arduino ESP32寄存器操作IO提升速度

飞向狙沙

书接上回arduino的性能测试
mcu换成了ESP32S2,同样并口屏，直接用digitalWrite写速度依旧不尽人意，继续研究寄存器操作
相关代码借鉴TFT_eSPI中的代码，感谢b站"科启思维"给的提示https://www.bilibili.com/video/BV147411U7p3?spm_id_from=333.999.0.0

以下部分测试mcu为ESP32S2，其他型号应该同样适用，没做验证

S2的GPIO数量超过32，操作时分为两组，0-31，32-53，不同组的区别对待
小知识：部分寄存器介绍

GPIO_OUT_REG用来设置0-31的状态，用起来较麻烦，用GPIO_OUT_W1TS_REG和GPIO_OUT_W1TC_REG操作相对方便，简单来说就是需要设置高电平，就用GPIO_OUT_W1TS_REG把对应IO位写1，低电平就用GPIO_OUT_W1TC_REG把对应位写1，看不懂也没关系，跳过不看就省心了

不罗嗦，上代码
单IO操作

1. //GPIO0-31设置高电平，如
   
2. //GPIO6高电平
   
3. GPIO.out_w1ts=1<<6
   
4. //GPIO8高电平
   
5. GPIO.out_w1ts=1<<8
   
6. //GPIO32-53设置高电平，如
   
7. GPIO36高电平
   
8. GPIO.out1_w1ts.val=1<<(36-32)
   
9. GPIO42高电平
   
10. GPIO.out1_w1ts.val=1<<(42-32)
    
11. /***************************/
    
12. //设置低电平同上，把w1ts改成w1tc就OK了
    
13. //GPIO6低电平
    
14. GPIO.out_w1tc=1<<6

复制代码

要问为啥0-31用out_w1ts，32-53用out1_w1ts.val多了个val，因为gpio_dev_s这个头文件中把out_w1ts定义成了数值，把out1_w1ts定义成了结构体，那么有为啥要这么定义，没细研究，规定就是了

IO组操作
并口屏需要批量设置D0-D7或者更多IO，一位一位定义麻烦，批量操作

1. //dir_mask 所有数据IO集合   
   
2. #define dir_mask ((1 << D0) | (1 << D1) | (1 << D2) | (1 << D3) | (1 << D4) | (1 << D5) | (1 << D6) | (1 << D7))
   
3. //计算写入寄存器数据
   
4. #define set_mask(C) (((C)&0x80)>>7)<<D7 | (((C)&0x40)>>6)<<D6 | (((C)&0x20)>>5)<<D5 | (((C)&0x10)>>4)<<D4 | \
   
5.                     (((C)&0x08)>>3)<<D3 | (((C)&0x04)>>2)<<D2 | (((C)&0x02)>>1)<<D1 | (((C)&0x01)>>0)<<D0
   
6. //定义写操作，调用时直接通过tft_Write_8(C)执行
   
7. #define tft_Write_8(C) GPIO.out_w1tc = dir_mask; GPIO.out_w1ts = set_mask((uint8_t)(C));

复制代码

添加以上宏定义后即可通过tft_Write_8(C)直接进行并口操作
实际上以上宏定义还是进行了大量位移和与操作，牺牲了部分性能，如果还要加速可以空间换时间，提前计算所有数据对应的IO结果，存入数组，写数据时直接通过数组读取。

1. //定义映射数组
   
2. uint32_t xset_mask[256];
   
3. //定义数组初始化宏，在初始化函数中执行PARALLEL_INIT_DATA_BUS;进行初始化
   
4. #define PARALLEL_INIT_DATA_BUS               \
   
5.   for (int32_t c = 0; c<256; c++)              \
   
6.   {                                            \
   
7.     xset_mask[c] = 0;                          \
   
8.     if ( c & 0x01 ) xset_mask[c] |= (1 << D0); \
   
9.     if ( c & 0x02 ) xset_mask[c] |= (1 << D1); \
   
10.     if ( c & 0x04 ) xset_mask[c] |= (1 << D2); \
    
11.     if ( c & 0x08 ) xset_mask[c] |= (1 << D3); \
    
12.     if ( c & 0x10 ) xset_mask[c] |= (1 << D4); \
    
13.     if ( c & 0x20 ) xset_mask[c] |= (1 << D5); \
    
14.     if ( c & 0x40 ) xset_mask[c] |= (1 << D6); \
    
15.     if ( c & 0x80 ) xset_mask[c] |= (1 << D7); \
    
16.   }                                            \
    
17. //查映射表
    
18. #define set_mask(C) xset_mask[C];
    
19. //定义写操作，调用时直接通过tft_Write_8(C)执行
    
20. #define tft_Write_8(C)  GPIO.out_w1tc.val = clr_mask; GPIO.out_w1ts.val = set_mask((uint8_t)(C));

复制代码

注：D0-D7维宏定义的数据位GPIO，如：

1. #define D0    6
   
2.   #define D1    7
   
3.   #define D2    8
   
4.   #define D3    9
   
5.   #define D4   10
   
6.   #define D5   11
   
7.   #define D6   12
   
8.   #define D7   13

复制代码

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收藏了，代码优化一直是弱项

junyuansun

不错啊，用IDF效率要高些，arduino 就是玩具级别的。

飞向狙沙

junyuansun 发表于 2022-8-13 09:42
不错啊，用IDF效率要高些，arduino 就是玩具级别的。

不想学了，各种单片机各种编译工具各种库，各种打包下载方式，玩起来太累了，玩个通用的省心了
之前试过idf，各种cmd感觉太蛋疼

junyee

飞向狙沙 发表于 2022-8-13 10:32
不想学了，各种单片机各种编译工具各种库，各种打包下载方式，玩起来太累了，玩个通用的省心了
之前试过i ...

arduino 可不算玩具.
很多大佬写的库效率还行.

esp-idf 自已的库有些东西效率也不算高.
毕竟要兼容这么多产品线.

飞向狙沙

junyee 发表于 2022-8-15 20:13
arduino 可不算玩具.
很多大佬写的库效率还行.

不考虑代码水平的话arduino的整体效率还是偏低的,毕竟就像为了实现统一风格的功能调用，舍弃了像port之类的便捷操作。不过实际上再考虑代码水平的时候arduino甚至可能效率更高，毕竟arduino封装库的大佬一般水平也都可以，自己写也不一定能比库的效率高。

这个话题聊得多了容易引战，谁爱用啥用啥吧

jpdd521

这个带rgb888的320240屏幕理论能刷多少帧？

junyee

飞向狙沙 发表于 2022-8-15 23:21
不考虑代码水平的话arduino的整体效率还是偏低的,毕竟就像为了实现统一风格的功能调用，舍弃了像port之类 ...

我以前也对 arduino 有偏见,(自从看了很多初学者入门没几天,用三方库用也能刷屏,而且帧率不低.
于是爬代码看了下,大多热门第三方库质量都非常高.

至于你说的 底层 port 操作, esp-idf 也不如 寄存器操作效率高哈.毕竟省掉了很多检测 判断.

esp-idf	arduino

最简单的写io, 你看其实代码都差不太多.

飞向狙沙

jpdd521 发表于 2022-8-16 00:02
这个带rgb888的320240屏幕理论能刷多少帧？

实测128160 RGB565一屏13.7ms,还有优化的空间

dengdai510

感谢分享，先学习学习

jpdd521

飞向狙沙 发表于 2022-8-16 08:51
实测128160 RGB565一屏13.7ms,还有优化的空间

320*240的话一屏差不多就是50ms左右了。

飞向狙沙

junyee 发表于 2022-8-16 08:28
我以前也对 arduino 有偏见,(自从看了很多初学者入门没几天,用三方库用也能刷屏,而且帧率不低.
于是爬代 ...

是的,arduino也是直接调用官方库,甚至跳过官方库直接调用寄存器,性能方面不一定差
以前对arduino最看不上的就是他的ide,想看个源码太难了,现在vscode加持后玩起来也挺顺手的

lqszdy

慧联A10+悦虎1562M+1562

lqszdy

代码水平的话arduino的整体效率还是偏低的,毕竟就像为了实现统一风格的功能调用，舍弃了像port之类的便捷操作。不过实际上再考虑代码水平的时候arduino甚至可能效率更高，毕竟arduino封装库的大佬一般水平也都可以，自己写也不一定能比库的效率高。

rgzdb

学习了，确实不如STM32好用

junyee

飞向狙沙 发表于 2022-8-16 08:59
是的,arduino也是直接调用官方库,甚至跳过官方库直接调用寄存器,性能方面不一定差
以前对arduino最看不上 ...

vscode 有个 platformIO 好像能玩 arduino.
我个人没有玩 arduino  

飞向狙沙

jpdd521 发表于 2022-8-16 08:57
320*240的话一屏差不多就是50ms左右了。

手里没大屏,一堆128160,这个速度够用了就没再研究,追求速度的话还有的优化

飞向狙沙

junyee 发表于 2022-8-16 09:06
vscode 有个 platformIO 好像能玩 arduino.
我个人没有玩 arduino

是的,我就是用的platformIO,可以玩arduino也可以玩esp-idf