调试嵌入式系统设计中的低速串行总线

　　工作方式

　　SPI (串行外设接口)总线是一种主/从结构的4线串行通信总线。4个信号是时钟(SCLK), 主输出/从输入(MOSI), 主输入/从输出(MISO)和从选择(SS)。在两台设备通信时，一台设备称为“主设备”，另一台设备称为“从设备”。主设备驱动串行时钟。它同时收发数据，因此是一种全双工协议。SPI使用SS线路指明与哪台设备传送数据，而不是总线上的每台设备都有一个唯一的地址。这样，总线上的每台唯一的设备都需要从主设备提供自己的SS信号。如果有3台从设备，那么主设备有3条SS引线，每条引线都连接到每台从设备上，如图8所示。

　　在图8中，每台从设备只与主设备通话。但是，SPI可以串联多台从设备，每台从设备依次进行操作，然后把结果发回主设备，如图9所示。因此您可以看到，SPI实现方案没有“标准”。在某些情况下，在不要求从设备向回到主设备通信时，MISO信号可以完全省略。

　　在SPI数据传送发生时，8位数据字移出MOSI，不同的8位数据字移入MISO。这可以视为16位循环位移寄存器。在传送发生时，这个16位位移寄存器位移8个位置，从而在主设备和从设备之间交换8位数据。一对寄存器 - 时钟极性(CPOL)和时钟相位(CPHA)决定着驱动数据的时钟边沿。每个寄存器有两种可能的状态，支持四种可能的组合，所有这些组合互不兼容。因此，主/从设备对必须使用相同的参数值进行通信。如果使用多个固定在不同配置的从设备，那么每次需要与不同的从设备通信时，主设备必须重新进行配置。

　　处理SPI

　　DPO4EMBD串行触发和分析应用模块还可以为SPI总线实现类似的功能。我们可以再次使用前面板B1或B2按钮，简单地输入总线基本参数，包括SCLK, SS, MOSI和MISO位于哪条通道上、门限和极性，来定义一条SPI总线 (参见图10)。

　　例如，考虑一下图11中的嵌入式系统。一条SPI总线连接到一个合成器、一个DAC及某个I/O上。合成器连接到VCO上，VCO为其余系统提供一个2.5 GHz时钟。假设在启动时，由CPU应该对合成器编程。但是不知道哪里出了问题，在VCO固定在轨道上生成在产生3 GHz的信号时，发生了某个问题。调试这个问题的第一步是考察CPU和合成器之间的信号，确定存在信号，没有物理连接问题，但我们找不到发生了什么问题。然后，我们决定看一下SPI总线上传送的合成器编程使用的实际信息。为捕获这些信息，我们把示波器设成在合成器Slave Select信号激活时触发采集，并对DUT通电，捕获启动编程命令。采集结果如图12所示。

　　通道1 (黄色)是SCLK，通道2 (青色)是MOSI，通道3 (洋红色)是SS。为确定我们是否对设备正确编程，我们看一下合成器的产品资料。总线上的前三个消息假设是初始化合成器、加载分路器比率、锁存数据。根据技术数据，前三个传送中最后半个字节(一个十六进制字符)应该分别是3, 0和1，但我们看到的是0, 0和0。在消息末尾全是0时，我们认识到，我们在SPI中犯了一个最常见的错误，即在软件中以相反的顺序在每个24位字中对各个位编程。在迅速改变软件配置后，得到下面的采集，VCO正确锁定在2.5 GHz，如图13所示。

　　在上面的实例中，我们使用简单的SS Active触发。DPO4000系列中完整的SPI触发功能包括下述类型：

　　– SS Active – 在从设备选择行对从设备变真时触发。
　　– MOSI – 在从主设备到从设备用户指定最多16个字节时触发。
　　– MISO – 在从设备到主设备用户指定最多16个字节时触发。
　　– MOSI/MISO – 在主设备到从设备及从设备到主设备用户指定最多16个字节时触发。