AN-1303 SPI接口模组在使用过程中如何节省IO

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　　背景

　　对于以SX1268和LLCC68芯片为平台的二代LORA模块，在实际使用中有的客户由于MCU资源限制，需要使用更少的IO来完成对模块的控制使用。

　　内容

　　1、在MCU资源充足的情况下，不需要考虑节省IO的情况时的参考设计如下。

　　对模块IO的功能的说明：

　　（1）NSS，SCK，MOSI和MISO是SPI通信口，LLCC68不支持3线SPI，所以这4个IO是一定要接到MCU上的是省不掉的。

　　（2）NREST用来复位模块，有的使用者想这把NREST接一个稳定的上电复位电路，从而实现NREST不用接MCU的IO。这样在上电时是可以实现模块复位的，但是在使用过程中如果想复位那就只能将模块断电后再上电。因为SX268和LLCC68是没有SPI复位命令的，所以在NREST不接MCU的情况下，要实现自由复位就要给模块电源口上加个控制开关，经由MCU的一个IO控制该开关。所以MCU要么用一个IO直接接到NREST上，要么NRSET接个上电复位电路，然后MCU用一个IO控制一个开关来控制模块的供电，这两种方式都需要一个MCU的IO，所以这个控制模硬件复位MCU的一个IO是省不掉的。

　　（3）DIO1，DIO2和DIO3：LLCC68总共有10个可能的中断源每个都可以启用或者禁用，如下图

　　并且每个中断源都可以映射到DIO1、DIO2或DIO3上。就是说DIO1、DIO2或DIO3三个IO的功能是可以完全相互替换的。如果使用者的MCU的带中断功能的IO资源充足，请把3个都接上，如果使用者的MCU的带中断功能的IO资源紧张只能接一个，那就接DIO0，或者3个DIO随便选一个接上即可。如果3个DIO都想不接的话，就只能通过SPI配合MCU的定时器轮询LORA芯片内部的标志寄存器来获取中断信息，但是这样使用会损失实时性，使用者能够接受这种实时性的损失的前提下，3个DIO方可以都不接。DIO映射和中断标志开启的命令和代码如下：

　　（4）BUSY：模块的BUSY引脚为模块的当前SPI操作状态是否为空闲提示作用的信号的输出引脚。可把它叫做“占线指示器”，芯片手册里把它叫做“Busy indicator”（忙碌指示器）。不管它叫做什么，其实他的作用就是提示使用者的MCU当前是否可以通过SPI对模块进行操作，使用也很简单就是这个BUSY如果是低电平就说明可以对模块进行SPI操作，如果时高电平就说明模块正忙，先不要给模块下达新的任务去干。看下图这部分代码，你就可以完全理解，模块代码的每个操做命令后都有这个检测BUSY收否变高电平后又变低电平的操作。

　　这个BUSY存在的意义在于可以让使用者更加安全稳定的操作模块，避免出现让模块做的上一个事情还没有做完，就又去让模块做下一个事情。这个BUSY只要条件允许就一定要接到MCU的IO上，操作便捷，安全又稳定，实时性也好。但是如果使用者的MCU就是没有多余的IO来接这个BUSY怎么办呢？那就只能损失的实时性。因为LLCC68在做执行一个命令去做一个事情的过程中，通过SPI读取一些标志的话是不会打断LLCC68正在做的事情的。那就可以利用这点来省掉MCU用来连接模块这个BUSY引脚的IO，但是说要说清楚的就是这样会损失实时性，如果使用者可以接受的，这个BUSY可以省掉。除了丧失一定的实时性以外，软件的开销也会增大。因为软件会增加很多的反复读取各种标志的操作，来判断是否可以给模块发下一个控制指令。

　　（5）SW_CTL1 和SW_CTL2：模块的这两个IO并不神秘，他们是控制模块内部的双通道高频开关的。控制逻辑在模块手册里有写到。

　　使用者的MCU如果IO资源够的话这两个IO最好还是不要省。如果一定要省掉的话，可以优先考虑MCU不接SW_CTL2,这时WS_CTL2要接到DIO2上，同时还要配合一定的软件设置。可以按照下边应用电路，能够节省 MCU 的一个接SW_CTL2的IO。

　　同时需要调用函数SetDIO2AsRfSwitchCtrl 配置DIO2为发射开关控制功能，控制内部开关的 SW_CTL2 控制引脚， 通过该配置可以使DIO2在发射状态时自动输出高电平， 接收及休眠状态时自动输出低电平； 另外的控制引脚SW_CTL1使用MCU的IO进行控制，需要注意的是当休眠状态时，为了降低功耗， SW_CTL1控制引脚应该输出低， 使模块内部的高频开关不工作。如果客户SW_CTL1 和SW_CTL2都不想接到MCU上，那么需要把DIO2接到SW_CTL2上，再把DIO2通过一个反向电路后接到SW_CTL1上，但是这样做会增加模块睡眠时的功耗（大约会增加2-20uA左右，根据客户的反向电路不同而不同）。但是一定要注意这样做的话当使用者想让模块在RX状态和TX状态时功耗的差异不大，但是如果使用者想让模块进入SLEEP模式的话，反向器上的功耗和模块内部高频开关无法完全关闭所消耗的功耗，和常规应用下模块SLEEP状态下不到1uA的功耗相比，有可能要增加很多。所以这种增加反向器省掉一个IO的做法强烈的不推荐，特别是电池供电的设备不做推荐。但是如果市电供电的设备而且不介意SLEEP状态下可能增加的近20uA的情况下，MCU的IO又非常匮乏的情况下才可以考虑尝试这种增加反向器来省掉接SW_CTL1和SW_CTL2的两个MCU的IO的方法。

　　2、模块各个IO的在模块各种工作状态下的状态

　　使用者可能还会比较关心模块的各个Pin在各个工作状态下的IO的电器状态，可以参考下图。该图用于客户参考，以便于客户配置在模块不同状态的的MCU的各个IO的状态来节省功耗。

　　请使用者特别要关注下SLEEP状态下模块各个IO的状态。

　　结论
　　（1）最好模块所有的Pin都接上保留如下：
　　NSS，SCK，MOSI，MISO，NREST，SW_CTL1，BUSY， DIO1，SW_CTL2，DIO2，DIO3（功能齐全，什么也不耽误）
　　（2）想稍微节约点MCU的IO的话可以保留如下：
　　NSS，SCK，MOSI，MISO，NREST，SW_CTL1，BUSY， DIO1，SW_CTL2（软件不会复杂，实时性无影响）
　　（3）想更节约点MCU的IO的话可以保留如下：
　　NSS，SCK，MOSI，MISO，NREST，SW_CTL1，BUSY， DIO1（软件稍微复杂一点点，多配个DIO2功能，实时性无影响）
　　（4）还想更节约点MCU的IO的话可以保留如下：
　　NSS，SCK，MOSI，MISO，NREST，SW_CTL1，BUSY（软件复杂一些，多配个DIO2功能，实时性会有影响）
　　（5）还想更节约点MCU的IO的话可以保留如下：
　　NSS，SCK，MOSI，MISO，NREST，BUSY（软件更复杂，多配个DIO2功能，硬件上要做个反向电路控制SW_CTL1，实时性会有更多影响，SLEEP时功耗有较大影响）
　　（6）还想更节约点MCU的IO的话可以保留如下：
　　NSS，SCK，MOSI，MISO，NREST（软件更复杂，多配个DIO2功能，硬件上要做个反向电路控制SW_CTL1，实时性会有更多影响，SLEEP时功耗有较大影响）
　　（7）还想更节约点MCU的IO的话可以保留如下：
　　恭喜你，你已经达到了巅峰，想法很美好，现实很残忍，你已经没法再节约了。