AI8051U通过QSPI访问外部RAM

摘要：对于一些内部RAM比较小的单片机，使用外部串行RAM可以缓解一些应用中单片机内存不足所带来的困难。昨天测试了SPI接口的RAM23LC1024的接口功能，使用SPI 读取32个字节数据花费了 100多微秒，为了提高RAM访问速度，接下来利用23LC102

一、前言

对于一些内部RAM比较小的单片机，使用外部串行RAM可以缓解一些应用中单片机内存不足所带来的困难。昨天测试了SPI接口的RAM 23LC1024 的接口功能，使用SPI 读取32个字节数据花费了 100多微秒，为了提高RAM访问速度，接下来利用23LC1024的 QSPI接口，测试一下读取的速度最快可以达到多少。

二、测试电路

好马配好鞍，在 AI8051U单片机上，集成有 QSPI 硬件接口。这样，将 23LC1024 串行RAM 挂载到 AI8051U的QSPI端口，查看一下读写的速度。使用它的USB端口进行软件的下载调试，电路很简单。设计一个单面测试电路板，使用一分钟制版方法，一分钟之后得到测试电路，焊接之后进行测试。

在AI8051U的数据手册中，关于QSPI端口的说明很详细，只是初次使用，缺少经验。可以直接应用它给出的范例程序。这些范例程序用于访问外部SPI 接口的 FLASH。可以在链接网页中找到对应的示例程序压缩包。将它们解压缩，可以看到其中包括有 QSPI 头文件和 C源文件，通过阅读和修改这里面的程序，在根据 23LC1024的说明，编写相应的串口RAM访问程序。

在 QSPI 文件中，前面的宏定义修改为 1，这样便符合现在测试电路中串行SPI 挂载的端口。接下来，初始化程序对所使用的 QSPI 端口的六个 IO 口进行设置。根据 23LC1024中 QSPI 接口的说明，经过测试，这里的 QSPI时钟分频系数修改为 4，这样便可以满足读写 23LC1024 的速度要求。设置时钟空闲电平为低电平。访问地址空间，实际上 23LC1024只有 128k字节。不过这里并没有进行修改。这是对 QSPI文件的初步修改。

在 QSPI中给出了很多已经编写好的子程序，分别适应外部不同数据线宽度的读写过程。针对不同的 SPI 存储器，这些QSPI 访问序列可以完全进行配置，包括各种控制命令。其中四线SPI读取命令，可以直接用于 23LC1024的读取。但是，在给定的 QSPI文件中，并没有包括适合 23LC1024写入函数。于是将其中的一个函数，修改成包括写入数据的子程序。增加了输入指针和长度的参数。利用这些参数，可以将外部数组写入 RAM。这个写入过程，符合 23LC1024的四线写入协议。

在读写23LC1024的过程中，直接调用前面的函数，便可以完成RAM的数据读写。其中这里的参数2 表明在读写命令地址与数据之间存在两个空字节时钟。读取的时候，使用 QSPI读取命令即可。

在主程序中，先给 23LC1024写入64个字节的递增数据。然后在循环中读取，并通过USB虚拟串口显示出来。注意，在读取的时候，现在一次最多读取32个字节，所以分两次读取64个字节。在写入的时候并没有32个字节的限制。可以看到，USB虚拟串口显示的结果，表明RAM读写正确。

下面是激动人心的时刻，测量一下通过 QSPI 访问RAM的速度。使用示波器，测量23LC1024的 CS 和 IO0 数据线上的电压波形，可以看到，读取32个字节的时间大约为 8微秒。平均到每个字节读取时间为 0.25微秒。相比使用普通的SPI接口，读取的速度大约提高了 15倍左右。由此可以看到，使用 AI8051U的硬件 QSPI访问外部存储器，速度的确非常快。