調(diào)試嵌入式系統(tǒng)設(shè)計中的低速串行總線

　　工作方式

　　SPI (串行外設(shè)接口)總線是一種主/從結(jié)構(gòu)的4線串行通信總線。4個信號是時鐘(SCLK), 主輸出/從輸入(MOSI), 主輸入/從輸出(MISO)和從選擇(SS)。在兩臺設(shè)備通信時，一臺設(shè)備稱為“主設(shè)備”，另一臺設(shè)備稱為“從設(shè)備”。主設(shè)備驅(qū)動串行時鐘。它同時收發(fā)數(shù)據(jù)，因此是一種全雙工協(xié)議。SPI使用SS線路指明與哪臺設(shè)備傳送數(shù)據(jù)，而不是總線上的每臺設(shè)備都有一個唯一的地址。這樣，總線上的每臺唯一的設(shè)備都需要從主設(shè)備提供自己的SS信號。如果有3臺從設(shè)備，那么主設(shè)備有3條SS引線，每條引線都連接到每臺從設(shè)備上，如圖8所示。

　　在圖8中，每臺從設(shè)備只與主設(shè)備通話。但是，SPI可以串聯(lián)多臺從設(shè)備，每臺從設(shè)備依次進(jìn)行操作，然后把結(jié)果發(fā)回主設(shè)備，如圖9所示。因此您可以看到，SPI實現(xiàn)方案沒有“標(biāo)準(zhǔn)”。在某些情況下，在不要求從設(shè)備向回到主設(shè)備通信時，MISO信號可以完全省略。

　　在SPI數(shù)據(jù)傳送發(fā)生時，8位數(shù)據(jù)字移出MOSI，不同的8位數(shù)據(jù)字移入MISO。這可以視為16位循環(huán)位移寄存器。在傳送發(fā)生時，這個16位位移寄存器位移8個位置，從而在主設(shè)備和從設(shè)備之間交換8位數(shù)據(jù)。一對寄存器 - 時鐘極性(CPOL)和時鐘相位(CPHA)決定著驅(qū)動數(shù)據(jù)的時鐘邊沿。每個寄存器有兩種可能的狀態(tài)，支持四種可能的組合，所有這些組合互不兼容。因此，主/從設(shè)備對必須使用相同的參數(shù)值進(jìn)行通信。如果使用多個固定在不同配置的從設(shè)備，那么每次需要與不同的從設(shè)備通信時，主設(shè)備必須重新進(jìn)行配置。

　　處理SPI

　　DPO4EMBD串行觸發(fā)和分析應(yīng)用模塊還可以為SPI總線實現(xiàn)類似的功能。我們可以再次使用前面板B1或B2按鈕，簡單地輸入總線基本參數(shù)，包括SCLK, SS, MOSI和MISO位于哪條通道上、門限和極性，來定義一條SPI總線 (參見圖10)。

　　例如，考慮一下圖11中的嵌入式系統(tǒng)。一條SPI總線連接到一個合成器、一個DAC及某個I/O上。合成器連接到VCO上，VCO為其余系統(tǒng)提供一個2.5 GHz時鐘。假設(shè)在啟動時，由CPU應(yīng)該對合成器編程。但是不知道哪里出了問題，在VCO固定在軌道上生成在產(chǎn)生3 GHz的信號時，發(fā)生了某個問題。調(diào)試這個問題的第一步是考察CPU和合成器之間的信號，確定存在信號，沒有物理連接問題，但我們找不到發(fā)生了什么問題。然后，我們決定看一下SPI總線上傳送的合成器編程使用的實際信息。為捕獲這些信息，我們把示波器設(shè)成在合成器Slave Select信號激活時觸發(fā)采集，并對DUT通電，捕獲啟動編程命令。采集結(jié)果如圖12所示。

　　通道1 (黃色)是SCLK，通道2 (青色)是MOSI，通道3 (洋紅色)是SS。為確定我們是否對設(shè)備正確編程，我們看一下合成器的產(chǎn)品資料?？偩€上的前三個消息假設(shè)是初始化合成器、加載分路器比率、鎖存數(shù)據(jù)。根據(jù)技術(shù)數(shù)據(jù)，前三個傳送中最后半個字節(jié)(一個十六進(jìn)制字符)應(yīng)該分別是3, 0和1，但我們看到的是0, 0和0。在消息末尾全是0時，我們認(rèn)識到，我們在SPI中犯了一個最常見的錯誤，即在軟件中以相反的順序在每個24位字中對各個位編程。在迅速改變軟件配置后，得到下面的采集，VCO正確鎖定在2.5 GHz，如圖13所示。

　　在上面的實例中，我們使用簡單的SS Active觸發(fā)。DPO4000系列中完整的SPI觸發(fā)功能包括下述類型：

　　– SS Active – 在從設(shè)備選擇行對從設(shè)備變真時觸發(fā)。
　　– MOSI – 在從主設(shè)備到從設(shè)備用戶指定最多16個字節(jié)時觸發(fā)。
　　– MISO – 在從設(shè)備到主設(shè)備用戶指定最多16個字節(jié)時觸發(fā)。
　　– MOSI/MISO – 在主設(shè)備到從設(shè)備及從設(shè)備到主設(shè)備用戶指定最多16個字節(jié)時觸發(fā)。