隨著技術的進步，低功耗物聯網(IoT)和邊緣/云計算需要傳輸更精確的數據。無線傳感系統是一個帶有24位模數轉換器(ADC)的高精度數據采集系統。在這種情況下，微控制器單元(MCU)能否負擔得起數據轉換器的串行高速接口是一個需要解決的問題。

　　本文介紹了設計 MCU 和 ADC 之間的高速串行外設接口 (SPI) 數據事務驅動程序的過程。以下部分將簡要描述優化 SPI 驅動程序的不同方法以及 ADC 和 MCU 上所需的配置。在簡要說明之后將提供 SPI 和直接存儲器存取 (DMA) 數據事務的示例代碼的詳細描述。

　　通用SPI驅動簡介

　　顧名思義，MCU 供應商以示例代碼的形式向每個 MCU 提供通用 SPI 驅動程序/API。通用的SPI驅動程序/API通常可以覆蓋大多數用戶的應用程序，這些應用程序可能會完成許多配置或確定語句。在一些特定場景下，例如ADC數據采集，通用SPI驅動程序無法滿足ADC數據的全速吞吐量，因為通用驅動程序中實現了太多不同的配置。應用程序中未使用的配置會產生額外的開銷并導致時間延遲。

　　框架

　　為了通過SPI提取ADC的輸出數據，我們會選擇MCU作為主要器件，因為它具有低功耗和高速性能。然而，當數據事務基于 ADI SPI 驅動程序時，速度可能會由于 ADC 至 MCU 應用中不起作用的命令而降低。為了充分發揮 ADC 的潛在速度，我們對 ADuCM4050 和AD7768-1進行了實驗，并嘗試了可能的解決方案。盡管 ADuCM4050 的最大輸出數據速率為 256 kHz(在默認濾波器下)，但目前僅限于 8 kHz。加速輸出速率的潛在解決方案包括刪除不必要的命令和激活 DMA 控制器。這些想法將在以下部分中實現。

　　MCU為主

　　ADuCM4050 MCU 是一款超低功耗微控制器系統，主時鐘速率為 26 MHz。該系統由 Arm ? Cortex ? -M4F 處理器驅動。ADuCM4050 配備三個 SPI，每個 SPI 包含兩個 DMA 通道(接收和發送)，用于與 DMA 控制器連接。DMA 控制器和 DMA 通道提供了在內存和外設之間傳輸數據的方法。這是一種有效的數據分配方式，可以釋放核心來處理其他任務。

　　數據流連接圖

　　ADuCM4050 和 AD7768-1 用作數據事務示例模型。引腳連接如圖所示。

　　它們的復位信號從 MCU GPIO28 發送到 ADC RST_1 引腳，數據就緒信號從 ADC DRDY_1 發送到 MCU GPIO27。其余引腳連接為通用 SPI 配置，其中 MCU 為主，ADC 為節點。SDI_1接收來自MCU的ADC寄存器讀/寫命令，DOUT_1將輸出數據發送到MCU。

　　數據交易的實現

　　中斷數據事務

　　為了實現連續的數據傳輸，我們使用GPIO27(連接到DRDY)作為中斷觸發器。當 ADC 向 GPIO27 發送數據就緒信號時，MCU 運行回調函數，其中包含數據事務命令。如所示，數據采集必須在中斷A和中斷B之間的時間間隔內進行。

　　借助ADI SPI驅動程序，我們可以輕松實現ADC和MCU之間的數據交互。然而，由于驅動器中的冗余命令，ADC ODR 將被限制為 8 kHz。為了加快這個過程，我們將代碼修剪到最精簡。我們介紹兩種 DMA 數據傳輸方法：基本模式 DMA 傳輸和乒乓模式 DMA 傳輸。

　　中斷處理程序優化

　　數據就緒信號之間的時間間隔不僅包括回調函數中命令的執行時間，還包括 ADI GPIO 中斷處理程序中命令的執行時間。

　　MCU 激活時，CPU 運行啟動文件(即startup.s)。所有事件處理程序都在該文件中定義，包括 GPIO 中斷處理程序。一旦觸發GPIO中斷，就會執行中斷處理函數(即ADI GPIO驅動程序中的GPIO_A_INT_HANDLER和GPIO_B_INT_HANDLER)。在一般的中斷處理函數中，CPU 會在所有 GPIO 引腳中搜索觸發的引腳，清除其中斷狀態，并運行注冊的回調函數。在所使用的ADC-MCU應用中，DRDY是唯一的中斷信號。因此，我們希望修剪該函數以加快該過程。可能的解決方案包括(1)在啟動文件中重定向以及(2)修改原始中斷處理程序。

　　另一方面，修改則需要自定義GPIO驅動。我們采用后一種選項并修改該函數，其中它僅清除連接到 DRDY 的引腳的中斷狀態并直接進入回調函數。請注意，需要通過取消選中包含在構建目標中的框來阻止原始 GPIO 驅動程序。

　　使用所選的ADC(AD7768-1)和MCU(ADuCM4050或MAX32660)，我們可以通過SPI實現高速數據傳輸。為了達到速度優化的目標，我們根據ADI SPI驅動程序進行數據傳輸，但扣除了冗余命令。此外，DMA 控制器的激活可以釋放內核并加速連續數據傳輸。浮思特科技專注在新能源汽車、電力新能源、家用電器、觸控顯示，4大領域，為客戶提供單片機（MCU）產品選型采購的一站式服務，是一家擁有核心技術的電子元器件供應商和解決方案商。