[发明专利]一种提高软件方式SPI通信速率的方法

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

SPI接口的全称是“Serial 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GPIO（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（GPIO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。  

发明内容

本发明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，本发明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[0-f]；

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[0-f]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。

本发明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是背景技术中软件方式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；

图3是本发明的功能示意图；

图4是本发明的流程图；

图5是对本发明进行验证的波形图。

具体实施方式

以下根据图2～图5，具体说明本发明的较佳实施例。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GPIO、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，本发明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。