如何对基于23LC1024的SPI模式读写性能进行测试

　　在博文“为什么单片机通常只有那么小的数据内存？”讨论在单片机内部集成大规模RAM的问题。但在有的时候还是需要有大容量的RAM作为数据缓存。比如在博文“扩展32KRAM的STC8H8K信号采集版”介绍了通过并行接口扩展单片机片外内存的方法。在STC8H8K单片机运行在40MHz总线的情况下，完成片外RAM的读写仅仅需要0.5微妙。这在很多情况下可以满足单片机数据访问的要求了。
　　但是通过单片机的并口扩展外部RAM，一个最大的缺点就是造成了单片机引脚的大量浪费，增加了电子线路布板空间的浪费。因此使用高速同步串行接口（Serial Peripheral Interface）开展外部RAM可以有效解决这个问题
　　本文下面通过具体实验来测试基于Microcchip公司的23LC1024（128MByte）的串口RAM的扩展方式，为今后构建数据采集单片机系统做好准备。
　　设计方案
　　实验AD工程：
　　D：zhuoqingAltiumDesignerTest2020Test23ALC1024Test23LC1024.SchDoc *
　　1. 实验电路的原理图
　　
　　▲ 实验电路的原理图
　　2. PCB
　　
　　▲ PCB 设计版图
　　3. 底层软件设计
　　（1）单片机ISP硬件配置：
　　单片机的工作主要频率：
　　
　　▲ 单片机的硬件配置
　　（2）SPI设置：
　　SPI基本信号，下图显示CS，CLK的信号。
　　
　　▲ SPI中的基本信号，CS，CLK
　　SPI 的CLK的频率设置为：
　　SPISendChar（）：消耗时间：1.6us
　　SPISendReceChar（）： 1.6us
　　特性测试
　　1. MODE REGISTER
　　（1）上电后读取Mode Register 缺省值：
　　上电后读取LC1024：
　　LC1024ReadMode： 0x40;
　　
　　▲ MODE寄存器的定义
　　（2）对Mode Register 读写：
　　void SerialDebugProcessBuffer（void） {
　　unsigned char ucChar;
　　SerialDebugBuffer2Argument（）;
　　if（g_ucSDANumber == 0） return;
　　if（strcmp（“hello”， （char *）STD_ARG［0］） == 0）
　　printf（“%s is ready ！rn”， VERSION_STRING）;
　　else IFARG0（“mr”） {
　　ucChar = LC1024ReadMode（）;
　　printf（“LC1024 Mode：%bxrn”， ucChar）;
　　} else IFARG0（“mw”） {
　　sscanf（SDA（1）， “%bx”， &ucChar）;
　　LC1024WriteMode（ucChar）;
　　printf（“Mode：%bxrn”， LC1024ReadMode（））;
　　}
　　else printf（“Error command ： %s ！rn”， STD_ARG［0］）;
　　}
　　2. 测试对内部RAM读写
　　（1） 基本读写：
　　通过写入和读出验证，可以验证整个0x1ffff可以被测试正确存储。
　　（2）读写时间测试：
　　循环写入0x8000字节，需要时间为：0.671s
　　循环读出0x8000字节，需要时间为 ： 0.671s
　　nBegin = GetClickMS（）;
　　for（i = 0; i 《 nSize; i ++） {
　　LC1024ByteRead（lnAddress + i）;
　　}
　　nEnd = GetClickMS（）;
　　printf（“Time：%drn”， nEnd - nBegin）;
　　（3）测试读写单个字节的时间：
　　通过测试CS波形，可以测到对于LC1024单个字节的读写时间为：19.6us。
　　读写函数为： LC1024ByreRead（）， LC1024ByteWrite（）。
　　
　　▲ LC1024读写单个字节时间（CS）
　　测量：LC1024ByteReadDim， LC1024ByteWriteDim，读写两个字节所需要的时间为：23.2us。
　　测量LC1024 CLK的波形，可以观察其中的主要延长来自于对于地址的操作。在LC1024ByteWrite（）函数中存在对于长整地址的移位操作。所以前面的时序特别长了。
　　
　　▲ 写操作中的CLK脉冲
　　将LC1024相关函数的地址进行改造，直接将24bit的三个字节的地址通过参数输入。
　　unsigned char LC1024ByteRead（unsigned long lnAddress）;
　　void LC1024ByteWrite（unsigned long lnAddress， unsigned char ucByte）;
　　void LC1024ByteReadDim（unsigned long lnAddress， unsigned char * pucDim， unsigned int nSize）;
　　void LC1024ByteWriteDim（unsigned long lnAddress， unsigned char *pucByte， unsigned int nSize）;
　　改造后的读写速度波形为：
　　
　　▲ 读写LC1024的CS和CLK波形
　　此时，读写一个字节所需要的时间为7.86us。
　　直接对长整地址移位所消耗的时间测量：
　　下面是测量的数据：
　　
　　▲ 地址移位所消耗的时间
　　测试的代码：
　　OFF（LC1024_CS）;
　　lnAddress = lnAddress 》》 8;
　　ON（LC1024_CS）;
　　结论
　　测试了23LC1024的基本的SPI模式的读写性能，这对于一般的数据缓存是满足的。
　　但是在高速数据采集过程中，高达20多微妙的访问时间受限。这需要通过芯片的SQI多数据线模式来提高访问速度。
　　还是受限于8051这个单片机的内核，使得该芯片的高速性能无法进一步提高了。将MCU更换成ARM的32位单片机则可以实质提高提高速度。