http://www.znmcu.cn/mod_sios_speed_test.html
![]()
振南的 串行IO扩展模块 性能速率测评【常规方式与DMA方式】 （详细阐述影响数据读写速度的主要因素） 振南的串行IO扩展模块，采用595+165方案实现用很少的IO（同步串行，SPI）扩展大量IO。 我们比较关心串行方式扩展的IO速度如何？输出一个字节和输入一个字节需要多少时间？这将成为数据传输的瓶颈。 振南针对这一指标进行了简单的测试：回环测试10000000次，看需要多少时间。所谓回环测试是指CPU通过串行接口通过此模块输出16位并行数据，然后再通过模块将16位数据读回，如果前后的值相等，则认识回环测试成功。否则失败。 测试代码如下： int main(void) { unsigned int i=0,temp=0; unsigned int counter=0; delay_init(); //延时函数初始化 uart_init(115200); SIO_IO_INIT; printf("SIO test Start!!\r\n"); while(counter++<10000000) { HIGH_SPI_FOR_595; SIO_Write_3595(i); LOW_SPI_FOR_165; temp=SIO_Read_2165(); if(temp!=i) {printf("SIO test Fail %04X\r\n",temp);while(1);} i++;i%=65536; } printf("SIO test Completed!!\r\n"); while(1); } 在STM32 M3平台上（基于振南的ZN-X开发板 STM32 M3版），SPI时钟频率分别为40MHz与10MHz（595与165最高时钟频率不同，详见《回环测试实验》）。此时，实测需要的时间如下表： 回环测试次数 | | | | | | | 使用8位SPI （写3片595，共3个字节，读2片165，共2个字节） | | | | 使用16位SPI （写3片595，共2个字，读2片165，共1个字） | | | | 使用8位SPI+DMA （写3片595，共3个字节，读2片165，共2个字节） |
其实STM32 M3（STM32F103RBT6）的SPI正常最高只能工作在18MHz，这里对其进行了超频（40MHz）。经过长时间的测试并没有发现问题。这里这样作只是为了测试模块的性能和速度，实际开发中不建议超频。SPI速率再高，其实意义不大，因为595和165的最高时钟频率有限（595振南实测到40MHz，根据数据手册，它上到60MHz应该不是问题。165则慢一些，振南最高测到15MHz，此实验中使用10MHz）。所以，即使在STM32 M4平台上（ZN-X开发板 M4版，STM32F405RGT6），主频可以跑到240MHz，但是SPI最高也只有42MHz，这个读写模块的速率也不会有太多提升。至于51等低端单片机来说，速度就要更低一些。 此模块，在STM32平台上，振南写了3种驱动，本质上都是SPI，但是传输和实现方式不同。为什么？主要是为了评估不同的实现方式对于读写速度的影响。3种方式分别是：1、8位SPI方式，输出的时候向模块上的3片595写3次，共3个字节，输入的时候从2片165读2次，共2个字节。2、16位SPI试，输出时写2次，共2个字，即4个字节，输入时读1次，即1个字，2个字节。3、8位SPI+DMA方式，同1。 造成读写速度有差异的根本原因是：SPI通信中的时钟间隙！ 我们来比较一下3种方式SPI时钟的差异（以下波形拍摄于示波器）： 常规情况下，使用SPI进行通信，在字节或字之间，即两次基本的最小数据单位的传输之间都会有一些间隙，也就是时钟不连续，其根本原因是CPU对传输状态的等待。更为详细的讲解请参见以下链接中的“STM32 SPI的时钟连续与非连续方式”一文 从上面的测试结果来看，同样是8位SPI，使用DMA比不使用数据读写速度上提升了不少，将近25%。而使用16位SPI和使用8位SPI+DMA在速度上差不多，其根本原因是16位SPI在读取单个字的时候，即2个字节，中间无时钟的间隙，效果同8位SPI+DMA一样（16位SPI甚至比8位SPI+DMA更快，因为它字节间完全不需要等待）。但是16位模式每次要比8位SPI模式向595多写入一个字节（因为它最小单位是16位，即字）。因此，最终的结果是这两种方式在速度差不多。 核算下来，振南的串行IO扩展模块数据读写速度至少可以达到每读写一个字节需要3-4us，单独写一个字节需要1~2us，读一个字节需要1-2us。也就是说，此模块IO的读写速度不低于5Mbps（约500KBps），它很大程度上取决于串行时钟的频率，以及数据传输方式。
| 
楼主
标题置顶
标题高亮
