Ventajas y desventajas de la interfaz SPI y la interfaz QSPI para la pantalla LCD de tamaño pequeño

     Algunos ingenieros de clientes no están familiarizados con la interfaz SPI y la interfaz QSPI de la pantalla LCD de tamaño pequeño, y encontrarán dificultades en el diseño. Aquí hay una breve introducción a las ventajas y desventajas de ambos lados. En primer lugar, SPI es una interfaz periférica en serie, que generalmente tiene cuatro líneas: SCLK (reloj), MOSI (Master Send Slave Recibe), Miso (Master Recibe Slave Send), SS (Selección de chip); Mientras que QSPI es la cola SPI, que es una extensión de SPI, que puede reducir el número de pines o mejorar la eficiencia. Las ventajas y desventajas de ambos lados son las siguientes:

1. Pins físicos y métodos de conexión

· Interfaz SPI:

SPI estándar utiliza 4 líneas de señal independientes (excluyendo potencia/tierra):

· SCLK (señal de reloj): reloj sincrónico proporcionado por el dispositivo maestro;

· MOSI (maestro fuera de esclavo): Master → Línea de transmisión de datos de esclavos;

· MISO (maestro en esclavo): esclavo → línea de transmisión de datos maestros;

· SS (Slave Select, Chip Select): el dispositivo maestro selecciona el dispositivo de esclavos (se requieren múltiples SS para múltiples esclavos).

Para pantallas de tamaño pequeño, si el IC del controlador solo admite SPI, generalmente necesita ocupar 4 puertos IO (escenario de esclavos individuales), que tiene ciertos requisitos para el diseño de PCB.

· Interfaz QSPI:

QSPI es un protocolo extendido de SPI (algunos fabricantes lo llaman "quad-SPI" o "SPI rápido"), lo que reduce el número de interfaces físicas al multiplexar los pasadores de datos. QSPI típico solo conserva 3 líneas de señal de núcleo (algunos escenarios pueden simplificarse aún más):

· SCLK (reloj);

· IO0/IO1/IO2/IO3 (bus de datos de cuatro hilos, que puede configurarse de forma flexible como entrada/salida);

· SS (selección de chips, opcional, reemplazado por el tiempo en algunos escenarios).

    En aplicaciones reales, el controlador de control de QSPI para pantallas de tamaño pequeño a menudo fusiona funciones de MOSI/miso en el bus de datos de cuatro hilos (como el control de la dirección de los datos a través de las instrucciones), y solo se necesitan 3 ~ 4 líneas para completar la comunicación bidireccional, reduciendo significativamente la ocupación de PIN (por ejemplo, la pantalla pequeña común solo requiere 3 líneas: SCLK+3 IO).

2. Protocolo de comunicación y eficiencia

· Características de comunicación de SPI:

· Modo Full-Duplex: mientras el dispositivo maestro envía datos (MOSI), el dispositivo de esclavos puede devolver datos (miso). Teóricamente, se completa 1 bit de transmisión bidireccional por ciclo de reloj;

· Instrucción/separación de datos: cada comunicación requiere enviar instrucciones (como "Registro de escritura" y "Enviar datos de visualización") primero, y luego enviar los datos correspondientes. El proceso es fijo;

· Sin mecanismo de cola: el dispositivo maestro debe esperar a que el dispositivo de esclavos complete la operación actual (como la recepción/procesamiento de datos) antes de iniciar la próxima comunicación. El retraso está limitado por el tiempo de respuesta del dispositivo esclavo.

· Características de comunicación de QSPI:

· Transmisión de la cola (cola): admite el dispositivo maestro para que precarga múltiples instrucciones/datos en la cola FIFO dentro de QSPI, y los ejecute automáticamente en secuencia sin esperar a que se complete la instrucción anterior (similar a la "tubería de instrucciones");

· Dirección de datos flexible: a través de la configuración de la "fase de instrucción" y la "fase de datos", el mismo bus de datos puede cambiar la dirección de entrada/salida en diferentes etapas (por ejemplo, enviar instrucciones de escritura primero y luego enviar datos de visualización continuamente);

· Ancho de banda efectivo más alto: aunque la frecuencia de reloj de QSPI (generalmente 10 ~ 50MHz) es similar a SPI, la eficiencia de transmisión de datos real es mayor al reducir la sobrecarga de las señales de control (como sin conmutación SS adicional); Especialmente en escenarios en los que las pantallas pequeñas deben actualizarse con frecuencia (como la actualización dinámica de las interfaces gráficas), el mecanismo de cola de QSPI puede reducir la frecuencia de la intervención de la CPU.

3. Control complejidad y escenarios aplicables

· Escenarios aplicables para SPI:

· El controlador IC solo admite el protocolo SPI (soluciones antiguas o de bajo costo);

· La función de pantalla es simple (como la pantalla de texto solamente, no se requiere una cola de instrucciones compleja);

· El control principal de los recursos de IO es suficiente (no es necesario salvar pines).

Desventajas: Muchos pines están ocupados, los escenarios complejos requieren un cambio frecuente de instrucciones/datos, y la CPU necesita administrar activamente cada paso de comunicación.

· Escenarios aplicables para QSPI:

· Los IC del controlador para pantallas de tamaño pequeño (como 0.96 ~ 2.8 pulgadas) admiten QSPI (soluciones convencionales como ILI9341, ST7735, etc. Todos los soportes de soporte QSPI);

· Necesita simplificar el diseño de PCB (guardar puertos IO, adecuados para dispositivos miniaturizados);

· Requiere una alta visualización en tiempo real o dinámica (como interfaz GUI, animación), y necesita reducir el tiempo de espera de comunicación entre la CPU y la pantalla.

Ventajas: pocos pines, protocolos flexibles, adecuados para una interacción eficiente entre los microcontroladores limitados por recursos (como MCU) y pantallas pequeñas.

      En resumen, para las pantallas LCD de tamaño pequeño, QSPI es una mejor opción: a través de la multiplexación por pines y el mecanismo de cola, mientras se mantiene una velocidad de transmisión suficiente, el diseño de PCB y el uso de recursos de control maestro son muy simplificados, lo que es especialmente adecuado para escenarios que requieren visualización dinámica y espacio limitado. SPI solo es aplicable a casos extremos en los que el IC del controlador no admite QSPI o tiene funciones extremadamente simples. Al seleccionar realmente, es necesario confirmar primero las especificaciones de la interfaz del IC del controlador de pantalla (algunas pantallas admiten SPI y QSPI, que se pueden cambiar configurando PIN). La tecnología Shenzhen Hongjia tiene 12 años de investigación y desarrollo profesional, producción y ventas de pantallas LCD de 1.14 pulgadas a 12.1 pulgadas y pantallas táctiles a juego. Hay varios tamaños de la interfaz SPI y las pantallas LCD de interfaz QSPI, que también se pueden personalizar. Los clientes son bienvenidos a la consulta por correo electrónico.