在Nucleo STM32F401RE上使用SPI DMA方式提高W5500传输速率
WIZnet W5500 支持高达 80MHz SPI 时钟，所以用户可用 MCU来提供一个最大传输速率的高速以太网SPI通讯。本文中，我将展示如何用STM32 MCU来让W5500达到最大传输速率。
当使用来自STMicro的Cortex M3/M4产线的32位处理器，以太网传输速率可以在使用SPI通讯模式事产生最大变化。我将比较使用SPI标准模式和SPI DMA模式的不同传输速率。
组成
MCU : Nucleo STM32F401RE
以太网控制器 : WIZnet WIZ550io(内嵌 W5500)
引脚连接
MCU与WIZnet WIZ550io之间的引脚连接，请参见下表。
首先，连接电源线。
其次，连接SPI信号。连接SCS 引脚到GPIOA_Pin12，因为我将用软件方法处理它。
第三，连接 RSTn 引脚到 GPIOA_Pin11 来复位WIZ550io.
最后， 用GPIOA_pin1这个引脚连接到W550io的RDY引脚上完成初始化.
RSTn 引脚和 RDY 引脚的连接并不至关重要，但是连上更稳定.
怎样实现SPI协议
SPI 协议控制W5500和在SPI标准模式及SPI DMA模式是相同的。然而，这两种模式之间的不同是，在SPI总线的数据之间的空闲时间。
用于W5500的SPI协议在WIZnet ioLibrary中W5500.c中提供，具有如下功能。
- WIZCHIP_READ(uint32_t AddrSel)
- WIZCHIP_WRITE(uint32_t AddrSel, uint8_t wb)
- WIZCHIP_READ_BUF(uint32_t AddrSel, uint8_t* pBuf, uint16_t len)
- WIZCHIP_WRITE_BUF(uint32_t AddrSel, uint8_t* pBuf, uint16_t len)
当SPI DMA 模式未使用时, 内部函数调用标准SPI 读/写函数，比如下面的WIZCHIP_READ_BUF() 功能。
#if !defined (SPI_DMA)
WIZCHIP.IF.SPI._write_byte((AddrSel & 0x00FF0000) >> 16);
WIZCHIP.IF.SPI._write_byte((AddrSel & 0x0000FF00) >> 8);
WIZCHIP.IF.SPI._write_byte((AddrSel & 0x000000FF) >> 0);
for(i = 0; i < len; i++) pBuf[i] = WIZCHIP.IF.SPI._read_byte();
当使用 SPI DMA 模式时，准备命令数据，由地址和操作码组成，称作 SPI_DMA_READ() 函数。
#else
spi_data[0] = (AddrSel & 0x00FF0000) >> 16;
spi_data[1] = (AddrSel & 0x0000FF00) >> 8;
spi_data[2] = (AddrSel & 0x000000FF) >> 0;
SPI_DMA_READ(spi_data, pBuf, len);
#endif
正如在“如何在STM32F2xx or STM32F4xx中使用SPI DMA来完成全双攻通信”, SPI_DMA_READ() 和 SPI_DMA_WRITE() 是由使用SPI DMA模式的代码组成的。
标准 SPI 模式 & SPI DMA 模式的性能比较
下面相关数据的源代码是用于loopback测试的例程。可以看到在标准SPI模式和SPI DMA模式中存在多大的性能差异。
标准SPI模式
在 spi_handler.h 中#ifndef SPI_DMA
//#define SPI_DMA
#endif
如果你把“#define SPI_DMA” 行打上注释，你将在标准SPI模式下操作。
如果你在Nucleo板上编译之后下载了二进制文件，并用WIZnet提供的AX1.exe上做了loopback的测试，随后传输和接收就如下图所示分别能达到 1.6Mbps，我们可知SPI全速传输速率高达3.2Mbps。
这里, SPI 时钟是 24MHz，你可以清晰的看到在SPI数据间的空闲时间。
SPI DMA 模式
#ifndef SPI_DMA
#define SPI_DMA
#endif
如上, 移去 “#define SPI_DMA”行注释.
接下来, 如果你下载二进制文件到 Nucleo, 然后你就能看到 SPI DMA 模式的传输速率。传输和接收的loopback测试性能可分别达到 4.3Mbps，并且 SPI全速传输速率超过 8Mbps。如果你使用自己的板子，并且有一个高速的外部时钟来代替Nucleo 板, 随之你就得到了更快的传输速率。
这里, 你可以看到无任何空闲时间的连续SPI通讯，如下图。
by James YS Kim