【STA24】SPIマイコン間通信その１＜4.6Mbpsまで出たがばらつく＞

今までひずみアンプとかSDカード、LCDなどとの接続でSPIは使っていたのですが、
マイコン間の通信で使うのは初めてなので、基礎からじっくりいじることにしました。
※２０２３年12月３１日に４．６Mbpsまでノーエラーで３回ほどやって確認したのですが、２０２４年１月１日に再度やってみるとこの条件だとエラーが発生しました。100μsec遅延いれてまだ不安定なので、120から150μsecで安定が増してますが、これでいいかどうか未だわかりません。３－４Mbpsはでるということしか未だ言えません。
SPIは、ばらつきがあるので、統計的なエラー測定をしないといけないことが判りましたので、
繰り返し測定してみます。更に、ESP32にUDP機能をいれるので、更に処理時間が遅れて遅くなると思います。Mbpsレベルんの高速転送となるとエラー率が課題となることを新年最初に体験できて良かったです。

●基礎知識の資料
アナログデバイス社の記事が判り易いです。SPIの基本を学ぶ
※SPIの特徴は、２本の上り下りの信号線が同時に双方向通信をする点です。命令１行で送受信してます。
送った信号を戻すには、次のタイミングで返信させれば、送ったデータが大丈夫か確認できます。

●teensy4-ESP32のSPI通信サンプルプログラムを使わせていただいた記事に感謝
QIITAの@Ninagawa123(Izumi Ninagawa)様に感謝

　SPI通信（ESP32スレーブ←→Teensy4.0マスター）

●準備
①SPI配線備忘録
　　上記参照記事の通りに配線しました。

◆配線で発生したトラブル
接触不良で、クロック波形が鈍ってしまったので、丸ピン接続はやめて、直付けにした。
配線も太いビニールコードにした。太いほど、ノイズに強いはずなので。
配線間も取り合いでならべないで、適当に離れた関係にする
SPIの場合配線でトラブったらオシロでCLKとMOSI,MISOを見る必要があります。４CHオシロが必要です。

◆ESP32モジュールのデバッグ環境用配線
ESP32eモジュールを小型のピッチ変換基板に半田付けして、ピッチ変換基板をCPU基板に
　載せた構造にしました。デバッグのときは、ESP32DevkitSと接続してプログラムを書き込むのとUSBシリアルでモニターします。Teensy4.1とは、RX,TXがTeensyのRX2,TX2に接続されてますが、デバッグ時にRX,TXが
モニター側にいくので、TeensyのRX2,TX2とはジャンパピンソケットで切り離しにしました。

ESP32の電源系も完全に切り離せるように、ENのプルアップ抵抗と電源に2か所ジャンパピンをつけておいたのですが、デバッグ時には、ESP32 DEVkitSが自動でENをGNDに落としてくれるので、ジャンパは接続したままで大丈夫でした。

ESp32 devkitSでESP32eを設定する方法の記事

◆Teensy-ESP３２モジュールの同時デバッグには、ボタン付きUSBHUBが便利です。
２個のCPUで同時にスタートさせてtertermでログを取る場合、USBHUBの電源ボタン
　オンオフすることで、スタートさせる方法が便利です。プログラムでキー入力待ちをしても全データをきちんとログできないので、電源オンオフを同時に行う方法が間違いないです。

１：初期動作

サンプルプログラムをページからそのままコピーしてArduinoIDEの新規スケッチにペーストして
コンパイルすれば、そのまま走ります。ボードはTeensy4.1、EPS32DevModuleを使いました。

　◆サンプルプログラムのしてること
TeensyがMASTERとして、CLOCKと初めのデータ送信を行います。
　　　ESP３２側は、SPI専用DMAライブラリーを使って、バックグランドで動作してるので、見えません。
　　　Teensyでデータに最終端にチェックサムを載せた２０バイトのデータを送信すると
　　　ESP32が受信して、最終端のチェックサム値と受信データを足し算してチャックサムを計算しと
　　　比較して、合っているかをESP32のシリアルに出力します。更に、ESP３２が独自にランダムで作成した
　　　２０バイトのデータの終端にチェックサムをつけて、Teensyに送信します。Teensyでは、送信された
　　　ランダムのデータの終端のチェックサム値と受信データを計算したチェックサムとの比較してＯＫ、ＮＧを
　　　TeensyのＵＳＢシリアルに出力します。Terterm２個立ち上げて、両方のチェックサムをみながら
　　　SPI通信のデータ落ち信頼性が確認できるようなプログラムになってます。
　　　
　◆改造したプログラム
Teensy4.1用：https://gist.github.com/dj1711572002/b7281b2cfdaf23dce42741a24b619788
ESP３２用：https://gist.github.com/dj1711572002/9b803bdc146596a60a1ad4a219400ab1

改造点０：Teensyから送信したデータをＥＳｐ３２から返送する方法に変更。１回遅れて返送する。
そうすることで、teensyの出力で、送受信のエラー率が判る
　　　改造点１：２０バイトでなく５１２バイトバッファを１万回送信して評価する仕様に変更。
　　　改造点２：大量に転送した場合のチェックサムエラー数と平均スループットを測定する。
　　　　改造点３：個々のタイミングでの時間データは、５００回に１回プリント出力して１万回で２０回だす。
　　　改造点４：１バイト転送毎に50μsec　delayしているのをゼロにした。１バイトずつ待っていたらSPIの意味がないほど遅くなる。

評価パラメータは、512バイト送信後のDELAY時間をμsec単位で、ズラシてエラー率をみる。
例としてdelay　５０μsecでエラーが大量にでた場合のログの値をみると