QSPI：串行接口的创新研究与应用提升

同步队列串行接口QSPI（Queue Serial Peripheral Interface）是一种基于Motorola公司推出的同步串行外围接口SPI（Serial Peripheral Interface）协议的增强版本，主要用于MCU（微控制器）与外部设备之间的高效数据传输。相比于传统的SPI，QSPI在设计上显著提高了数据传输的容量和效率。 在并行数据传输方式和串行数据传输方式中，串行数据传输因其信号线少、协议简单而在长距离、低速率场景中占主导地位。SPI、I2C和UART是常见的串行传输协议，其中SPI因其易于实现和广泛集成于低端MCU而被广泛应用。 QSPI的核心改进在于引入了队列传输机制。它提供了一个80字节的RAM结构，分为三个部分：16字的发送RAM，16字的接收RAM和16字节的命令RAM，共同构成16个QSPI传输控制组。这种设计允许CPU一次准备多个（最多16个）待传输的数据，每个数据的长度和片选信息都可以独立设置在命令RAM中。相比之下，传统的SPI仅有一个8位发送数据寄存器，限制了数据发送的灵活性。 QSPI模块的QWR寄存器中的NEWQP和ENDQP字段用于定义传输队列的起始和结束位置，可以灵活地选择任意的QSPI传输控制组进行数据传输。一旦开始传输，QSPI模块会自动按照设定的顺序执行，无需CPU持续监控，提高了CPU的负载效率。QSPI模块的引脚包括数据输入（QSPI_DIN）、数据输出（QSPI_DOUT）、时钟（QSPI_CLK）以及片选信号（QSPI_CS[3:0]），后者可通过外接译码器支持多达16个设备的选择。 一个典型的16位QSPI传输时序图展示了其操作流程，例如，假设片选信号在低电平有效，数据传输在时钟周期内有序进行。通过这样的设计，QSPI能够在保持低功耗的同时，提供高速、高效的数据传输，使得在嵌入式系统和物联网应用中，特别是在需要大量连续数据传输的场景下，成为理想的接口选择。