本帖最后由 dffzh 于 2025-6-6 14:47 编辑
在MCU中实现低延迟通信需要综合考虑硬件特性、协议选择和软件优化等。 我们可以通过以下的一些措施来综合实现MCU的低延迟通信： 1、硬件层面优化 选择高速接口 SPI：串行外设接口总线，一般为四线制，全双工，主从模式，时钟频率可达几十MHz，代码实现快： I2C：内部集成电路总线，两线制，半双工，速率较低，但可以通过快速模式（400kHz）或超快速模式（1MHz）执行优化: UART/USART：通用同步异步收发器通信，两线制，波特率需尽可能高（如1Mbps以上），但需注意时钟同步误差： QSPI：Quad SPI，为六线SPI，是加强版的SPI，比SPI的应用更广泛；如果SPI不够，就上QSPI： 硬件加速：比如现在很多32位MCU都内置了DMA（直接内存访问）模块，很多外设（ADC /DAC/SPI/I2C等）使用时都可以配备DMA来操作，可以通过减少CPU干预的方式来提高数据处理速度。 专用外设 CAN FD：全称控制器局域网灵活数据速率，是传统CAN总线的升级版本，通过提升数据传输速率、扩展数据长度和优化帧结构，解决了传统CAN在带宽和效率上的局限，主要应用于汽车电子和工业控制领域； USB FS/HS：全速/高速USB，需要协议栈支持。 2、协议优化 精简协议 可以减少数据包的帧头和帧尾，一般情况下用1字节帧头和1字节帧尾可能就够了； 尽量用BIT表示来代替BYTE表示，比如一些状态信息或者错误信息等，只需要0和1即可； 尽量使用固定长度的数据帧，避免额外的解析开销。 实时协议 Modbus RTU：RTU即远程终端单元，基于UART，轮询模式；RTU能够实时采集各种传感器和设备的信号，并将数据传输到上位机或云端服务器进行处理和分析，常用于工业自动化领域； CANopen协议：适用于CAN总线； 当然你也可以自定义轻量级的通信协议，包含必要的CRC校验或者LRC校验等。 3、中断与DMA结合 高优先级中断 为通信中断分配最高优先级（如NVIC配置）； 中断服务程序（ISR）尽量短，只放标志位，数据处理放到主循环。 DMA传输 使用DMA自动搬运数据，避免CPU处理； 双缓冲或者队列技术：一边传输一边处理，减少等待时间，防止数据丢失，特别是高速的数据交互场景。 4、加入实时操作系统RTOS 这也是常用的降低MCU通信延迟的手段之一。 任务调度优化 使用RTOS（如FreeRTOS）的优先级调度确保通信任务优先执行； 避免任务频繁切换（如通过事件队列或信号量同步）。 零拷贝技术 直接传递数据指针而非复制数据（如使用RTOS的消息队列传递指针）。 5、软件优化 轮询模式： 在极端低延迟场景下，轮询比中断更快速，但是比较占用CPU资源； 内联汇编/寄存器操作： 直接操作外设寄存器，比如STM32的SPI收发库函数HAL_SPI_TransmitReceive的执行就比较费时，可以直接用寄存器方式实现数据读写，减少函数调用开销，可以参考作者的一篇文章（链接：https://bbs.21ic.com/icview-3453282-1-1.html）就对比测试了两种方式的发送数据的时间（数据量不一样，时间不一样，但HAL库有点慢）： 如果还不行，就通过SPI+DMA+中断来操作。 预计算与缓存： 提前计算校验和或CRC，减少实时计算延迟。
以上作者介绍了五种降低MCU通信延迟，即提高系统响应速度的一些措施和方法，供大家参考。
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