硬件SPI与软件模拟SPI速率对比

本文详细介绍了如何使用AT32F425通过SPI1接口驱动RC522,并探讨了SPI1的最大速率。通过模拟SPI和硬件SPI的代码实现,展示了不同SPI模式下的速率测试。实测结果显示,硬件SPI能达到12MHz,而模拟SPI为1.8MHz。建议为了提高CPU效率,应优先选用硬件SPI。

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

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述AT32F425系列最多有3个spi,本文使用SPI1。

3、SPI1的最大速率

在这里插入图片描述
SPI1挂在APB2总线上,APB2总线的最大速率是96MHz;
在这里插入图片描述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=MISO

void
<think>嗯,用户想区分硬件SPI软件模拟SPI。这个问题在嵌入式开发中很常见,需要从多个维度来分析。 先看硬件初始化部分。引用[1]提到硬件SPI需要配置专用寄存器,比如Arduino的SPI.begin()SPISettings()函数。如果代码里有操作SPCR、SPDR这类寄存器名的操作,基本可以确定是硬件SPI。而软件模拟通常会直接操作GPIO引脚方向寄存器,比如DDRB |= (1<<PB2)这样的语句。 通信时序也很关键。硬件SPI的时钟信号由专用模块生成,时序精准且能保持恒定速率,如引用[2]描述的S3C2440A通过寄存器设置时钟分频。软件模拟则需要用户手动控制SCK引脚高低电平切换,常见__delay_us()这样的延时函数,时序精度差且占用CPU资源。 引脚复用特征更明显。硬件SPI必须使用芯片指定的MOSI/MISO/SCK引脚组,比如STM32的PA5-PA7。软件模拟可以任意选择GPIO,用户甚至可能看到代码里用GPIO_SetPin()自定义引脚。 性能表现差异很大。硬件SPI能轻松达到10Mbps以上速率,支持DMA传输(如引用[2]提到的三种传输方式);软件模拟通常不超过1Mbps,高速时CPU占用率极高。中断处理也不同,硬件SPI有专用中断向量,软件模拟只能使用GPIO外部中断。 最后看代码结构。硬件SPI驱动会调用标准库函数如HAL_SPI_Transmit(),或者直接写SPI->DR寄存器;软件模拟必然出现用循环移位实现数据收发的代码段,比如引用[3]描述的"数据一个bit一个bit模拟发送"。 用户可能是嵌入式开发者,正在调试通信问题。通过观察示波器波形应该能直观区分:硬件SPI的时钟信号规整如方波,软件模拟的时钟会有明显抖动。另外建议用户查看芯片数据手册,确认物理引脚是否属于SPI功能复用引脚组。</think>要区分硬件SPI软件模拟SPI,可以从以下几个方面综合分析: ### 1. **初始化配置** - **硬件SPI**:需配置专用寄存器(如时钟分频、数据位数、时钟极性等),通常调用平台提供的库函数(如STM32的`HAL_SPI_Init()`或Arduino的`SPI.begin()`)[^1][^2]。 *示例代码片段:* ```c // STM32硬件SPI初始化(HAL库) hspi.Instance = SPI1; hspi.Init.Mode = SPI_MODE_MASTER; hspi.Init.CLKPolarity = SPI_POLARITY_LOW; HAL_SPI_Init(&hspi); // 配置SPI寄存器 ``` - **软件模拟SPI**:直接操作GPIO引脚,手动控制时钟(SCK)、数据线(MOSI/MISO)的高低电平,无专用寄存器配置[^3]。 *示例代码片段:* ```c // 软件模拟SPI写数据 void soft_spi_write(uint8_t data) { for(int i=0; i<8; i++) { CLK_LOW(); // 手动拉低时钟 MOSI = (data >> (7-i)) & 0x01; // 逐位设置数据线 delay_us(1); CLK_HIGH(); // 手动拉高时钟(模拟时钟边沿) delay_us(1); } } ``` ### 2. **引脚复用性** - **硬件SPI**:**必须使用芯片指定的SPI功能引脚**(如STM32的PA5/PA6/PA7),无法随意更换[^1][^2]。 - **软件模拟SPI**:可任意选择普通GPIO引脚,灵活性高[^3]。 ### 3. **时序生成方式** - **硬件SPI**:时钟信号(SCK)由硬件定时器自动生成,**时序精准且速率稳定**(可达数十MHz)[^2]。 - **软件模拟SPI**:时钟信号通过循环延时或定时器中断手动控制,**速率较低(通常<1MHz)且易受中断干扰**,时序可能有抖动[^3]。 ### 4. **代码实现** - **硬件SPI**:数据传输通过写入数据寄存器触发(如`SPI->DR = data`),硬件自动完成移位操作,通常只需1-2行代码[^1][^2]。 - **软件模拟SPI**:需用循环逐位读写数据(如上文`soft_spi_write`函数),代码量较大且包含显式延时[^3]。 ### 5. **性能资源占用** - **硬件SPI**:支持DMA传输中断,**CPU占用率低**,适合高速通信(如SD卡、LCD屏)[^2]。 - **软件模拟SPI**:**全程占用CPU**,高速通信时可能导致系统卡顿[^3]。 ### 6. **平台支持** - **硬件SPI**:需依赖芯片数据手册中标记的SPI外设,并在设备树(Linux)或CubeMX(STM32)中配置[^2][^4]。 - **软件模拟SPI**:无硬件依赖,可在任何微控制器上实现。 ### 快速判断方法 1. **查数据手册**:确认使用引脚是否属于SPI外设功能引脚。 2. **看初始化代码**:是否存在SPI寄存器配置(如`SPCR`、`SPIx->CR1`)。 3. **观传输函数**:是否直接操作GPIO且包含循环移位代码。 4. **测通信速率**:尝试高速传输(>2MHz),软件模拟通常无法稳定工作。 > 示例:在STM32中,若代码调用了`HAL_SPI_Transmit()`且引脚为PA5/PA6/PA7,则为硬件SPI;若用`HAL_GPIO_WritePin()`控制时钟数据线,则为软件模拟[^1][^3]。
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