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AD7190 DOUT/RDY 复用中断 + SPI DMA 连续采集与自愈 (ad7190-exti-spi-dma-acquisition)

处理 AD7190 的 DOUT/RDY 共脚中断、SPI DMA 连续采样、环形队列和超时复位恢复。

目录：mcu-baremetal/ad7190-exti-spi-dma-acquisition/ 范围：Scope: vendor 分类：单片机裸机开发 适用：ADI AD7190/AD7192 + N32G455/STM32 Cortex-M

SKILL.md 元数据

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name: ad7190-exti-spi-dma-acquisition
description: >-
  [Scope: vendor] AD7190 等 24-bit Σ-Δ 高精度 ADC 的 DOUT/RDY 引脚 EXTI+SPI MISO 双模复用、SPI DMA 连续采样、无锁环形队列与 40-bit 自动软复位自愈。
  当用户需要在 N32G455/STM32 等 MCU 上驱动 AD7190/AD7192/ADS1256、处理 DOUT/RDY 共脚中断竞态、或排查高采样率下 SPI DMA 超时与总线死锁时使用此技能。
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1. 适用范围

  • 技术方向：mcu-baremetal
  • 使用范围 (Scope)：vendor（适用于 ADI AD7190/AD7192/AD779x 系列 + N32G455/STM32 Cortex-M MCU）
  • 典型硬件配置：SPI Mode 3（CPOL=1, CPHA=1），软件片选 CS；DOUT/RDY 共用同一引脚（同时接 SPI MISO 与 EXTI 下降沿中断）；SPI RX/TX 绑定双通道 DMA（高抢占优先级，如优先级 1）。

2. 共脚中断与 DMA 配合

  1. DOUT/RDY 引脚双模复用竞态控制：
    • AD7190 在 Continuous Read（0x5C）模式下，转换完成时将 DOUT/RDY 拉低作为就绪中断信号；一旦主机发送 SCLK，该脚立即切换为 SPI MISO 输出 24-bit 数据 + 8-bit 状态字节（共 4 字节）。
    • 传输期间关闭 EXTI：SPI MISO 输出数据时会反复跳变，若 EXTI 仍然开启，这些跳变会被误判为 RDY 中断，导致重复进入 ISR。
    • 标准状态流：
      • 等待就绪态：CS 保持低电平，开启 EXTI 下降沿中断，dma_busy = 0。
      • EXTI 触发 ISR：确认 DOUT/RDY 为低电平且 dma_busy == 0 → 立即在 ISR 中屏蔽本通道 EXTI 中断并清挂起位 → 启动 4 字节 SPI RX/TX DMA（TX 发送 0x00 产生 32 个时钟）。
      • DMA RX 完成 ISR：停用 SPI DMA 请求，拼装 24-bit 样本与 8-bit 状态字节压入 256 槽无锁环形队列 → 清除传输期间残留的 EXTI 挂起标志 → 重新使能 EXTI 下降沿中断等待下一帧。
  2. 5 ms DMA 超时监控与 40-bit 连续高电平自动恢复：
    • 工业现场静电（ESD）或电源毛刺可能导致 AD7190 串行接口失步或 DMA 半途卡死。
    • 主循环 ad7190_service() 每轮检查：若 dma_busy 持续超过 5 ms 或发生 DMA_ERR，立即触发自愈序列：
      1. 屏蔽 EXTI，停止 SPI RX/TX DMA 并拉高 CS；
      2. 轮询发送 至少 5~6 字节 0xFF（≥ 40 个连续高电平 SCLK） 软复位 AD7190 串行接口；
      3. 等待 1 ms 后读取并校验 ID 寄存器（chip_id & 0x0FU == 0x04U）；
      4. 重新写入缓存的 GPOCON、CONF、MODE 寄存器，重新发送 0x5C 进入连续读并恢复 EXTI。
  3. 共享中断向量 (EXTI15_10_IRQn) 与低优先级 DMA 隔离：
    • 若 EXTI14（AD7190）与 EXTI11（如 LTC4150 电量计）共用 EXTI15_10_IRQn，中断优先级只能在板级 NVIC_Configuration() 统一配置一次，驱动内只改写 EXTI->IMASK 位，绝不重配 NVIC 或误清兄弟通道标志。
    • AD7190 DMA（如 DMA1 CH4/CH5，抢占优先级 1）必须高于刷屏等大块慢速 DMA（如 LCD SPI1 DMA，抢占优先级 3）。

寄存器位域定义、2402 Hz 采样率计算与恢复时序详见 references/ad7190-register-and-timing.md。

3. 操作步骤

  1. 分阶段上电初始化（防启动期队列溢出）：
    • 在 main() 前半段调用 AppAd7190_Init()：仅完成 GPIO/SPI2/DMA 初始化、40-bit 软复位、ID 校验与寄存器写入，暂不开启连续读取。
    • 等 LCD 初始化、Flash 扫描等所有长耗时阻塞初始化全部结束后，在进入 while(1) 与启动 IWDG 前一刻再调用 AppAd7190_Start()，避免初始化阻塞期间样本塞满环形队列导致 overrun。
  2. 主循环排空与去皮/标定解算 (AppAd7190_Process)：
    • 主循环每次调用 ad7190_service()（处理超时恢复），随后循环调用 ad7190_pop_sample() 排空环形队列。
    • 检查样本 status 字节：丢弃 ERR 或 NOREF 置位的异常帧，校验通道号 status & 0x07U 与预期一致。
  3. 记录六项采样计数器：
    • 驱动内置 rdy_irq_count、dma_complete_count、dma_error_count、dma_timeout_count、recovery_count、overrun_count，接入 RTT stat 命令实时监控。

4. 关键安全与并发约束检查清单

  • 重使能 EXTI 前先清 Pending：DMA 传输 4 字节期间 MISO 脚翻转必然再次置位 EXTI->PEND；DMA 完成 ISR 中必须先 EXTI_ClrITPendBit()，再置位 EXTI->IMASK，否则会立即误触发一次错误的 RDY 中断。
  • 退出连续读模式约束：要把 AD7190 从 CREAD (0x5C) 切回寄存器读写模式，必须在 DOUT/RDY 变低后发送 0x58（READ_DATA_NOCREAD），或直接发送 ≥ 40 个 1 软复位。
  • 恢复期采样空窗容忍：一次自动软复位约产生 11 ms 采样空窗，上层滤波和峰值捕捉算法不得假定样本严格等间隔到达。

5. 验证方法

  1. RTT 计数器稳态判据：
    • 芯片在线 ad7190_is_online() == 1；稳态运行下 rdy_irq_count 与 dma_complete_count 按标称 ODR（如 2402 Hz）同步增长，差值恒为 0 或 1；error / timeout / recovery / overrun 保持 0。
  2. 故障自愈注入测试：
    • 用杜邦线短暂触碰扰动 SCLK 或在调试器中单次挂起 DMA，观察 timeout_count 与 recovery_count 各加 1，且 15 ms 内采样自动恢复正常。

参考文档：AD7190 寄存器配置、2402 Hz 时序与 EXTI+DMA 状态切换 (references/ad7190-register-and-timing.md)

1. 常用寄存器地址与输出数据率 (ODR) 计算

AD7190 内部标称时钟 f_CLK = 4.92 MHz。当 CHOP = 0（斩波关闭）时，输出数据率公式为：

f_ODR = 4.92 MHz / (1024 × FS)
FS 配置值 (MODE[9:0]) 标称输出数据率 (f_ODR) 单帧间隔 典型应用场景
2 2402.3 Hz 416 μs 高速破断/按键瞬态力值峰值捕捉（数显拉力计默认）
4 1201.2 Hz 832 μs 中高速动态拉压测试
5 960.9 Hz 1.04 ms 接近 1 kHz 标准采样

核心寄存器配置组合（惠斯通电桥传感器推荐基线）：

  • GPOCON (0x28, 8-bit)：AD7190_GPOCON_BPDSW (1 << 6) —— 闭合桥路电源低端开关。
  • CONF (0x10, 24-bit)：
    • 差分通道：AD7190_CH_AIN3_AIN4
    • 增益：AD7190_GAIN_128 (0x07)（匹配 2.0 mV/V 传感器）
    • 极性与缓冲：UNIPOLAR = 0（双极性偏移二进制码，0x800000 为零点）、BUF = 1（开启输入缓冲）、REFSEL = 0（REFIN1）
  • MODE (0x08, 24-bit)：
    • MODE_SEL = 0（连续转换）、DAT_STA = 1（24-bit 数据后附带 8-bit STAT 寄存器）、CLKSRC = 2（内部时钟）、SINC3 = 0（使用 Sinc4 滤波器）、FS = 2。

2. DOUT/RDY 引脚在 EXTI 与 SPI DMA 间的精确切换时序

[空闲等待：CS = Low, EXTI14 Enabled, DMA Idle]
      │
      ▼  AD7190 转换完成，PB14 (DOUT/RDY) 下降沿
[EXTI14 ISR (Prio 1)]
  1. 确认 PB14 == Low 且 s_dma_busy == 0
  2. 立即关闭 EXTI14 IMASK 并清除 PEND（防 MISO 翻转风暴）
  3. 启动 4 字节 SPI2 RX/TX DMA（TX 发 0x00 产生 32 个 SCLK，4 MHz 耗时约 8 μs）
      │
      ▼  DMA1 CH4 RX 完成中断
[DMA1_CH4 ISR (Prio 1)]
  4. 关闭 SPI2 DMA 请求与通道
  5. 拼装 raw(24-bit) + status(8-bit) 压入 256 槽无锁 RingBuffer
  6. 先清除传输期产生的 EXTI14 PEND，再重新开启 EXTI14 IMASK

3. 中断内防重入与防伪触发代码范式

/* 1. EXTI14 ISR：触发采样 */
void ad7190_rdy_irq_handler(void)
{
    if (EXTI_GetITStatus(EXTI_LINE14) == RESET)
    {
        return;
    }
    EXTI_ClrITPendBit(EXTI_LINE14);

    if ((s_continuous_active == 0U) || (s_dma_busy != 0U))
    {
        return;
    }
    /* 确认引脚当前确实处于低电平就绪态 */
    if (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_PIN_14) != Bit_RESET)
    {
        return;
    }

    s_rdy_irq_count++;
    /* 关键：启动 SPI 时钟前先屏蔽 EXTI，防止 MISO 数据位翻转触发中断风暴 */
    EXTI->IMASK &= ~EXTI_LINE14;
    EXTI_ClrITPendBit(EXTI_LINE14);

    s_dma_start_tick = PlatformTime_GetMs();
    (void)ad7190_spi_dma_start(NULL, s_rx_dma_buf, 4U, 0x00U, 1U);
}

/* 2. DMA1 CH4 RX 完成 ISR：入队并恢复 EXTI */
void ad7190_dma_rx_irq_handler(void)
{
    if (DMA_GetIntStatus(DMA1_INT_TXC4, DMA1) != RESET)
    {
        ad7190_spi_dma_stop();
        s_dma_complete_count++;

        /* 拼装 24-bit 样本 + 1B Status 并压入无锁 RingBuffer */
        ad7190_push_frame(s_rx_dma_buf);

        /* 关键：先清除 MISO 翻转遗留的 EXTI 挂起位，再重新打开 EXTI 掩码 */
        if (s_continuous_active != 0U)
        {
            EXTI_ClrITPendBit(EXTI_LINE14);
            EXTI->IMASK |= EXTI_LINE14;
        }
    }
}
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