Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Wie viele NOP für 100NS-Clock? (Software-SPI)


Wie viele NOP für 100NS-Clock? (Software-SPI)
von Dietmar (Gast)

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Wie viele NOP brauchts zwischen SPI_SCK_HIGH() und SPI_SCK_LOW() bei 
18.432MHz (54ns pro Takt), wenn das Datenblatt des IC sagt, dass 
High/Low-Phase der Clock jeweils nicht kürzer als 100NS sein dürfen (4 
Mbit/s SC16IS750)? Hätte gedacht zwei, vielleicht einen, aber es geht 
mit 0?!
1
// 100ns Verzögerung

2
3
#define DELAY_100NS()    \

4
__asm__ __volatile__ (   \

5
  "nop\n"          \

6
  "nop\n"          \

7
)

8
9
#define DELAY_50NS()     \

10
__asm__ __volatile__ (   \

11
  "nop\n"          \

12
)

13
14
#define SPI_SCK_HIGH() PORTD |=  BITMASK4

15
#define SPI_SCK_LOW()  PORTD &= ~BITMASK4

16
17
void

18
softspi_write_byte(uint8_t out)

19
{

20
  uint8_t bitmask;

21
22
  // SCK and /CS must be low when arriving here (setup by caller)

23
24
  for (bitmask = 128; bitmask; bitmask >>= 1)

25
  {

26
    if (out & bitmask)

27
      SPI_MOSI_HIGH();

28
    else

29
      SPI_MOSI_LOW ();

30
31
    DELAY_50NS();

32
33
    SPI_SCK_HIGH();

34
35
    DELAY_50NS();

36
37
    SPI_SCK_LOW();

38
39
    DELAY_50NS();

40
  }

41
}


  


  




  

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    Re: Wie viele NOP für 100NS-Clock? (Software-SPI)
  


  

    

      von
      
        egon (Gast)
      
      


      
    


    

      
    

    

    

  
  


  

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Moin,

mach mal ein Disassemble auf den Code. Das Setzen der Bits braucht ja 
auch seine Zeit und da wirst du sehen das du da wahrscheinlich schon 
>100ns bist.

  


  




  

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    Re: Wie viele NOP für 100NS-Clock? (Software-SPI)
  


  

    

      von
      
        Wolfgang (Gast)
      
      


      
    


    

      
    

    

    

  
  


  

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Dietmar schrieb:
> Hätte gedacht zwei, vielleicht einen, aber es geht mit 0?!

Was sprich dagegen, die Pulslänge einfach auszumessen?

  


  




  

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    Re: Wie viele NOP für 100NS-Clock? (Software-SPI)
  


  

    

      von
      
        Hermann K.
        (r2d2)
        
      
      


      
    


    

      
    

    

    

  
  


  

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Oder häng einfach mal ein Oszi/Logic-Analyzer dran. Dann siehst du wie 
dein Timing ausschaut.

Generell hast du aber eh ein Problem: Dein Code ist nicht auf andere 
Taktfrequenzen portierbar und das Timing kann sich in Abhängigkeit von 
Compiler und der eingestellten Optimierung ändern.

  


  




  

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    Re: Wie viele NOP für 100NS-Clock? (Software-SPI)
  


  

    

      von
      
        Hans (Gast)
      
      


      
    


    

      
    

    

    

  
  


  

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egon schrieb:
> Disassemble

Damit wäre gemeint dem gcc dem Parameter "-S" mitzugeben...

73

  


  




  

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    Re: Wie viele NOP für 100NS-Clock? (Software-SPI)
  


  

    

      von
      
        Hans (Gast)
      
      


      
    


    

      
    

    

    

  
  


  

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Dietmar schrieb:
> Hätte gedacht zwei, vielleicht einen, aber es geht mit 0?!

Welcher optimizer Level? Bei -Ofast müsstest du unglücklich 
implementiert haben (glaube ich nicht)... Bei -O0 wäre das aber 
normal... Btw -Og ist debugbar und annehmbar klein/schnell

73

  


  




  

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    Re: Wie viele NOP für 100NS-Clock? (Software-SPI)
  


  

    

      von
      
        Wolfgang (Gast)
      
      


      
    


    

      
    

    

    

  
  


  

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Hermann K. schrieb:
> Generell hast du aber eh ein Problem: Dein Code ist nicht auf andere
> Taktfrequenzen portierbar ...

Dafür steckt er hoffentlich im HAL

  


  




  

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    Re: Wie viele NOP für 100NS-Clock? (Software-SPI)
  


  

    

      von
      
        Nico W.
        (nico_w)
        
      
      


      
    


    

      
    

    

    

  
  


  

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Ist das ein read modify write? Der braucht mindestens 3 Takte. Also > 
150ns.

  


  




  

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    Re: Wie viele NOP für 100NS-Clock? (Software-SPI)
  


  

    

      von
      
        Peter D.
        (peda)
        
      
      


      
    


    

      
    

    

    

  
  


  

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Dietmar schrieb:
> Hätte gedacht zwei, vielleicht einen, aber es geht
> mit 0?!

SBI/CBI dauern schon je 2 Zyklen (108ns). Deine Loop enthält aber noch 
viel mehr Code, ist also deutlich langsamer als 216ns.

Schneller geht es mit dem HW-SPI, noch schneller mit der UART im 
SPI-Mode. Dann sollten 3,072MHz zu schaffen sein.

  


  




  

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    Re: Wie viele NOP für 100NS-Clock? (Software-SPI)
  


  

    

      von
      
        Dietmar (Gast)
      
      


      
    


    

      
    

    

    

  
  


  

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> Oder häng einfach mal ein Oszi/Logic-Analyzer dran

Gemacht. Statt 100ns-Takt war es ein 800ns low/164ns high-Takt (Version 
W1). Oops. Ziemlich verschätzt. Mit aufgerollter Schleife (Version W2) 
sind es jetzt 162ns low / 108ns high.

Die Lese-Schleife war nicht ganz so schlimm. 380ns low, 162ns high (R1). 
Unrolling brachte 108ns low, 109ns high (Version R2), aber das war wohl 
zu knapp - das hat nicht funktioniert. Version R3 geht (160ns low, 164ns 
high).

--- Anhänge

Version W1: 164ns hi, 760ns bis 814ns low

1
for (uint8_t bitmask = 128; bitmask; bitmask >>= 1)

2
{

3
  if (out & bitmask)

4
    SPI_MOSI_HIGH();

5
  else

6
    SPI_MOSI_LOW ();

7
8
  DELAY_50NS();

9
10
  SPI_SCK_HIGH();

11
12
  DELAY_50NS();

13
14
  SPI_SCK_LOW();

15
16
  DELAY_50NS();

17
}


Version W2: 110ns high, 542ns low

1
for (uint8_t bitmask = 128; bitmask;)

2
{

3
  if (out & bitmask)

4
    SPI_MOSI_HIGH();

5
  else

6
    SPI_MOSI_LOW();

7
8
  SPI_SCK_TOGGLE();                    // clock now high

9
10
  bitmask >>= 1;                       // place here to generate pause

11
12
  SPI_SCK_TOGGLE();                    // clock now low

13
}


Version W3: 108ns high, 162ns low

1
// bit 7

2
3
if (out & 128)

4
  SPI_MOSI_HIGH();

5
else

6
  SPI_MOSI_LOW();

7
8
SPI_SCK_TOGGLE();                    // clock now high

9
10
DELAY_50NS();

11
12
SPI_SCK_TOGGLE();                    // clock now low (idle)

13
14
// bit 6

15
16
if (out & 64)

17
  SPI_MOSI_HIGH();

18
else

19
  SPI_MOSI_LOW();

20
21
SPI_SCK_TOGGLE();                    // clock now high

22
23
DELAY_50NS();

24
25
SPI_SCK_TOGGLE();                    // clock now low (idle)

26
27
// bit 7

28
29
if (out & 32)

30
  SPI_MOSI_HIGH();

31
else

32
  SPI_MOSI_LOW();

33
34
SPI_SCK_TOGGLE();                    // clock now high

35
36
DELAY_50NS();

37
38
SPI_SCK_TOGGLE();                    // clock now low (idle)

39
40
if (out & 16)

41
  SPI_MOSI_HIGH();

42
else

43
  SPI_MOSI_LOW();

44
45
SPI_SCK_TOGGLE();                    // clock now high

46
47
DELAY_50NS();

48
49
SPI_SCK_TOGGLE();                    // clock now low (idle)

50
51
if (out & 8)

52
  SPI_MOSI_HIGH();

53
else

54
  SPI_MOSI_LOW();

55
56
SPI_SCK_TOGGLE();                    // clock now high

57
58
DELAY_50NS();

59
60
SPI_SCK_TOGGLE();                    // clock now low (idle)

61
62
if (out & 4)

63
  SPI_MOSI_HIGH();

64
else

65
  SPI_MOSI_LOW();

66
67
SPI_SCK_TOGGLE();                    // clock now high

68
69
DELAY_50NS();

70
71
SPI_SCK_TOGGLE();                    // clock now low (idle)

72
73
if (out & 2)

74
  SPI_MOSI_HIGH();

75
else

76
  SPI_MOSI_LOW();

77
78
SPI_SCK_TOGGLE();                    // clock now high

79
80
DELAY_50NS();

81
82
SPI_SCK_TOGGLE();                    // clock now low (idle)

83
84
if (out & 1)

85
  SPI_MOSI_HIGH();

86
else

87
  SPI_MOSI_LOW();

88
89
SPI_SCK_TOGGLE();                    // clock now high

90
91
DELAY_50NS();

92
93
SPI_SCK_TOGGLE();                    // clock now low (idle)


Version R1: 162ns high, 380ns low

1
uint8_t bitmask, in;

2
3
for (in = 0, bitmask = 128; bitmask; bitmask >>= 1)

4
{

5
  // read 100NS after clock went low

6
7
  if (SPI_MISO_READ())

8
9
    in |= bitmask;

10
11
  SPI_SCK_HIGH();

12
13
  DELAY_50NS();

14
15
  SPI_SCK_LOW();

16
}


Version R2: 109ns high, 108ns low

1
uint8_t in = 0;

2
3
// bit 7

4
5
if (SPI_MISO_READ())

6
7
  in |= 128;

8
9
SPI_SCK_TOGGLE();                    // clock now high

10
11
DELAY_50NS();

12
13
SPI_SCK_TOGGLE();                    // clock now low (idle)

14
15
// bit 6

16
17
if (SPI_MISO_READ())

18
19
  in |= 64;

20
21
SPI_SCK_TOGGLE();                    // clock now high

22
23
DELAY_50NS();

24
25
SPI_SCK_TOGGLE();                    // clock now low (idle)

26
27
// bit 5

28
29
if (SPI_MISO_READ())

30
31
  in |= 32;

32
33
SPI_SCK_TOGGLE();                    // clock now high

34
35
DELAY_50NS();

36
37
SPI_SCK_TOGGLE();                    // clock now low (idle)

38
39
// bit 4

40
41
if (SPI_MISO_READ())

42
43
  in |= 16;

44
45
SPI_SCK_TOGGLE();                    // clock now high

46
47
DELAY_50NS();

48
49
SPI_SCK_TOGGLE();                    // clock now low (idle)

50
51
// bit 3

52
53
if (SPI_MISO_READ())

54
55
  in |= 8;

56
57
SPI_SCK_TOGGLE();                    // clock now high

58
59
DELAY_50NS();

60
61
SPI_SCK_TOGGLE();                    // clock now low (idle)

62
63
// bit 2

64
65
if (SPI_MISO_READ())

66
67
  in |= 4;

68
69
SPI_SCK_TOGGLE();                    // clock now high

70
71
DELAY_50NS();

72
73
SPI_SCK_TOGGLE();                    // clock now low (idle)

74
75
// bit 1

76
77
if (SPI_MISO_READ())

78
79
  in |= 2;

80
81
SPI_SCK_TOGGLE();                    // clock now high

82
83
DELAY_50NS();

84
85
SPI_SCK_TOGGLE();                    // clock now low (idle)

86
87
// bit 0

88
89
if (SPI_MISO_READ())

90
91
  in |= 1;

92
93
SPI_SCK_TOGGLE();                    // clock now high

94
95
DELAY_50NS();

96
97
SPI_SCK_TOGGLE();                    // clock now low (idle)


Version R3:

1
uint8_t in = 0;

2
3
// bit 7

4
5
if (SPI_MISO_READ())

6
7
  in |= 128;

8
9
SPI_SCK_TOGGLE();                                // clock now high

10
11
DELAY_100NS();

12
13
SPI_SCK_TOGGLE();                                // clock now low (idle)

14
15
DELAY_50NS();

16
17
// bit 6

18
19
if (SPI_MISO_READ())

20
21
  in |= 64;

22
23
SPI_SCK_TOGGLE();                                // clock now high

24
25
DELAY_100NS();

26
27
SPI_SCK_TOGGLE();                                // clock now low (idle)

28
29
DELAY_50NS();

30
31
// bit 5

32
33
if (SPI_MISO_READ())

34
35
  in |= 32;

36
37
SPI_SCK_TOGGLE();                                // clock now high

38
39
DELAY_100NS();

40
41
SPI_SCK_TOGGLE();                                // clock now low (idle)

42
43
DELAY_50NS();

44
45
// bit 3

46
47
if (SPI_MISO_READ())

48
49
  in |= 16;

50
51
SPI_SCK_TOGGLE();                                // clock now high

52
53
DELAY_100NS();

54
55
SPI_SCK_TOGGLE();                                // clock now low (idle)

56
57
DELAY_50NS();

58
59
// bit 3

60
61
if (SPI_MISO_READ())

62
63
  in |= 8;

64
65
SPI_SCK_TOGGLE();                                // clock now high

66
67
DELAY_100NS();

68
69
SPI_SCK_TOGGLE();                                // clock now low (idle)

70
71
DELAY_50NS();

72
73
// bit 2

74
75
if (SPI_MISO_READ())

76
77
  in |= 4;

78
79
SPI_SCK_TOGGLE();                                // clock now high

80
81
DELAY_100NS();

82
83
SPI_SCK_TOGGLE();                                // clock now low (idle)

84
85
DELAY_50NS();

86
87
// bit 1

88
89
if (SPI_MISO_READ())

90
91
  in |= 2;

92
93
SPI_SCK_TOGGLE();                                // clock now high

94
95
DELAY_100NS();

96
97
SPI_SCK_TOGGLE();                                // clock now low (idle)

98
99
DELAY_50NS();

100
101
// bit 0

102
103
if (SPI_MISO_READ())

104
105
  in |= 1;

106
107
SPI_SCK_TOGGLE();                                // clock now high

108
109
DELAY_100NS();

110
111
SPI_SCK_TOGGLE();                                // clock now low (idle)

112
113
DELAY_50NS();

114
115
return(in);


  


  




  

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    Re: Wie viele NOP für 100NS-Clock? (Software-SPI)
  


  

    

      von
      
        Dietmar (Gast)
      
      


      
    


    

      
    

    

    

  
  


  

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PS:
1
#define SPI_SCK_HIGH()       PORTD |=  BITMASK4

2
#define SPI_SCK_LOW()        PORTD &= ~BITMASK4

3
#define SPI_SCK_TOGGLE()     PIND   =  BITMASK4 /* setting a bit in PINx (like this, not |=) toggles corresponding bit in PORTx */

4
#define SPI_CS_HIGH()        PORTD |=  BITMASK7

5
#define SPI_CS_LOW()         PORTD &= ~BITMASK7

6
#define SPI_MOSI_HIGH()      PORTD |=  BITMASK5

7
#define SPI_MOSI_LOW()       PORTD &= ~BITMASK5

8
#define SPI_MOSI_TOGGLE()    PIND   =  BITMASK5 /* setting a bit in PINx (like this, not |=) toggles corresponding bit in PORTx */

9
#define SPI_MISO_READ()      PIND   &  BITMASK3


  


  




  

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