软件模拟ＳＰＩ总线读写，速度Ｎｏ．１，请高手打檑台

2万 · 2008-3-2 11:26

最近在调试我设计的ＭＰ３，用到ＳＰＩ读写ＳＤ卡和向ＶＳ１００３Ｂ发送数据，因为ＭＰ３对数据流速度相当敏感，遂对软件ＳＰＩ进行了优化，目前已能流畅播放了。
我的ＳＰＩ总线单字节读写函数如下，自认为速度最快了，已至极致，纵然汇编实现，也只能打个平手，５１高手请指正。

#include "..incincludes.h"

sbit c_SPI_SI = P1^5;
sbit c_SPI_SO = P1^6;
sbit c_SPI_CLK = P1^7;

#define Macro_Set_SI_High()      c_SPI_SI = 1
#define Macro_Set_SI_Low()      c_SPI_SI = 0
#define Macro_Set_CLK_High()      c_SPI_CLK = 1
#define Macro_Set_CLK_Low()      c_SPI_CLK = 0

/*
//----------------标准C语言版-----------------------------------------
//可移植性好，易读，易移植
uint8 SD_SPI_ReadByte(void)
{
    uchar ucReadData;
    uchar ucCount;

    ucReadData = 0;
    Macro_Set_SI_High();

    for(ucCount=0; ucCount<8; ucCount++)
    {
        ucReadData <<= 1;
        Macro_Set_CLK_Low();

        Macro_Set_CLK_High();

        if(c_SPI_SO)
        {
            ucReadData |= 0x01;
        }
    }

    return(ucReadData);
}

void SD_SPI_WriteByte(uint8 ucSendData)
{
    uchar ucCount;
    uchar ucMaskCode;

    ucMaskCode = 0x80;
    for(ucCount=0; ucCount<8; ucCount++)
    {
        Macro_Set_CLK_Low();

        if(ucMaskCode & ucSendData)
        {
            Macro_Set_SI_High();
        }
        else
        {
            Macro_Set_SI_Low();
        }
        Macro_Set_CLK_High();
        ucMaskCode >>= 1;
    }
}

*/
//-------------------------标准优化版ＳＰＩ读写函数---------
uchar bdata ucReadData;
sbit ReadData_Bit0 = ucReadData^0;
sbit ReadData_Bit1 = ucReadData^1;
sbit ReadData_Bit2 = ucReadData^2;
sbit ReadData_Bit3 = ucReadData^3;
sbit ReadData_Bit4 = ucReadData^4;
sbit ReadData_Bit5 = ucReadData^5;
sbit ReadData_Bit6 = ucReadData^6;
sbit ReadData_Bit7 = ucReadData^7;

uchar bdata ucWriteData;
sbit WriteData_Bit0 = ucWriteData^0;
sbit WriteData_Bit1 = ucWriteData^1;
sbit WriteData_Bit2 = ucWriteData^2;
sbit WriteData_Bit3 = ucWriteData^3;
sbit WriteData_Bit4 = ucWriteData^4;
sbit WriteData_Bit5 = ucWriteData^5;
sbit WriteData_Bit6 = ucWriteData^6;
sbit WriteData_Bit7 = ucWriteData^7;

uint8 SD_SPI_ReadByte(void)
{
//初始化SI引脚状态
    Macro_Set_SI_High();

//Bit7 Shift Out
    Macro_Set_CLK_Low();
    Macro_Set_CLK_High();
    ReadData_Bit7 = c_SPI_SO;

//Bit6 Shift Out
    Macro_Set_CLK_Low();
    Macro_Set_CLK_High();
    ReadData_Bit6 = c_SPI_SO;

//Bit5 Shift Out
    Macro_Set_CLK_Low();
    Macro_Set_CLK_High();
    ReadData_Bit5 = c_SPI_SO;

//Bit4 Shift Out
    Macro_Set_CLK_Low();
    Macro_Set_CLK_High();
    ReadData_Bit4 = c_SPI_SO;

//Bit3 Shift Out
    Macro_Set_CLK_Low();
    Macro_Set_CLK_High();
    ReadData_Bit3 = c_SPI_SO;

//Bit2 Shift Out
    Macro_Set_CLK_Low();
    Macro_Set_CLK_High();
    ReadData_Bit2 = c_SPI_SO;

//Bit1 Shift Out
    Macro_Set_CLK_Low();
    Macro_Set_CLK_High();
    ReadData_Bit1 = c_SPI_SO;

//Bit0 Shift Out
    Macro_Set_CLK_Low();
    Macro_Set_CLK_High();
    ReadData_Bit0 = c_SPI_SO;

    return(ucReadData);
}

void SD_SPI_WriteByte(uint8 ucSendData)
{
    ucWriteData = ucSendData;

//Bit7 Shift Out To SD Card
    Macro_Set_CLK_Low();
    c_SPI_SI = WriteData_Bit7;
    Macro_Set_CLK_High();

//Bit6 Shift Out To SD Card
    Macro_Set_CLK_Low();
    c_SPI_SI = WriteData_Bit6;
    Macro_Set_CLK_High();
//Bit5 Shift Out To SD Card
    Macro_Set_CLK_Low();
    c_SPI_SI = WriteData_Bit5;
    Macro_Set_CLK_High();
//Bit4 Shift Out To SD Card
    Macro_Set_CLK_Low();
    c_SPI_SI = WriteData_Bit4;
    Macro_Set_CLK_High();
//Bit3 Shift Out To SD Card
    Macro_Set_CLK_Low();
    c_SPI_SI = WriteData_Bit3;
    Macro_Set_CLK_High();
//Bit2 Shift Out To SD Card
    Macro_Set_CLK_Low();
    c_SPI_SI = WriteData_Bit2;
    Macro_Set_CLK_High();
//Bit1 Shift Out To SD Card
    Macro_Set_CLK_Low();
    c_SPI_SI = WriteData_Bit1;
    Macro_Set_CLK_High();
//Bit0 Shift Out To SD Card
    Macro_Set_CLK_Low();
    c_SPI_SI = WriteData_Bit0;
    Macro_Set_CLK_High();
}

2万 · 2008-3-3 11:41

#include <REGX52.H>

#define uchar unsigned char
#define uint8 unsigned char
#define uint  unsigned int
#define ulong unsigned long

//               累加器带进位右移指令 RRC A
#define _rrca_()          CY  = ACC & 0x01
//汇编代码       rrc a

//               累加器带进位左移指令 RLC A
#define _rlca_()          CY  = ACC & 0x80
//汇编代码       rlc a

sbit c_SPI_SI = P1^5;
sbit c_SPI_SO = P1^6;
sbit c_SPI_CLK = P1^7;

#define Macro_Set_SI_High()      c_SPI_SI = 1
#define Macro_Set_SI_Low()      c_SPI_SI = 0
#define Macro_Set_CLK_High()      c_SPI_CLK = 1
#define Macro_Set_CLK_Low()      c_SPI_CLK = 0

/*
//----------------标准C语言版-----------------------------------------
//可移植性好，易读，易移植
uint8 SD_SPI_ReadByte(void)
{
    uchar ACC;
    uchar ucCount;

    ACC = 0;
    Macro_Set_SI_High();

    for(ucCount=0; ucCount<8; ucCount++)
    {
        ACC <<= 1;
        Macro_Set_CLK_Low();

        Macro_Set_CLK_High();

        if(c_SPI_SO)
        {
            ACC |= 0x01;
        }
    }

    return(ACC);
}

void SD_SPI_WriteByte(uint8 ucSenddata)
{
    uchar ucCount;
    uchar ucMaskcode;

    ucMaskcode = 0x80;
    for(ucCount=0; ucCount<8; ucCount++)
    {
        Macro_Set_CLK_Low();

        if(ucMaskcode & ucSenddata)
        {
            Macro_Set_SI_High();
        }
        else
        {
            Macro_Set_SI_Low();
        }
        Macro_Set_CLK_High();
        ucMaskcode >>= 1;
    }
}

*/
//-------------------------标准优化版ＳＰＩ读写函数---------
//uchar bdata ACC;
sbit ACC_0 = ACC^0;
sbit ACC_1 = ACC^1;
sbit ACC_2 = ACC^2;
sbit ACC_3 = ACC^3;
sbit ACC_4 = ACC^4;
sbit ACC_5 = ACC^5;
sbit ACC_6 = ACC^6;
sbit ACC_7 = ACC^7;

uint8 SD_SPI_ReadByte(void)
{
//初始化SI引脚状态
    Macro_Set_SI_High();

//bit7 Shift Out
    Macro_Set_CLK_Low();
    Macro_Set_CLK_High();
    CY = c_SPI_SO;
    _rlca_();
//    ACC = P1;

//bit6 Shift Out
    Macro_Set_CLK_Low();
    Macro_Set_CLK_High();
    CY = c_SPI_SO;
    _rlca_();

//bit5 Shift Out
    Macro_Set_CLK_Low();
    Macro_Set_CLK_High();
    CY = c_SPI_SO;
    _rlca_();

//bit4 Shift Out
    Macro_Set_CLK_Low();
    Macro_Set_CLK_High();
    CY = c_SPI_SO;
    _rlca_();

//bit3 Shift Out
    Macro_Set_CLK_Low();
    Macro_Set_CLK_High();
    CY = c_SPI_SO;
    _rlca_();

//bit2 Shift Out
    Macro_Set_CLK_Low();
    Macro_Set_CLK_High();
    CY = c_SPI_SO;
    _rlca_();

//bit1 Shift Out
    Macro_Set_CLK_Low();
    Macro_Set_CLK_High();
    CY = c_SPI_SO;
    _rlca_();

//bit0 Shift Out
    Macro_Set_CLK_Low();
    Macro_Set_CLK_High();
    CY = c_SPI_SO;
    _rlca_();

    return(ACC);
}

void SD_SPI_WriteByte(uint8 ucSenddata)
{
    ACC = ucSenddata;

//bit7 Shift Out To SD Card
    Macro_Set_CLK_Low();
    c_SPI_SI = ACC_7;
    Macro_Set_CLK_High();

//bit6 Shift Out To SD Card
    Macro_Set_CLK_Low();
    c_SPI_SI = ACC_6;
    Macro_Set_CLK_High();
//bit5 Shift Out To SD Card
    Macro_Set_CLK_Low();
    c_SPI_SI = ACC_5;
    Macro_Set_CLK_High();
//bit4 Shift Out To SD Card
    Macro_Set_CLK_Low();
    c_SPI_SI = ACC_4;
    Macro_Set_CLK_High();
//bit3 Shift Out To SD Card
    Macro_Set_CLK_Low();
    c_SPI_SI = ACC_3;
    Macro_Set_CLK_High();
//bit2 Shift Out To SD Card
    Macro_Set_CLK_Low();
    c_SPI_SI = ACC_2;
    Macro_Set_CLK_High();
//bit1 Shift Out To SD Card
    Macro_Set_CLK_Low();
    c_SPI_SI = ACC_1;
    Macro_Set_CLK_High();
//bit0 Shift Out To SD Card
    Macro_Set_CLK_Low();
    c_SPI_SI = ACC_0;
    Macro_Set_CLK_High();
}

//2楼：奉上测试程序及测试记录

//void TestSD_SPIFunc(void)
void main(void)
{
    uchar ucCount;
    uchar ucReaddata;

    ucCount = 0;        //开始

    for(ucCount=10; ucCount!=0; ucCount--)    //xwj改进的写法，机器周期数从502减少到481，节约21
    {
        SD_SPI_WriteByte(0x88);            //用C语言实现的写字节机器周期数为188
                                        //用C51的bdata变量，采用位指令直接传送操作，共用机器周期47
                                        //xwj改进的写法，共用机器周期46
    }

    for(ucCount=50; ucCount!=0; ucCount--)    //xwj改进的写法，机器周期数从2607减少到2091，节约516
    {
        ucReaddata = SD_SPI_ReadByte();    //用C语言实现的SPI读字节，机器周期为154
                                        //自用C51的bdata变量，采用位指令操作读字节机器周期为49
                                        //xwj改进的写法，共用机器周期40
    }
    ucCount= 88;        //结束
//    SD_read_sector(0,Page_Buf);
}

//本程序由xwj设计的UltraEdit脚本加亮显示,如需要脚本访问我的Blog 或发送邮件至：xwjfile@21cn.com

2万 · 2008-3-2 11:28

void TestSD_SPIFunc(void)
{
    uchar ucCount;
    uchar ucReadData;

    ucCount = 0;        //开始

    for(ucCount=0; ucCount<10; ucCount++)
    {
        SPI_TransferByte(0x88);            //用C语言实现的写字节机器周期数为188
                                        //用C51的bData变量，采用位指令直接传送操作，共用机器机器49
    }

    for(ucCount=0; ucCount<50; ucCount++)
    {
        ucReadData = SPI_ReadByte();    //用C语言实现的SPI读字节机器赌周期为154
                                        //自用C51的bData变量，采用位指令操作读字节机器周期为49

    }
    ucCount= 88;        //结束
    SD_read_sector(0,Page_Buf);
}

2万 · 2008-3-2 11:41

只看该作者 · 2008-3-2 11:44

去掉了for,真是轻松,空间也省出了很多.

2万 · 2008-3-2 12:06

很奇怪５１指令，读一个位到Ｃ用一个机器周期，而将Ｃ输出到位地址用２个机器周期，而且必须通过Ｃ中转。

ＭＯＶ　C,Bit 周期１，编码10100010
MoV bit,C 周期２，编码10010010

2万 · 2008-3-2 12:14

2万 · 2008-3-2 12:17

2万 · 2008-3-2 12:22

2万 · 2008-3-2 12:25

2万 · 2008-3-2 12:25

2万 · 2008-3-2 13:03

51的串口模式0其实就是SPI方式，只有这种方法才是最快的

        while(~TI);    //可省略用于别的指令时间
        TI=0;          //可省略用于别的指令时间
        SBUF=temp;

2万 · 2008-3-2 13:13

TXD->SCK,RXD->SIO

不过while(~TI);应该写成while(!TI);
~是对字节的取反,不过有些编译器是不区分的

只看该作者 · 2008-3-2 16:36

也许还可以节约一个机器周期呢！
把“
sbit c_SPI_SI = P1^5;
sbit c_SPI_SO = P1^6;
sbit c_SPI_CLK = P1^7;
”换成
“
sbit c_SPI_SI = P1^7;
sbit c_SPI_SO = P1^6;
sbit c_SPI_CLK = P1^5;
”
（当然了，得重新做板子啦！嘿嘿，为了节约一个机器周期，花这么大代价啊！）
然后再把“ReadData_Bit7 = c_SPI_SO; ”换成“ucReadData = P1;”
这个句子换以前要三个机器周期，换了以后只要俩机器周期？似乎，也许，好象，呵呵

只看该作者 · 2008-3-2 17:34

还有没有人能节约一个或几个机器周期啊？

2万 · 2008-3-3 10:05

回ＸＷＪ，提到的单片机用串口工作在移位寄存器的方式模拟ＳＰＩ发码，如果是单发设备是可以的，比如常见的ＨＣ５９５，就可以通过串口高速移出，但是呢，必须看到ＳＰＩ是有数据输出，还有数据输入，所以如果要用５１单片机串口直接接口ＳＰＩ器件是需要用三态门来进行发送与接收数据的通道切换的，详见电力出版社的《ＰＣ机并行端口编程大全》，内有相关实例图纸。
回xhtxzxw，您提的建议不现实，即使改为Ｐ１口，也是一样的，读取ＳＰＩ设备的数据必须经过一个串行数据并行化的操作。
把引脚配置成
sbit c_SPI_SI = P1^5;
sbit c_SPI_SO = P1^6;
sbit c_SPI_CLK = P1^7;
是为了与５１单片机的硬件兼容，因为如果软件达不到速度，还可以采用带硬件ＳＰＩ总线的单片机直接ＰｉｎＴｏＰｉｎ替换，目前测试，１２８ＫbPs的Ｍｐ３数据流用软件模拟ＳＰＩ收发，完全能满足要求，但播放２５６ＫＢｐｓ的Ｍｐ３文件，出现停顿现象。

只看该作者 · 2008-3-3 11:26

直接使用ACC，且将ACC做函数入口参数。

sbit I_SPI_SI = P1^5;
sbit O_SPI_SO = P1^6;
sbit O_SPI_CLK = P1^7;

sbit ACC0 = ACC^0;
sbit ACC0 = ACC^1;
sbit ACC0 = ACC^2;
sbit ACC0 = ACC^3;
sbit ACC0 = ACC^4;
sbit ACC0 = ACC^5;
sbit ACC0 = ACC^6;
sbit ACC0 = ACC^7;

#define SPI_CLK()    do{ O_SPI_CLK=0; O_SPI_CLK=1;}while(0)

void InSPI_WriteByte()
{
    O_SPI_SO = ACC0;
    SPI_CLK();

    O_SPI_SO = ACC1;
    SPI_CLK();

    O_SPI_SO = ACC2;
    SPI_CLK();

    O_SPI_SO = ACC3;
    SPI_CLK();

    O_SPI_SO = ACC4;
    SPI_CLK();

    O_SPI_SO = ACC5;
    SPI_CLK();

    O_SPI_SO = ACC6;
    SPI_CLK();

    O_SPI_SO = ACC7;
    SPI_CLK();
}

#define SD_SPI_WriteByte(ucSendData) do{ ACC=ucSendData;InSPI_WriteByte();}while(0)

2万 · 2008-3-3 11:46

再快就用inline，避免CALL和RET

最快当然还是俺9楼说的：什么芯片？ 51就用串口模式0，一个周期传1位谁能更快？？？

2万 · 2008-3-3 12:11

经测试，数据经ＡＣＣ输出到ＳＰＩ的输出引脚与经由ＢＤａｔａ变量一样，O_SPI_SO = ACC6;执行周期为３

节省的１周期为
原语句ucWriteData = ucSendData;　２周期
新语句ＡＣＣ　＝　ｕｃＳｅｎｄＤａｔａ；　１周期

每扇区读写节约５１２Ｘ１　＝　５１２个机器周期。

查看汇编发现即使是ＡＣＣ的位寻址，也不能直接将其内容送ＩＯ管脚，必须先送到Ｃ，再经Ｃ输出到管脚。

2万 · 2008-3-3 12:19

用与指令每位能节省１周期

软件模拟ＳＰＩ总线读写，速度Ｎｏ．１，请高手打檑台

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俺来打擂了！！！

奉上测试程序及测试记录

收下，谢谢

以前搞了12232 LCD驱动,跟你的想法一样啊

每移一位占用４个机器周期

mov bit,c是多一个周期~~~

ucReadData |= 0x01;和ucReadData ++;不知哪个快~~~

SD_SPI_ReadByte()内的ucReadData = 0;是废话~~~

什么芯片？ 51就用串口模式0，谁能更快？？？

for(ucCount=8; ucCount!=0; ucCount--)会简化为djnz~~~

就是典型的空间换时间，51的任何端口操作都需要2个周期

51的串口模式0实际就是不带SS的SPI,肯定快

嘿嘿

嘿嘿

回诸位

还可以优化

当然，汇编的话还可以避免通过R7的参数传递，继续减小一点

经测试，农民代表出招效果甚微，写函数擂主暂为农民讲习

好，ＸＷＪ出高招。

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