Ưu điểm và nhược điểm của giao diện SPI và giao diện QSPI cho màn hình LCD kích thước nhỏ

     Một số kỹ sư khách hàng không quen thuộc với giao diện SPI và giao diện QSPI của màn hình LCD kích thước nhỏ và họ sẽ gặp khó khăn trong thiết kế. Dưới đây là một giới thiệu ngắn gọn về những lợi thế và nhược điểm của cả hai bên. Trước hết, SPI là giao diện ngoại vi nối tiếp, thường có bốn dòng: sclk (đồng hồ), mosi (master gửi nô lệ nhận), miso (master nhận gửi nô lệ), ss (chọn chip); Mặc dù QSPI là hàng đợi SPI, đây là phần mở rộng của SPI, có thể làm giảm số lượng ghim hoặc nâng cao hiệu quả. Những ưu điểm và nhược điểm của cả hai bên như sau:

1. Các chân vật lý và phương pháp kết nối

· Giao diện SPI:

SPI tiêu chuẩn sử dụng 4 dòng tín hiệu độc lập (không bao gồm công suất/mặt đất):

· SCLK (Tín hiệu đồng hồ): Đồng hồ đồng bộ được cung cấp bởi thiết bị chính;

· MOSI (Master Out Slave In): Master → Dòng truyền dữ liệu nô lệ;

· Miso (Master in Slave out): Slave → Dòng truyền dữ liệu chính;

· SS (Slave Chọn, Chip Chọn): Thiết bị chính chọn thiết bị nô lệ (cần thiết cho nhiều SS cho nhiều nô lệ).

Đối với các màn hình có kích thước nhỏ, nếu IC trình điều khiển chỉ hỗ trợ SPI, nó thường cần phải chiếm 4 cổng IO (kịch bản nô lệ đơn), có một số yêu cầu nhất định cho bố cục PCB.

· Giao diện QSPI:

QSPI là một giao thức mở rộng của SPI (một số nhà sản xuất gọi nó là "Quad-Spi" hoặc "Fast SPI"), giúp giảm số lượng giao diện vật lý bằng các chân dữ liệu ghép kênh. QSPI điển hình chỉ giữ lại 3 dòng tín hiệu lõi (một số kịch bản có thể được đơn giản hóa hơn nữa):

· SCLK (đồng hồ);

· IO0/IO1/IO2/IO3 (bus dữ liệu bốn dây, có thể được cấu hình linh hoạt như đầu vào/đầu ra);

· SS (CHIAP CHỌN, TÙY CHỌN, được thay thế bằng thời gian trong một số kịch bản).

    Trong các ứng dụng thực tế, ICS Trình điều khiển QSPI cho các màn hình có kích thước nhỏ thường hợp nhất các hàm MOSI/MISO vào bus dữ liệu bốn dây (như kiểm soát hướng dữ liệu thông qua các hướng dẫn) và chỉ cần 3 ~ 4 dòng để hoàn thành giao tiếp hai chiều, giảm đáng kể.

2. Giao thức giao tiếp và hiệu quả

· Đặc điểm giao tiếp của SPI:

· Chế độ hoàn toàn song công: Trong khi thiết bị chính gửi dữ liệu (MOSI), thiết bị nô lệ có thể trả về dữ liệu (MISO). Về mặt lý thuyết, 1 bit truyền hai chiều được hoàn thành cho mỗi chu kỳ đồng hồ;

· Lệnh/phân tách dữ liệu: Mỗi giao tiếp yêu cầu gửi hướng dẫn (chẳng hạn như "Viết đăng ký" và "Gửi dữ liệu hiển thị") trước, sau đó gửi dữ liệu tương ứng. Quá trình được cố định;

· Không có cơ chế hàng đợi: Thiết bị chính cần đợi thiết bị nô lệ hoàn thành hoạt động hiện tại (chẳng hạn như tiếp nhận/xử lý dữ liệu) trước khi bắt đầu giao tiếp tiếp theo. Độ trễ bị giới hạn bởi thời gian phản hồi của thiết bị nô lệ.

· Các tính năng giao tiếp của QSPI:

· Truyền hàng đợi (Hàng đợi): Hỗ trợ thiết bị chính để tải trước nhiều hướng dẫn/dữ liệu vào hàng đợi FIFO bên trong QSPI và tự động thực hiện chúng theo trình tự mà không chờ đợi hướng dẫn trước đó (tương tự như "đường ống dẫn");

· Hướng dữ liệu linh hoạt: Thông qua cấu hình của "pha lệnh" và "pha dữ liệu", cùng một bus dữ liệu có thể chuyển hướng đầu vào/đầu ra ở các giai đoạn khác nhau (ví dụ: gửi hướng dẫn ghi trước, sau đó gửi liên tục dữ liệu hiển thị);

· Băng thông hiệu quả cao hơn: Mặc dù tần số đồng hồ của QSPI (thường là 10 ~ 50 MHz) tương tự như SPI, hiệu suất truyền dữ liệu thực tế cao hơn bằng cách giảm chi phí của các tín hiệu điều khiển (chẳng hạn như không chuyển đổi SS bổ sung); Đặc biệt trong các kịch bản trong đó các màn hình nhỏ cần được làm mới thường xuyên (chẳng hạn như cập nhật động của các giao diện đồ họa), cơ chế hàng đợi của QSPI có thể làm giảm tần suất can thiệp CPU.

3. Kiểm soát sự phức tạp và các kịch bản áp dụng

· Các kịch bản áp dụng cho SPI:

· IC trình điều khiển chỉ hỗ trợ giao thức SPI (các giải pháp cũ hoặc chi phí thấp);

· Hàm màn hình rất đơn giản (chẳng hạn như chỉ hiển thị văn bản, không cần hàng đợi hướng dẫn phức tạp);

· Tài nguyên IO kiểm soát chính là đủ (không cần tiết kiệm chân).

Nhược điểm: Nhiều chân bị chiếm đóng, các kịch bản phức tạp yêu cầu chuyển đổi hướng dẫn/dữ liệu thường xuyên và CPU cần chủ động quản lý từng bước giao tiếp.

· Các kịch bản áp dụng cho QSPI:

· ICS trình điều khiển cho các màn hình kích thước nhỏ (chẳng hạn như 0,96 ~ 2,8 inch) hỗ trợ QSPI (các giải pháp chính như ILI9341, ST7735, v.v. Tất cả các chế độ QSPI hỗ trợ);

· Cần đơn giản hóa thiết kế PCB (lưu các cổng IO, phù hợp cho các thiết bị thu nhỏ);

· Yêu cầu hiển thị thời gian thực hoặc động cao (như giao diện GUI, hoạt hình) và cần giảm thời gian chờ giao tiếp giữa CPU và màn hình.

Ưu điểm: Rất ít chân, giao thức linh hoạt, phù hợp để tương tác hiệu quả giữa các bộ vi điều khiển bị hạn chế tài nguyên (như MCU) và màn hình nhỏ.

      Nói tóm lại, đối với màn hình LCD có kích thước nhỏ, QSPI là lựa chọn tốt hơn: thông qua cơ chế ghép kênh và hàng đợi, trong khi vẫn duy trì tốc độ truyền đủ, thiết kế PCB và sử dụng tài nguyên điều khiển chính được đơn giản hóa rất nhiều, đặc biệt phù hợp cho các kịch bản yêu cầu hiển thị động và không gian hạn chế. SPI chỉ áp dụng cho các trường hợp cực đoan trong đó IC trình điều khiển không hỗ trợ QSPI hoặc có các chức năng cực kỳ đơn giản. Khi thực sự chọn, trước tiên cần xác nhận các thông số kỹ thuật giao diện của IC trình điều khiển màn hình (một số màn hình hỗ trợ cả SPI và QSPI, có thể được chuyển đổi bằng cách định cấu hình các chân). Công nghệ Thâm Quyến Hongjia có 12 năm nghiên cứu và phát triển chuyên nghiệp, sản xuất và bán hàng từ 1,14 inch đến 12,1 inch màn hình LCD và màn hình cảm ứng phù hợp. Có nhiều kích thước khác nhau của giao diện SPI và màn hình LCD giao diện QSPI, cũng có thể được tùy chỉnh. Khách hàng được chào đón để tư vấn email.