一种提高软件方式SPI通信速率的方法技术

一种提高软件方式SPI通信速率的方法，基于DMA操作，在不通过CPU干预的方式下，将数据直接从存储器写到GPIO数据寄存器。通信速率不再取决于CPU性能，而是由DMA搬运数据的速度和GPIO的翻转速度决定。因此，软件SPI的通信速率可大大提高，系统工作效率也得到提高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种提高软件方式SPI通信速率的方法，尤其适用于时钟速率有上限或产品芯片已经选定，电路结构不易改变的系统。
技术介绍
SPI接口的全称是‘、erial Peripheral Interface”，意为串行外围接口，是一种高速、全双工、同步的通信总线，并且连线简单，节省电路空间，近年来得到了非常广泛的应用。目前SPI通信中，有很大一部分应用是主机采用软件的方式(即通过GPI0(通用输入输出)端口产生高低电平)模拟SPI通信协议与从设备进行通信。尤其是一些比较低端的通用单片机控制器芯片MCU中常常不集成SPI模块，主机用软件方式模拟SPI端口的应用方式就更为普遍。图1是目前普遍采用的软件方式SPI方法的示意图，目前普遍采用的软件方式SPI 通信是首先将待发送SPI通信数据通过CPU逐位比较的方式转换成串行数据(0/1)，然后根据串行数据在GPIO端口产生SPI通信需要的时钟驱动和数据驱动(GPI0端口翻转)，这整个过程需要在CPU控制下完成，占用了大量CPU资源。这种方法方便可行，省去了对控制器集成SPI模块的要求也降低了硬件成本，缩短了开发周期。但是由于通过软件方式模拟SPI通信在GPIO端口上产生翻转需要花费大量的CPU处理时间，系统最快通信速率受限于系统工作频率和CPU处理性能，通信速度很难提高，成为这种应用方式的瓶颈。
技术实现思路
本专利技术提供了一种提高软件方式SPI通信速率的方法，大大提高了软件方式SPI 通信速率和系统的工作效率。为了达到上述目的，本专利技术提供一种提高软件方式SPI通信速率的方法，包含以下步骤步骤1、对单片机MCU系统进行初始化； 步骤2、设定SPI通讯协议；步骤3、建立用于将待发送SPI数据解析成GPIO端口驱动数据的解析数组； 步骤4、将待发送的SPI数据通过步骤3中的解析数组解析成用于驱动GPIO端口的驱动数组；步骤5、为DMA传输创建连续的存储区； 步骤6、对DMA模块进行正确配置，为SPI数据发送做好准备； 步骤7、启动DMA传输，在GPIO端口上产生软件模拟的SPI数据通信波形； 步骤8、检查待发送数据是否已经全部发送完成，如果发送完成则程序退出，否则返回步骤4准备开始下一次数据传输。所述的步骤1中，初始化包括配置堆载、配置时钟频率、中断设置、配置外设接口 GPIO和DMA模块。所述的步骤2中，设定为在系统时钟CLK的上升沿或者下降沿读取SPI数据线 MOSI线上的数据，设定发送的数据是LSB低位在先或者是MSB高位在先。所述的步骤3中，解析数组是专门用于将待发送的SPI数据变换成GPIO端口驱动数据的一个映射方法。所述的步骤5中，存储区创建于静态随机存储器SRAM中。所述的步骤6中，使能DMA模块及DMA中断，每发送一个字节可产生一个完成中断，然后再通过查步骤3中的解析数组表发送另一个字节。本专利技术大大提高了软件方式SPI通信速率和系统的工作效率。附图说明图1是
技术介绍
中软件方式SPI方法的示意图； 图2是通用单片机控制器芯片MCU的模块框图3是本专利技术的功能示意图； 图4是本专利技术的流程图； 图5是对本专利技术进行验证的波形图。具体实施例方式以下根据图2 图5，具体说明本专利技术的较佳实施例。其中图2给出了一个通用 MCU的模块框图，包括CPU、只读存储器ROM、静态随机存储器SRAM、闪存Flash、通用输入输出接口 GPI0、通用异步收发器UART、串行外围接口 SPI、直接访问存储器DMA、计时器TIMER 和看门狗电路Watchdog等。在很多应用中，除了使用单片机MCU自带的SPI接口模块，也会通过GPIO来模拟其他串行总线，如SPI接口来实现某些功能。通常MCU中的模拟串行总线，如SPI，采用CPU控制GPIO方式，效率和性能比较低， 本专利技术提出一种提高软件方式SPI通信速率的方法，基于DMA操作，在不通过CPU干预的方式下，将数据直接从存储器写到GPIO数据寄存器。Direct Memory Access (直接访问存储器)是一种高速的数据传输操作，允许在外部设备和存储器之间直接读写数据，既不通过CPU，也不需要CPU干预，整个数据传输操作在一个称为"DMA控制器“的模块控制下进行。CPU除了在数据传输开始和结束时做一点处理工作外，在通信过程中CPU可以继续进行其他的工作。这样，在大部分时间里，CPU和 DMA、GPIO模块处于并行操作，通信速率不再取决于系统工作频率，而是由DMA搬运数据的速度和GPIO的翻转速度决定。因此，软件SPI的通信速率可大大提高，系统工作效率也得到提高。图3是本专利技术在SPI通信应用中所处的位置，即本专利技术是对软件方式模拟SPI方法的改进，可以代替SPI发送模块实现高速SPI数据发送，并且可在系统时钟不变的情况下提高软件方式SPI发送的通信速率。如图4所示，本专利技术提供一种提高软件方式SPI通信速率的方法，包含以下步骤 步骤1、对单片机MCU系统进行初始化；通常MCU系统初始化包括配置堆载、配置时钟频率(如48MHz)、中断设置，及部分外设接口初始化；本专利技术中，外设接口使用了 GPIO和DMA，故需要配置GPIO和DMA模块； 步骤2、设定SPI通讯协议；系统时钟CLK的上升沿读取SPI数据线MOSI线上的数据，低位在先； 本专利技术以SPI模拟为例，SPI接口有4个信号M0SI (主出从入)，MIS0 (主入从出)，CLK (SPI时钟)，SS (从设备选择)，SPI协议中可以规定为在CLK上升沿或者下降沿读取MOSI 线上的数据，也可以选择发送的数据是LSB (低位)在先还是MSB (高位)在先；步骤3、建立用于将待发送SPI数据解析成GPIO端口驱动数据的解析数组； 这个解析数组是专门用于将待发送的SPI数据变换成GPIO端口驱动数据的一个映射方法，是DMA搬运之前对待发送数据进行预处理的一个关键步骤，建立这个数组的步骤如下模拟SPI发送4bit数据0000b，GPI0数据寄存器(假设GPIO共8个引脚，本专利技术的实施例中用了 GPIO的第3、4号引脚，分别为时钟线CCK、数据线M0SI，如果一个0x00表示GPIO 的8个引脚输出，可以看到本实施例中只有第3、4号信号在翻转)应该顺序写入的数据为 0x00，0x04，0x00,0x04,0x00,0x04,0x00,0x04,对于小端 MCU，DMA 源数据区用字方式访问时应该存储的源数据为0x04000400，0x04000400，而对于大端MCU，DMA源数据区用字方式访问时应该存储的源数据为0x00040004，0x00040004。发送l_f可类推，创建DMA模拟SPI 发送4bit (Ο-f)的解析数组查表如下(OxOO-Oxff可由下表组合而成，下表以小端MCU为例)权利要求1.一种提高软件方式SPI通信速率的方法，其特征在于，该方法包含以下步骤步骤1、对单片机MCU系统进行初始化；步骤2、设定SPI通讯协议；步骤3、建立用于将待发送SPI数据解析成GPIO端口驱动数据的解析数组；步骤4、将待发送的SPI数据通过步骤3中的解析数组解析成用于驱动GPIO端口的驱动数组；步骤5、为DMA传输创建连续的存储区；步骤6、对DMA模块进行正确配置，为SPI数据发送做好本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈诚，陈玲，
申请(专利权)人：上海爱信诺航芯电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：