硬件SPI与软件模拟SPI速率对比

1、前言

本文使用AT32F425驱动RC522来测试SPI1的速率，关于RC522的详细代码操作可查帖子【GD32L233C-START】硬件SPI1驱动RC522。

2、关于AT32F425的SPI

AT32F425系列最多有3个spi，本文使用SPI1。

3、SPI1的最大速率

SPI1挂在APB2总线上，APB2总线的最大速率是96MHz；
SPI的最大速率为fPCLK/2，即48Mhz。

4、代码实现

/*SPI1 :  PA4/CS  PA5/SCK    PA6/MISO   PA7/MOSI
*/

（1）模拟SPI

#define SET_SPI_CS()  gpio_bits_set(GPIOA, GPIO_PINS_4)
#define CLR_SPI_CS() gpio_bits_reset(GPIOA, GPIO_PINS_4) #define SET_SPI_SCLK() gpio_bits_set(GPIOA,GPIO_PINS_5)
#define CLR_SPI_SCLK() gpio_bits_reset(GPIOA,GPIO_PINS_5)//SCL=SCLK#define SET_SPI_MOSI() gpio_bits_set(GPIOA,GPIO_PINS_7)
#define CLR_SPI_MOSI() gpio_bits_reset(GPIOA,GPIO_PINS_7)//SDO=MOSI#define READ_SPI_MISO() gpio_input_data_bit_read(GPIOA,GPIO_PINS_6) //SDI=MISOvoid SpiIoInit(void)
{   crm_periph_clock_enable(CRM_GPIOA_PERIPH_CLOCK, TRUE);gpio_init_type gpio_initstructure;/* configure the lcd gpio */gpio_initstructure.gpio_drive_strength = GPIO_DRIVE_STRENGTH_STRONGER;gpio_initstructure.gpio_out_type  = GPIO_OUTPUT_PUSH_PULL;gpio_initstructure.gpio_mode = GPIO_MODE_OUTPUT;gpio_initstructure.gpio_pins = GPIO_PINS_4|GPIO_PINS_5|GPIO_PINS_7;gpio_initstructure.gpio_pull = GPIO_PULL_NONE;gpio_init(GPIOA, &gpio_initstructure);gpio_bits_set(GPIOA,GPIO_PINS_4|GPIO_PINS_5|GPIO_PINS_7);gpio_initstructure.gpio_drive_strength = GPIO_DRIVE_STRENGTH_STRONGER;gpio_initstructure.gpio_out_type  = GPIO_OUTPUT_PUSH_PULL;gpio_initstructure.gpio_mode = GPIO_MODE_INPUT;gpio_initstructure.gpio_pins = GPIO_PINS_6;gpio_initstructure.gpio_pull = GPIO_PULL_NONE;gpio_init(GPIOA, &gpio_initstructure);gpio_bits_set(GPIOA,GPIO_PINS_6);}uint8_t  SPIWriteByte(uint8_t dat)
{uint16_t ret=0;u8 i;CLR_SPI_CS();for(i=0;i<8;i++){            if(dat&0x80){SET_SPI_MOSI();}else{CLR_SPI_MOSI();}dat<<=1;
//      delay_us(1);SET_SPI_SCLK();ret<<=1;if(READ_SPI_MISO()){ret+=1;}
//      delay_us(1);CLR_SPI_SCLK();}SET_SPI_CS();return (ret&0x0ff);
}

（2）硬件SPI

void SpiIoInit(void)
{   gpio_initstructure.gpio_out_type       = GPIO_OUTPUT_PUSH_PULL;gpio_initstructure.gpio_pull           = GPIO_PULL_UP;gpio_initstructure.gpio_mode           = GPIO_MODE_OUTPUT;gpio_initstructure.gpio_drive_strength = GPIO_DRIVE_STRENGTH_STRONGER;gpio_initstructure.gpio_pins = GPIO_PINS_4;gpio_init(GPIOA, &gpio_initstructure);gpio_pin_mux_config(GPIOA, GPIO_PINS_SOURCE5, GPIO_MUX_0);gpio_pin_mux_config(GPIOA, GPIO_PINS_SOURCE6, GPIO_MUX_0);gpio_pin_mux_config(GPIOA, GPIO_PINS_SOURCE7, GPIO_MUX_0);gpio_default_para_init(&gpio_initstructure);gpio_initstructure.gpio_out_type       = GPIO_OUTPUT_PUSH_PULL;gpio_initstructure.gpio_pull           = GPIO_PULL_DOWN;gpio_initstructure.gpio_mode           = GPIO_MODE_MUX;gpio_initstructure.gpio_drive_strength = GPIO_DRIVE_STRENGTH_STRONGER;gpio_initstructure.gpio_pins = GPIO_PINS_5;gpio_init(GPIOA, &gpio_initstructure);gpio_initstructure.gpio_out_type       = GPIO_OUTPUT_PUSH_PULL;gpio_initstructure.gpio_pull           = GPIO_PULL_UP;gpio_initstructure.gpio_mode           = GPIO_MODE_MUX;gpio_initstructure.gpio_drive_strength = GPIO_DRIVE_STRENGTH_STRONGER;gpio_initstructure.gpio_pins = GPIO_PINS_6;gpio_init(GPIOA, &gpio_initstructure);gpio_initstructure.gpio_out_type       = GPIO_OUTPUT_PUSH_PULL;gpio_initstructure.gpio_pull           = GPIO_PULL_UP;gpio_initstructure.gpio_mode           = GPIO_MODE_MUX;gpio_initstructure.gpio_drive_strength = GPIO_DRIVE_STRENGTH_STRONGER;gpio_initstructure.gpio_pins = GPIO_PINS_7;gpio_init(GPIOA, &gpio_initstructure);spi_init_type spi_init_struct;crm_periph_clock_enable(CRM_SPI1_PERIPH_CLOCK, TRUE);spi_default_para_init(&spi_init_struct);spi_init_struct.transmission_mode = SPI_TRANSMIT_FULL_DUPLEX;spi_init_struct.master_slave_mode = SPI_MODE_MASTER;spi_init_struct.mclk_freq_division = SPI_MCLK_DIV_8;spi_init_struct.first_bit_transmission = SPI_FIRST_BIT_MSB;spi_init_struct.frame_bit_num = SPI_FRAME_8BIT;spi_init_struct.clock_polarity = SPI_CLOCK_POLARITY_LOW;spi_init_struct.clock_phase = SPI_CLOCK_PHASE_1EDGE;spi_init_struct.cs_mode_selection = SPI_CS_SOFTWARE_MODE;spi_init(SPI1, &spi_init_struct);spi_enable(SPI1, TRUE);
}uint8_t  SPIWriteByte(uint8_t dat)
{uint16_t ret=0;CLR_SPI_CS();while(spi_i2s_flag_get(SPI1, SPI_I2S_TDBE_FLAG) == RESET) {};spi_i2s_data_transmit(SPI1, dat);while(spi_i2s_flag_get(SPI1, SPI_I2S_RDBF_FLAG) == RESET) {};ret=spi_i2s_data_receive(SPI1);SET_SPI_CS();      return (ret&0x0ff);
}

使用硬件SPI测试时，RC522的最大速率只能到12MHZ，也就是8分频，速率再大会导致通信不上。

5、速率测量

这里直接用示波器抓CLK的波形，用逻辑分析抓整个SPI的波形。

（1）模拟SPI

可以看出，使用模拟SPI的时候是1.8MHz，用逻辑分析仪抓取也是这个结果。

（2）硬件SPI

可以看出，使用硬件SPI的时候是12MHz，与软件设定的一致，用逻辑分析仪抓取也是这个结果。

综合对比测量，可以发现，硬件SPI速率远大于软件SPI，因此为了提高cpu的利用率，应尽量选择使用硬件SPI。

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