spi和qspi代码的区别

<think>我们正在讨论SPI和QSPI在嵌入式开发中代码实现的区别。根据引用资料，SPI是标准的四线制（SCLK, MOSI, MISO, CS）全双工通信协议，而QSPI则增加了数据线（通常为4根数据线）并支持队列机制，通常用于高速访问闪存，且QSPI可以是半双工（在4线模式下）或全双工（在2线模式下，但通常4线模式用于提高吞吐量）。 在代码层面，主要区别体现在以下几个方面： 1. **初始化配置**： - SPI：通常配置为主机模式、时钟极性、时钟相位、数据位顺序（MSB/LSB）、时钟频率等。数据线只有一根输入（MISO）和一根输出（MOSI）。 - QSPI：除了配置时钟等基本参数外，还需要配置数据线宽度（1线、2线、4线模式）、指令模式（如指令、地址、数据阶段分别使用几线传输）、内存映射模式等。QSPI控制器通常支持更复杂的操作序列（如命令、地址、交替字节、数据等阶段）。 2. **数据传输**： - SPI：每次传输通常以字节为单位，通过写入数据寄存器并等待传输完成标志（或使用中断/DMA）来发送和接收数据。全双工模式下，发送和接收同时进行。 - QSPI：支持单线、双线、四线模式传输。在四线模式下，每个时钟周期可以传输4位数据，因此传输同样数据量所需时间更短。此外，QSPI通常支持命令序列（Command Sequence），可以一次性设置好整个操作（包括指令、地址、数据等）然后启动传输。同时，QSPI还支持内存映射模式，使得外部闪存可以像内部存储器一样直接读取（通过地址访问），而不需要发送命令。 3. **操作模式**： - SPI：通常需要软件控制每个操作步骤（发送命令、地址、数据等），需要多个SPI传输过程。 - QSPI：支持自动生成操作序列。例如，读取闪存数据时，可以配置一个间接模式（Indirect Mode）的传输序列，包含命令、地址和读取数据阶段，然后启动传输，硬件会自动完成整个序列。在内存映射模式（Memory Mapped Mode）下，CPU可以直接通过地址读取数据，无需软件干预。 4. **性能优化**： - QSPI通常支持DMA，可以减轻CPU负担。同时，由于队列机制（Queued），可以连续发送多个命令而无需等待每个命令完成（但需要硬件支持队列）。 下面以读取闪存ID为例，对比SPI和QSPI的代码实现： **SPI读取闪存ID（以标准SPI为例）**： ```c // 假设SPI初始化已经完成，片选信号由软件控制 // 1. 拉低片选 CS_LOW(); // 2. 发送读取ID命令（0x9F） spi_send(0x9F); // 发送命令 // 3. 接收3个字节的ID（制造商ID、存储器类型、容量） uint8_t manufacturer_id = spi_receive(); uint8_t memory_type = spi_receive(); uint8_t capacity = spi_receive(); // 4. 拉高片选 CS_HIGH(); ``` **QSPI读取闪存ID（间接模式）**： ```c // 配置QSPI命令序列 QSPI_CommandTypeDef cmd; cmd.InstructionMode = QSPI_INSTRUCTION_1_LINE; // 指令使用1线传输 cmd.Instruction = 0x9F; // 读取ID命令 cmd.AddressMode = QSPI_ADDRESS_NONE; // 无地址 cmd.AlternateByteMode = QSPI_ALTERNATE_BYTES_NONE; // 无交替字节 cmd.DataMode = QSPI_DATA_1_LINE; // 数据阶段使用1线（也可以使用4线，但需要闪存支持） cmd.DummyCycles = 0; // 无空周期 cmd.NbData = 3; // 接收3个字节 cmd.DdrMode = QSPI_DDR_MODE_DISABLE; // 禁止DDR模式 cmd.DdrHoldHalfCycle = QSPI_DDR_HHC_ANALOG_DELAY; cmd.SIOOMode = QSPI_SIOO_INST_EVERY_CMD; // 每次传输都发送指令 // 配置QSPI为间接模式，发送命令 HAL_QSPI_Command(&hqspi, &cmd, HAL_QPSI_TIMEOUT_DEFAULT_VALUE); // 接收数据 uint8_t id[3]; HAL_QSPI_Receive(&hqspi, id, HAL_QPSI_TIMEOUT_DEFAULT_VALUE); ``` 或者，在支持内存映射模式的情况下，读取闪存ID可能不需要软件显式发送命令，因为闪存被映射到内存地址空间，但读取ID操作通常还是需要使用间接模式（因为内存映射模式通常用于读取数据，而不是发送命令）。 **总结**： - SPI代码实现较为简单，但需要软件控制每个步骤，且传输效率较低。 - QSPI代码实现更复杂，需要配置命令序列，但传输效率高（尤其在4线模式下），并且支持内存映射模式，使得读取操作更加高效（像访问内存一样）。 在嵌入式开发中，使用QSPI通常需要硬件支持（MCU内置QSPI控制器）和相应的驱动（如STM32的HAL库提供QSPI接口函数）。对于连接SPI Flash，如果对性能要求高，推荐使用QSPI。 §§相关问题§§ 1. QSPI的内存映射模式如何配置？ 2. 在QSPI的四线模式下，如何确保数据正确性？ 3. SPI和QSPI在功耗方面有什么区别？ 4. 如何选择SPI和QSPI用于不同的外设？</think>### SPI与QSPI协议在嵌入式开发中的代码实现区别 #### 1. **初始化配置** - **SPI**： 需配置时钟极性(CPOL)、时钟相位(CPHA)、主从模式、数据位宽（通常8位）和时钟频率。 示例代码（STM32 HAL库）： ```c SPI_HandleTypeDef hspi; hspi.Instance = SPI1; hspi.Init.Mode = SPI_MODE_MASTER; // 主模式 hspi.Init.Direction = SPI_DIRECTION_2LINES; // 全双工 hspi.Init.DataSize = SPI_DATASIZE_8BIT; // 8位数据 hspi.Init.CLKPolarity = SPI_POLARITY_LOW; // CPOL=0 hspi.Init.CLKPhase = SPI_PHASE_1EDGE; // CPHA=0 hspi.Init.BaudRatePrescaler = SPI_BAUDRATEPRESCALER_4; // 时钟分频 HAL_SPI_Init(&hspi); // 初始化 ``` - **QSPI**： 需额外配置数据线宽度（1/2/4线）、指令模式、闪存地址空间等。支持**内存映射模式**（直接访问外部闪存如内部内存）。 示例代码（STM32 HAL库）： ```c QSPI_HandleTypeDef hqspi; hqspi.Instance = QUADSPI; hqspi.Init.ClockPrescaler = 1; // 更高时钟频率 hqspi.Init.FifoThreshold = 4; // 4线数据传输 hqspi.Init.SampleShifting = QSPI_SAMPLE_SHIFTING_HALFCYCLE; hqspi.Init.FlashSize = 24; // 24位地址（16MB空间） HAL_QSPI_Init(&hqspi); // 初始化 // 配置内存映射模式（直接读取闪存） HAL_QSPI_EnableMemoryMappedMode(&hqspi); ``` #### 2. **数据传输** - **SPI**： 每次传输1位数据（全双工），需逐字节操作。 发送/接收示例： ```c uint8_t tx_data = 0xAA, rx_data; HAL_SPI_TransmitReceive(&hspi, &tx_data, &rx_data, 1, HAL_MAX_DELAY); ``` - **QSPI**： 支持单周期传输多位数据（如4位），通过**命令序列**（Command-Sequence）整合指令、地址和数据阶段。 四线模式读取示例： ```c QSPI_CommandTypeDef cmd; cmd.InstructionMode = QSPI_INSTRUCTION_1_LINE; // 指令用1线 cmd.Instruction = 0xEB; // 读命令 cmd.AddressMode = QSPI_ADDRESS_4_LINES; // 地址用4线 cmd.AddressSize = QSPI_ADDRESS_24_BITS; // 24位地址 cmd.DataMode = QSPI_DATA_4_LINES; // 数据用4线 cmd.NbData = 256; // 读取256字节 HAL_QSPI_Command(&hqspi, &cmd, HAL_MAX_DELAY); // 发送命令 HAL_QSPI_Receive(&hqspi, buffer, HAL_MAX_DELAY); // 接收数据 ``` #### 3. **性能优化** - **SPI**： 依赖CPU或DMA搬运数据，高时钟频率下易成瓶颈。 例如：SPI时钟10MHz时，理论速率仅1.25MB/s（8位数据）。 - **QSPI**： **队列机制**和**内存映射**显著提升效率： - 内存映射模式下，CPU可直接读取外部闪存（如`0x90000000`），无需额外代码。 - 4线模式理论速率可达SPI的4倍（相同时钟下）。 示例（直接访问映射内存）： ```c uint8_t *flash_addr = (uint8_t*)0x90000000; // QSPI映射地址 uint32_t data = flash_addr[0]; // 直接读取 ``` #### 4. **应用场景代码对比** - **SPI读取传感器**（如温度传感器）： ```c // 发送读命令 uint8_t cmd = 0x01; HAL_SPI_Transmit(&hspi, &cmd, 1, HAL_MAX_DELAY); // 接收2字节数据 uint8_t temp_data[2]; HAL_SPI_Receive(&hspi, temp_data, 2, HAL_MAX_DELAY); ``` - **QSPI读取大容量闪存**（如W25Q128）： ```c // 配置四线读取序列（无需逐字节操作） QSPI_CommandTypeDef cmd = { ... }; // 包含4线地址/数据 HAL_QSPI_Command(&hqspi, &cmd, HAL_MAX_DELAY); HAL_QSPI_Receive_DMA(&hqspi, large_buffer, 4096); // DMA传输4KB数据 ``` ### 关键区别总结 | **特性** | **SPI** | **QSPI** | |------------------|----------------------------------|------------------------------------| | 数据线 | 2线（MOSI+MISO） | 4线（IO0-IO3） | | 传输效率 | 单周期1位 | 单周期4位（理论速率×4） | | 典型应用 | 传感器、小容量EEPROM | 大容量SPI NOR/NAND Flash | | 内存映射 | 不支持 | 支持（直接地址访问） | | 代码复杂度 | 简单（逐字节操作） | 复杂（需配置命令序列） | | 时钟频率 | 通常≤50MHz | 可达100MHz+（如STM32H7） | > 提示：QSPI在嵌入式Linux中通常配置为**MTD设备**，通过`/dev/mtdX`直接访问，而SPI需通过`spidev`驱动逐字节读写[^1][^2]。 --- ###