节（高字节R/G，低字节G/B）。

2. 硬件SPI1的精确配置

2.1 GPIO与SPI初始化

确保时钟使能顺序正确是稳定通信的前提：

void SPI1_Init(void) { GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct; SPI_InitTypeDef SPI_InitStruct; // 1. 使能时钟 RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_SPI1, ENABLE); // 2. 配置PA5(SCK), PA7(MOSI)为复用推挽输出 GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5 | GPIO_Pin_7; GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct); // 3. SPI参数配置 SPI_InitStruct.SPI_Direction = SPI_Direction_1Line_Tx; // 单线发送 SPI_InitStruct.SPI_Mode = SPI_Mode_Master; SPI_InitStruct.SPI_DataSize = SPI_DataSize_8b; SPI_InitStruct.SPI_CPOL = SPI_CPOL_High; // 时钟极性 SPI_InitStruct.SPI_CPHA = SPI_CPHA_2Edge; // 时钟相位 SPI_InitStruct.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft; SPI_InitStruct.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_2; // 36MHz/2=18MHz SPI_InitStruct.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB; SPI_Init(SPI1, &SPI_InitStruct); SPI_Cmd(SPI1, ENABLE); }

注意：SPI时钟相位(CPHA)必须与屏幕驱动IC要求的采样边沿严格匹配，ST7735S通常需要上升沿采样。

2.2 关键参数解析

参数	推荐值	作用说明
SPI_BaudRatePrescaler	SPI_BaudRatePrescaler_2	在72MHz系统时钟下达到36MHz SPI速率
SPI_CPOL	High	空闲时SCK保持高电平
SPI_DataSize	8b	按字节传输而非16位字模式
SPI_Direction	1Line_Tx	仅使用MOSI线进行单向传输

3. DMA1通道3的深度配置

3.1 DMA初始化代码实现

DMA配置需要特别注意内存与外设地址的对齐：

void DMA1_Channel3_Init(void) { DMA_InitTypeDef DMA_InitStruct; RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA1, ENABLE); DMA_DeInit(DMA1_Channel3); DMA_InitStruct.DMA_PeripheralBaseAddr = (uint32_t)&(SPI1->DR); DMA_InitStruct.DMA_MemoryBaseAddr = (uint32_t)lcd_gram; DMA_InitStruct.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralDST; // 内存→外设 DMA_InitStruct.DMA_BufferSize = 0; // 初始设为0，实际传输前设置 DMA_InitStruct.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable; DMA_InitStruct.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable; DMA_InitStruct.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_Byte; DMA_InitStruct.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_Byte; DMA_InitStruct.DMA_Mode = DMA_Mode_Normal; // 非循环模式 DMA_InitStruct.DMA_Priority = DMA_Priority_High; DMA_InitStruct.DMA_M2M = DMA_M2M_Disable; DMA_Init(DMA1_Channel3, &DMA_InitStruct); DMA_Cmd(DMA1_Channel3, DISABLE); // 初始保持关闭 }

3.2 传输过程状态机

完整的DMA传输包含以下阶段：

准备阶段：设置显存区域坐标（通过ST7735S命令）
启动阶段：
- 清除TC3标志位
- 设置传输数据量（128x128x2=32768字节）
- 使能SPI的DMA请求
等待阶段：轮询DMA_GetFlagStatus(DMA1_FLAG_TC3)
收尾阶段：禁用DMA通道，拉高CS片选

4. LVGL驱动层适配要点

4.1 显示缓冲区配置

在lv_conf.h中修改关键参数：

#define LV_COLOR_DEPTH 16 #define LV_HOR_RES_MAX 128 #define LV_VER_RES_MAX 128 #define LV_VDB_SIZE 50 // 根据可用RAM调整

4.2 刷新函数对接

实现LVGL的flush_cb回调函数：

void my_flush_cb(lv_disp_drv_t * disp_drv, const lv_area_t * area, lv_color_t * color_p) { uint16_t width = area->x2 - area->x1 + 1; uint16_t height = area->y2 - area->y1 + 1; // 1. 设置刷新区域 Lcd_SetRegion(area->x1, area->y1, area->x2, area->y2); // 2. 启动DMA传输 DMA1_Channel3->CNDTR = width * height * 2; DMA_Cmd(DMA1_Channel3, DISABLE); DMA_ClearFlag(DMA1_FLAG_TC3); SPI_I2S_DMACmd(SPI1, SPI_I2S_DMAReq_Tx, ENABLE); DMA_Cmd(DMA1_Channel3, ENABLE); // 3. 等待传输完成 while(!DMA_GetFlagStatus(DMA1_FLAG_TC3)); // 4. 通知LVGL刷新完成 lv_disp_flush_ready(disp_drv); }