提高SPI時(shí)鐘時(shí)通信異常的案例分享

有人采用STM32H743ZI芯片的SPI外設(shè)跟ADC器件通信，發(fā)現(xiàn)一旦SPI的SCK時(shí)鐘超過(guò)25MHz時(shí)，比如50Mhz，就會(huì)發(fā)生讀取數(shù)據(jù)失敗，并提示Busy忙信息或ERR錯(cuò)誤信息。反正只要串行時(shí)鐘不超過(guò)25Mhz，收發(fā)都很正常。

但是STM32H743芯片手冊(cè)上明白地說(shuō)了SPI時(shí)鐘最高可達(dá)150MHz，這會(huì)是什么原因呢？

根據(jù)他所提到的異?，F(xiàn)象初步判斷，不論他的硬件方面還是軟件配置方面都應(yīng)該沒(méi)有很大的問(wèn)題，不然根本沒(méi)法通信。像這種情況有可能是下面幾種原因之一或組合原因【當(dāng)然不僅限于這些】：

第一種情況就是通信速率明顯提高時(shí)，由于通信速率加快，而接收處理的相關(guān)代碼本身所用時(shí)間相對(duì)固定，這樣可能導(dǎo)致不能及時(shí)讀走數(shù)據(jù)而發(fā)生溢出，尤其是基于查詢方式或中斷方式接收處理時(shí)。這時(shí)我們可以考慮對(duì)接收代碼做進(jìn)一步的精簡(jiǎn)優(yōu)化，壓縮接收處理時(shí)間，或者改用DMA方式進(jìn)行數(shù)據(jù)的收發(fā)。

第二種情況就是當(dāng)通信速率明顯提高時(shí)，跟外設(shè)復(fù)用的GPIO輸出速率檔位的配置沒(méi)有跟上來(lái)。以本案例來(lái)說(shuō)，當(dāng)我們將SPI的時(shí)鐘上到50MHz甚至更高時(shí)，若相應(yīng)的GPIO的輸出速率配置還維持在相對(duì)低速水平，與實(shí)際輸出需求不相匹配時(shí)往往就會(huì)出現(xiàn)異常。

關(guān)于這個(gè)配置，如果使用STM32CubeMx配置的話就非常簡(jiǎn)單，通過(guò)菜單選擇即可完成。如下圖所示：

第三種情況就是當(dāng)通信速率明顯提高時(shí)，即使相應(yīng)的GPIO輸出能力配置也匹配了，但有些情況下還是有可能出通信異常的問(wèn)題。我們知道，當(dāng)GPIO輸出速率越來(lái)越高的時(shí)候，GPIO模塊帶來(lái)的噪聲也越大，作為通信口時(shí)其信號(hào)質(zhì)量也會(huì)隨著通信速率的提升而變差，當(dāng)然，此時(shí)芯片所需的功耗也隨之增大。對(duì)于很多STM32系列芯片，當(dāng)GPIO輸出速率達(dá)到一定程度時(shí)，建議開(kāi)啟片內(nèi)GPIO補(bǔ)償單元。【下面截圖是兩個(gè)STM32系列關(guān)于GPIO補(bǔ)償單元的介紹文字】

該GPIO補(bǔ)償單元的作用就是通過(guò)控制IO口的輸出斜率，降低GPIO的噪聲對(duì)整個(gè)電源的影響并盡力改善信號(hào)質(zhì)量，所以當(dāng)我們基于STM32芯片實(shí)現(xiàn)較高速率的通信時(shí)，比方50Mhz甚至上百兆的SPI或USB通信時(shí)，如果芯片有GPIO補(bǔ)償單元的話，建議將其開(kāi)啟。順便提醒下，使用GPIO補(bǔ)償單元的話，往往對(duì)電源電壓有相應(yīng)要求，具體依手冊(cè)而定。

下面是分別基于STM32F4和STM32F7系列的HAL庫(kù)相關(guān)開(kāi)啟GPIO補(bǔ)償單元的函數(shù)。

至于本案例異常的真正原因是什么呢？后來(lái)經(jīng)確認(rèn)屬于上面提到的第二種情況，GPIO輸出速率擋位選擇與實(shí)際輸出需求不匹配，稍加調(diào)整配置就好。