本帖最后由 dffzh 于 2025-5-13 13:11 编辑
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@21小跑堂
产品用于工业自动化领域，所以对总线响应时间的实时性要求比较高，为了调优这个总线响应时间，在基于MCU和ADC芯片的SPI数据读取以及MCU和从站芯片的SPI通信交互这块，可真的是煞费苦心，听我慢慢道来！
1、使用不同方案并测试MCU和ADC芯片的SPI通信时间
（1）使用硬件SPI + STM32 HAL库标准发送和接收函数 10M速率，采集4个通道，使用IO口电平翻转的方法进行测试； 耗时200us左右
标准库的发送和接收函数耗时： 发送：HAL_SPI_Transmit // 3.5us 接收：HAL_SPI_Receive // 7.35us （2）使用软件模拟SPI 采集4个通道，耗时140us左右
采集一次，ADC驱动函数需发送2个字节+接收6个字节：
优化ADC采集函数：
采集4个通道，大部分最短耗时106us：
2、MCU和从站芯片的SPI通信时间测试
（1）使用标准SPI + HAL库标准发送和接收函数 10M速率，使用IO口电平翻转的方法进行测试； 运行一次协议栈的中断服务程序，耗时1.28ms左右；
所以此时如果在上位机上设置扫描周期1ms，即PDI中断周期是1ms，模块是无法进行连接到主站的。 （2）使用标准SPI+自编的发送和接收函数 运行一次协议栈的PDI中断服务程序PDI_Isr，耗时 442us左右；
用PLC主机实测，扫描周期配置为500us时，模块无法正常运行;屏蔽PDI函数里的部分与通信相关的代码，中断执行一次400us左右，然后扫描周期配置为500us时，模块可以正常运行。修改机制后测试： 之前的PDI函数是放在PDI外部中断里执行的，现在设计为在中断里只设置标志位，而将该函数放到main里运行；用主机实测，扫描周期配置为500us时，模块可以正常运行。然后简单进行了这种情况的滤波滞后时间测试，结果如下表所示；| 扫描周期 | 滤波滞后时间 | | 500us | 52ms | | 600us | 29ms | | 700us | 20ms | | 800us | 16ms | | 900us | 15ms | | 1000us | 13ms |
从测试可以看出，扫描周期配置为500us时，滞后时间太长，无法达到要求；即修改的机制虽然可以保证中断执行正常，但因PDI_Isr接口执行时间不变，滤波滞后时间较长。扫描周期>=1000us基本可以符合需求。 （3）使用软件模拟SPI 运行一次协议栈的PDI中断服务程序，耗时582us左右；
上位机上设置扫描周期>=1ms，模块可以连接到主站。以下是三种方案的运行PDI函数的时间对比：| 方案 | 运行时间 | | 硬件SPI + HAL库函数 | 1.28ms | | 硬件SPI + 自编函数 | 442us | | 软件SPI | 582us |
3、协议栈优化前后的时间测试 对运行在main主程序里的协议栈接口MainLoop的运行频次进行了优化，其优化方案为：如果设置了滤波使能，则每运行50次ADC采集及数据处理接口后再运行1次协议栈【按时间计算的话，大概是每隔5ms多运行1次】； 对比测试了优化前后的滞后时间，分别是33ms和14ms，如下图所示：
4、滤波设置后的滞后时间测试 对程序设计进行了以下优化： 1、 减少main主程序里的协议栈运行频次；即提高ADC采集和数据处理接口的运行频次； 2、 MCU和ADC的通信机制改为模拟SPI；即缩短标准SPI字节处理之间的寄存器标志位等待时间； 3、 优化ADC采集数据的驱动函数接口；即提高ADC数据采集接口的执行速度； 4、 MCU和ESC的通信机制改为标准SPI+自编函数；即提高SPI传输数据的速度；
实测滤波设置后的滞后时间：一般在13ms-14ms左右，如下图，扫描周期配置1000us，进行了不同电压的测试：
反正这个产品的总线响应时间调测，我当时真的是快要调测到吐了...... 不知道朋友们有木有在时间优化方便改程序改到不想改的地步？
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楼主
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@21小跑堂 ：是的，二姨的经验值得学习
对比测试硬件SPI + HAL库函数 、 硬件SPI + 自编函数 、软件SPI 三种方式的运行时间，找到更合适的采样方式。根据二姨的经验，使用DMA+寄存器操作，完全摒弃库函数，可以将速度更好的提升，特别是HAL库，为了降低用户使用难度，库函数变的臃肿，执行效率低下。高速场景还需掌握寄存器的操作。