STM32

请教一个 STM32H7 IO 翻转速度的问题

2019-12-12 18:15发布

站内问答 / STM32/STM8
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如题，由于案子需要用到高速的IO通信，还是特殊协议的那种，担心STM32F1和STM32F4 端口速度以及数据处理速度跟不上，就买了个STM32H7 的开发板，想试一下看看H7 的 IO 翻转速度有多快。
但结果有点出乎意料，用正点原子的例程，STM32H7 主频设置到400MHz，主循环里面就下面这样：
  while(1)
         {
         GPIOB->ODR = 1;
        GPIOB->ODR = 0;
         }
IO 口示波器实测速度才 16.7MHz 左右；

然后，为了避免其他因素的干扰，我又尝试，直接把 HSI 8分频，也就是64MHz/8 = 8MHz 作为系统时钟，各路总线都不再分频，跑起来，IO 的翻转速度才670KHz 左右；
相对于 400MHz 的时候，HCLK 是系统时钟 二分频了的，也就是说总线时钟 200MHz，200MHz/8MHz * 670KHz = 16.75MHz，这个和之前的测试结果基本吻合。

网上一查，发现也有人和我遇到同样的问题，或者说是现象，但却没有寻找到有效的提高 IO 翻转速度的方法。
那么问题来了，STM32H7 这样的 IO 翻转速度表现，甚至远低于 STM23F4 的水准，这显然应该是不可能的，这里面肯定有哪里没有配置正确吧，我猜；
但是我用自己贫瘠的英语水平以及比较low的专业能力，翻看了好几天参考手册并尝试修改各种时钟配置，一直没有解决，不知道坛子里有没有遇到同样问题的人，或者有大神给指点迷津。
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64条回答
laoshuhunya
1楼-- · 2019-12-19 05:22
dudududu 发表于 2018-11-29 14:28
这位大神，为啥软件翻转一次需要6周期，硬件需要2周期，最终算出来是6*2=12周期？？为啥是相乘的关系，我 ...

对此我也有疑惑。如果数据手册上“翻转一次I/O口需要两个周期”这句话表达的意思是硬件限制，那么对你上面示出的汇编代码来说确实是 6*2 = 12个周期。如果那句话表达的意思是“I/O翻转速度最高可达系统时钟的1/2”，那结论完全不同。
根据我这几天的实际测试，STM32F1软件翻转I/O口的速度最高可达系统时钟的1/4，STM32F4和STM32F7软件翻转I/O口的速度都能达到系统时钟的1/2，但我手上没有STM32H系列的测试板，无法确认它的具体情况。不过我个人认为STM32H7应该和F7系列一样。你也可以用前面我的帖子中附件那个嵌入式汇编测试下，结果就非常明确了。
vuo50z
2楼-- · 2019-12-19 08:46
参考这个帖子，翻转速率主要受总线速度影响。
https://www.amobbs.com/forum.php ... &authorid=99882
laoshuhunya
3楼-- · 2019-12-19 13:15
今天拿到一块STM32H743评估板，略略翻了相关文档，把锁相环PLL1设置为800MHz，系统时钟设置为400MHz，I/O口总线（AHB4）时钟设置为200MHz，果然不负众望，I/O输出硬件翻转速度达到了数据手册的200MHz，也符合参考手册上说的系统时钟1/2
  
但是，软件翻转I/O口的速度也达到了惊人的16.7MHz，比11年前的STM32F103还差？STM32F103软件翻转I/O口的速度可以达到18MHz
  
重新检查设置，把能开的全开了，该关的都关了，软件翻转I/O口的速度始终是稳稳的16.7MHz
  
在输出指令中插入NOP，也没有增加翻转周期，说明是总线矩阵阻碍了软件翻转I/O的速度。
  
时钟配置如下：
  1. //-------------------------------------------------------------
  2.     HWREG32(0x51043100uL) = 0x0000000FuL;    // CM7_Read_QOS = 0xF（最高优先权）
  3.     HWREG32(0x51043104uL) = 0x0000000FuL;    // CM7_Write_QOS = 0xF（最高优先权）
  4.    
  5.     SET_BIT(PWR->CR2, 0x00000001uL);    // 使能备份调压器
  6.     SET_BIT(PWR->CR3, 0x02000100uL);    // 使能USB调压器，使能VBAT电池充电
  7.     Delay(DelayTime);
  8.     SET_BIT(PWR->D3CR, 0x0000C000uL);    // VOS = 1
  9.     Delay(DelayTime);
  10.     while (!READ_BIT(PWR->CSR1, 0x00002000uL));    // 等待VOS电压稳定
  11.    
  12.     RCC->PLLCKSELR = 0x01010100uL;    // DIVM = HSI/16
  13.     RCC->PLLCFGR = 0x01FF0888uL;    // PLL1/PLL2/PLL3配置为VCOH（192 MHz 到 836 MHz）
  14.     RCC->PLL1DIVR = 0x010102C7uL;    // PLL1倍频200，VCO1配置为800MHz
  15.     RCC->PLL2DIVR = 0x01010263uL;    // PLL2倍频100，VCO2配置为400MHz
  16.     RCC->PLL3DIVR = 0x01010263uL;    // PLL3倍频100，VCO3配置为400MHz
  17.     SET_BIT(RCC->CR, 0x15000000uL);    // 开启PLL1/PLL2/PLL3
  18.    
  19.     FLASH->ACR = 0x00000022uL;    // 闪存访问等待周期2
  20.     SET_BIT(RCC->CFGR, 0x04000000uL);    // MCO2 = sys_ck/2
  21.     RCC->D1CFGR = 0x00000048uL;    // sys_d1cpre_ck = sys_ck/1，rcc_hclk3 = sys_d1cpre_ck/2，rcc_pclk3 = rcc_hclk3/2
  22.     RCC->D2CFGR = 0x00000440uL;    // rcc_pclk2 = rcc_hclk2/2，rcc_pclk1 = rcc_hclk1/2
  23.     RCC->D3CFGR = 0x00000040uL;    // rcc_pclk4 = rcc_hclk4/2
  24.    
  25.     Delay(DelayTime);
  26.     while (READ_BIT(RCC->CR, 0x3F000000uL) != 0x3F000000uL);    // 等待PLL时钟锁定
  27.     Delay(DelayTime);
  28.     SET_BIT(RCC->CFGR, 0x00000003uL);    // 切换到PLL时钟
  29.     Delay(DelayTime);
  30.     while (READ_BIT(RCC->CFGR, 0x00000038uL) != 0x00000018uL);    // 等待PLL时钟切换完成
  31. //-------------------------------------------------------------
复制代码
  
SCT文件如下，把需要加速的函数放到DTCM：
  1. LR_IROM1 0x08000000 0x00200000  {    ; load region size_region
  2.   ER_IROM1 0x08000000 0x00200000  {  ; load address = execution address
  3.    *.o (RESET, +First)
  4.    *(InRoot$Sections)
  5.    .ANY (+RO)
  6.    .ANY (+XO)
  7.   }
  8.   RW_IRAM1 0x20000000 0x00020000  {  ; RW data
  9.    _bgrtss_smapi_cm3_012_001.o (+RW +ZI)
  10.    _bgrtsystemservice_cm3_012_001.o
  11.    _bgrtscheduler_cm3_012_001.o (+RW +ZI)
  12.    _bgrtswitcher_cm4f_012_001.o
  13.    
  14.    startup_bgrtss_armcm4_rvmdk.o (+RW +ZI)
  15.    blinky.o (+RW +ZI)
  16.    io_atomicaccess_hdi_001_000.o
  17.    pid_hdp_api_003_012.o
  18.    io_atomicaccess_master1.o (+RW +ZI)
  19.    task4.o (+RW +ZI)
  20.   }
  21.   RW_IRAM2 0x24000000 0x00080000  {
  22.    .ANY (+RW +ZI)
  23.   }
  24. }
复制代码
  
CPU访问I/O口需要经过两级总线矩阵，慢是有道理的，看来H系列只能这样了：

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2018-12-15 00:07 上传
huangqi412
4楼-- · 2019-12-19 13:15
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laoshuhunya
5楼-- · 2019-12-19 13:33
huangqi412 发表于 2018-12-15 08:59
主频几百M, 软件翻转只有16M   所有脉冲都改成定时器操作估计还快些了。

用软件模拟通讯接口基本上就I2C，而I2C速率很慢，速率较高的SPI和其他通讯接口就少有用软件模拟了。开关量输出的话16.7MHz也基本够用。
所以实际应用问题不大，估计这也是ST的设计思路。
SCREA
6楼-- · 2019-12-19 17:05
laoshuhunya 发表于 2018-11-25 12:16
此表摘自STM32F767数据手册：

最差20Mhz,一般50Mhz ,看典型值，不要只关注最大值
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