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

Dietmar Gast #5745680
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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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Hermann K. #5745700
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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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Dietmar Gast #5746027
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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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Dietmar Gast #5746030
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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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