SPI總線簡介

SPI是串行外設(shè)接口（Serial Peripheral Interface）的縮寫,，是一種高速,、全雙工,、同步的通信總線,，并且在芯片的管腳上只占用四根線，節(jié)約了芯片的管腳,，同時(shí)為PCB的布局上節(jié)省空間,，提供方便,。其現(xiàn)已發(fā)展成為一種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn),，目前,，各半導(dǎo)體公司推出了大量的帶有SPI接口的具有各種各樣功能的芯片，如RAM,，EEPROM,，F(xiàn)lashROM，A／D（D／A）轉(zhuǎn)換器,、LED顯示驅(qū)動器,、I／O接口芯片、實(shí)時(shí)時(shí)鐘,、UART收發(fā)器等等,，為用戶的外圍擴(kuò)展提供了極其靈活而經(jīng)濟(jì)的選擇。這也使得對SPI信號的測試分析需求更加廣泛,。

SPI總線包含四種輸出方式（SPI0,SPI1,SPI2,SPI3）,SPI0和SPI3方式比較常用。SPI模塊為了和外設(shè)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,，根據(jù)外設(shè)工作要求,，其輸出串行同步時(shí)鐘極性和相位可以進(jìn)行配置，時(shí)鐘極性（CPOL）對傳輸協(xié)議沒有重大的影響,。如果CPOL=0,串行同步時(shí)鐘的空閑狀態(tài)為低電平,；如果CPOL=1,串行同步時(shí)鐘的空閑狀態(tài)為高電平。時(shí)鐘相位（CPHA）能夠配置用于選擇兩種不同的傳輸協(xié)議之一進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,。如果CPHA=0,在串行同步時(shí)鐘的第一個(gè)跳變沿（上升或下降沿）數(shù)據(jù)即被采樣,；如果CPHA=1,在串行同步時(shí)鐘的第二個(gè)（上升或下降沿）數(shù)據(jù)才被采樣。

圖1 SPI信號四種輸出方式時(shí)序圖

SPI總線測試需求

工程師對SPI總線測試和分析的需求主要涵蓋以下兩個(gè)方面：

1.了解總線正在發(fā)生什么：軟件工程師設(shè)計(jì)SPI主設(shè)備發(fā)出的消息內(nèi)容,，硬件工程師則需要確定消息是不是被準(zhǔn)確無誤的傳送到從設(shè)備上,。傳統(tǒng)的方法是使用示波器把信號捕獲下來，然后根據(jù)高低電平特點(diǎn)轉(zhuǎn)換成“1”或“0”,，然后再去對比SPI協(xié)議,，將其還原成有意義的消息幀。顯然這種方式費(fèi)時(shí)費(fèi)力,，在轉(zhuǎn)換的過程中還容易出錯(cuò),。SDS3000X系列智能示波器支持SPI總線解碼功能，可以直接對總線傳輸信號進(jìn)行觸發(fā)解碼,。并以不同的方式動態(tài)顯示在示波器屏幕上,。不同的顯示方式可以更好地適應(yīng)不同的分析需求：比如硬件工程師可能希望以二進(jìn)制的方式查看SPI消息內(nèi)容,，底層驅(qū)動工程師希望以16進(jìn)制方式分析波形，而應(yīng)用軟件工程師則希望以ASCII碼的方式去了解總線上實(shí)際運(yùn)行的數(shù)據(jù)內(nèi)容,。

2.調(diào)試總線上有故障的節(jié)點(diǎn):SPI設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)主設(shè)備連接多個(gè)從設(shè)備的需求,，通過片選信號（SS/CS）來選擇需要操作的從設(shè)備。當(dāng)主設(shè)備切換傳輸對象的時(shí)候,，我們需要關(guān)注總線所發(fā)送的信息是否與所選擇的從設(shè)備一致,。有可能出現(xiàn)所發(fā)送的信息與當(dāng)前所選擇的從設(shè)備并不一致的狀況。

SPI總線模擬測試方法

本例中我們使用SDS3000X系列智能示波器以及STB-3信號演示板進(jìn)行單向SPI總線測試模擬,。

圖2 實(shí)驗(yàn)連接圖

單向的SPI總線信號包括一根時(shí)鐘線SCLK,、一根片選信號線CS和一根數(shù)據(jù)線SDA，可由鼎陽的STB-3板模擬輸出,，其輸出信號速率為1Mbps,，數(shù)據(jù)內(nèi)容為：（XX為隨機(jī)字符）96'h53_49_47_4C_45_4E_54_5F_XX_XX_XX_XX。

SPI觸發(fā)

SPI 總線是為芯片間的數(shù)據(jù)通信而設(shè)計(jì)的,，因此,，在大多數(shù)情況下，由于傳輸數(shù)據(jù)的不同使得信號并非周期性信號,。這就要求在對該總線進(jìn)行測試時(shí),，要能準(zhǔn)確地觸發(fā)到數(shù)據(jù)幀的“頭”，并將其“穩(wěn)定”顯示在儀器上,，便于觀察和分析,。

SDS3000X系列智能示波器支持串行總線觸發(fā)功能，按下前面板上側(cè)菜單欄區(qū)域的“觸發(fā)–觸發(fā)設(shè)置”喚出觸發(fā)設(shè)置對話框,，設(shè)定好信號對應(yīng)的探頭（本例設(shè)置為CH1:SDA,；CH2: SCLK；CH3：CS）,，就可以直接對SPI信號進(jìn)行觸發(fā),。

圖3 SPI信號觸發(fā)功能

在模擬測試前，我們已知STB-3演示板所輸出的SPI信號輸出方式為SPI3（在實(shí)際測試中,，SPI從設(shè)備的工作模式也會在數(shù)據(jù)手冊里標(biāo)明,，或者在時(shí)序圖中給出）。因此我們在觸發(fā)的時(shí)候就要進(jìn)行相應(yīng)的配置,。SDS3000X智能示波器支持在觸發(fā)和解碼時(shí)對SPI輸出方式進(jìn)行選擇,。

圖4 SPI觸發(fā)信號設(shè)置

PS：SDS3000X系列智能示波器支持串行總線觸發(fā)解碼功能，支持的協(xié)議有IIC,、IIS,、SPI、UART/RS232、LIN,、CAN,、CAN-FD、FlexRay,、MIL 1553,、USB 2.0。

SPI解碼

在成功捕獲到待測試的SPI總線信號后,，接下來我們關(guān)注的問題是對SPI總線信號進(jìn)行解碼,。

如圖5所示，選擇“分析-串行解碼”選項(xiàng),進(jìn)行相應(yīng)設(shè)置,，即可獲得解碼的結(jié)果,，并可以列表顯示出來，便于查看,。(解碼的結(jié)果可以二進(jìn)制,、16進(jìn)制以及ASCALL碼的形式顯示)

圖5 SPI解碼設(shè)置

圖6 SPI解碼結(jié)果（十六進(jìn)制）

解碼的結(jié)果與輸入信號一致。

以上只是簡單的使用SDS3000X系列智能示波器對SPI信號進(jìn)行觸發(fā)和解碼,。在實(shí)際應(yīng)用中,，SDS3000X系列智能示波器的串行總線觸發(fā)解碼功能可以快速的使我們獲得“總線上正在發(fā)生什么”；并可根據(jù)示波器界面所呈現(xiàn)的解碼結(jié)果分析總線所傳輸?shù)牡男畔⑹欠窈臀覀冾A(yù)想的一致,，從而精準(zhǔn)快速地發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)并進(jìn)行調(diào)試,。

關(guān)于鼎陽

鼎陽科技（SIGLENT）是一家專注于通用電子測試測量儀器及相關(guān)解決方案的公司。

從2005推出第一款數(shù)字示波器產(chǎn)品至今,，10余年來鼎陽科技一直是全球發(fā)展速度最快的數(shù)字示波器制造商,。歷經(jīng)多年發(fā)展，鼎陽產(chǎn)品已擴(kuò)展到數(shù)字示波器,、手持示波表、函數(shù)/任意波形發(fā)生器,、頻譜分析儀,、臺式萬用表、直流電源等通用測試測量儀器產(chǎn)品,。2007年,，鼎陽與高端示波器領(lǐng)導(dǎo)者美國力科建立了全球戰(zhàn)略合作伙伴關(guān)系。2011年,，鼎陽發(fā)展成為中國銷量領(lǐng)先的數(shù)字示波器制造商,。2014年，鼎陽發(fā)布了中國首款智能示波器SDS3000系列,，引領(lǐng)“人手一臺”型實(shí)驗(yàn)室使用示波器由功能示波器向智能示波器過渡的趨勢,。2017年，鼎陽發(fā)布打破行業(yè)壟斷，多項(xiàng)參數(shù)突破國內(nèi)技術(shù)瓶頸的SDG6000X系列脈沖/任意波形發(fā)生器,，其輸出帶寬高達(dá)500MHz,。目前，鼎陽已經(jīng)在美國克利夫蘭和德國漢堡成立分公司,，產(chǎn)品遠(yuǎn)銷全球70多個(gè)國家,，SIGLENT正逐步成為全球知名的測試測量儀器品牌。

關(guān)于鼎陽硬件設(shè)計(jì)與測試智庫

鼎陽硬件設(shè)計(jì)與測試智庫（簡稱鼎陽硬件智庫）由深圳市鼎陽科技有限公司領(lǐng)銜創(chuàng)辦,，是中國第一家“智力眾籌”模式的硬件智庫,。

鼎陽硬件智庫順時(shí)順勢，倡導(dǎo)“連接-分享-協(xié)作-創(chuàng)造”的理念,，高舉志愿者服務(wù)的大旗,，相信互聯(lián)網(wǎng)是“愛”的大本營，相信人們都有發(fā)自內(nèi)心分享的愿望,。

鼎陽硬件智庫選擇硬件領(lǐng)域最普遍的七類問題：電源,，時(shí)鐘，DDR,，低速總線,，高速總線，EMC,，測試測量進(jìn)行聚焦,。尋找“最針尖”的問題進(jìn)行研討，針對“最針尖”的問題組織專家答疑,，將硬件大師積累的寶貴知識和經(jīng)驗(yàn)變成公眾財(cái)富,，惠及更多硬件人。

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