调试SPI遇到的问题 关于CPOL和CPHA的设置!!

今天调试了具有菊花链功能的IO扩展芯片,在调试SPI的过程中,发现示波器采集波形正常,但是与芯片交互不成功,通过查找原因,发现是CPOL和CPHA设置不正常

 

SPI的极性Polarity和相位Phase,最常见的写法是CPOL和CPHA,不过也有一些其他写法,简单总结如下:


(1) CKPOL (Clock Polarity) = CPOL = POL = Polarity = (时钟)极性
(2) CKPHA (Clock Phase)   = CPHA = PHA = Phase = (时钟)相位
(3) SCK=SCLK=SPI的时钟
(4) Edge=边沿,即时钟电平变化的时刻,即上升沿(rising edge)或者下降沿(falling edge)


对于一个时钟周期内,有两个edge,分别称为:


(1)Leading edge=前一个边沿=第一个边沿,对于开始电压是1,

那么就是1变成0的时候,对于开始电压是0,那么就是0变成1的时候;


(2)Trailing edge=后一个边沿=第二个边沿,对于开始电压是1,

那么就是0变成1的时候(即在第一次1变成0之后,才可能有后面的0变成1),

对于开始电压是0,那么就是1变成0的时候;


本博文采用如下用法:

  1. 极性=CPOL
  2. 相位=CPHA
  3. SCLK=时钟
  4. 第一个边沿和第二个边沿

CPOL和CPHA,分别都可以是0或时1,对应的四种组合就是:

 

 

下面详细介绍。

CPOL极性

先说什么是SCLK时钟的空闲时刻,其就是当SCLK在发送8个bit比特数据之前和之后的状态,

于此对应的,SCLK在发送数据的时候,就是正常的工作的时候,有效active的时刻了。

其英文精简解释为:Clock Polarity = IDLE state of SCK。


SPI的CPOL,表示当SCLK空闲idle的时候,其电平的值是低电平0还是高电平1:
CPOL=0,时钟空闲idle时候的电平是低电平,所以当SCLK有效的时候,就是高电平,就是所谓的active-high;
CPOL=1,时钟空闲idle时候的电平是高电平,所以当SCLK有效的时候,就是低电平,就是所谓的active-low;

 

从上图中可以看出,(CPOL=0)的SCK 波形,它有(传输)8 个脉冲,而在脉冲传输前和完成后都保持在【低电平状态】。

此时的状态就是时钟的空闲状态或无效状态,因为此时没有脉冲,也就不会有数据传输。

同理得出,(CPOL=)1 的图,时钟的空闲状态或无效状态时SCK 是保持【高电平的】。

CPHA相位

首先说明一点,capture strobe = latch = read = sample,都是表示数据采样,数据有效的时刻。

相位,对应着数据采样是在第几个边沿(edge),是第一个边沿还是第二个边沿,

0对应着第一个边沿,1对应着第二个边沿。对于:

 

CPHA=0,表示第一个边沿:
对于CPOL=0,idle时候的是低电平,第一个边沿就是从低变到高,所以是上升沿;
对于CPOL=1,idle时候的是高电平,第一个边沿就是从高变到低,所以是下降沿;


CPHA=1,表示第二个边沿:
对于CPOL=0,idle时候的是低电平,第二个边沿就是从高变到低,所以是下降沿;
对于CPOL=1,idle时候的是高电平,第一个边沿就是从低变到高,所以是上升沿;

 

 

 

我们看上面的图,发现数据 SI 是对应 SCK 的第一个时钟沿,

再仔细看,数据是在SCK的第一个时钟边沿保持稳定【数据被采样捕获】,

在下一个边沿改变【SCK 的下降沿数据改变】因此我们得出结论:

 

该系列FLASH 是【数据在第一个时钟沿被采样捕获】

或【数据在SPCK 起始边沿捕获,在SPCK 下一个边沿改变】

如何判断CPOL和CPHA

如果起始的SCLK的电平是0,那么CPOL=0,如果是1,那么CPOL=1,

然后看数据采样时刻,即时序图数据线上的数据那个矩形区域的中间所对应的位置,

对应到上面SCLK时钟的位置,对应着是第一个边沿或是第二个边沿,即CPHA是0或1。

(对应的是上升沿还是还是下降沿,要根据对应的CPOL的值,才能确定)。

 

(1)如何判断CPOL:SCLK的空闲时候的电压,是0还是1,决定了CPOL是0还是1;
(2)如何判断CPHA:而数据采样时刻对应着的SCLK的电平,是第一个边沿还是第二个边沿,对应着CPHA为0还是1。

 

 

最后来看一下S3C2440的SPI的CPOL和CPHA,结合前面讲的理论知识,下面的图就很好理解啦!

 

 

此处,再多解释一下可能会遇到的CKP和CKE,其是Microchip的PIC系列芯片中的说法。

(1)CKP是Clock Polarity Select,就是极性=CPOL:

CKP,虽然名字和CPOL不一样,但是都是指时钟相位的选择,定义也一样:

CKP: Clock Polarity Select bit

1 = Idle state for clock (CK) is a high level

0 = Idle state for clock (CK) is a low level

所以不多解释。

(2)CKE是Clock Edge Select,就是相位=CPHA:

CKE: SPI Clock Edge Select bit

1 = Transmit occurs on transition from active to Idle clock state

0 = Transmit occurs on transition from Idle to active clock state

意思是

1 =(数据)传输发生在时钟从有效状态转到空闲状态的那一时刻

0 =(数据)传输发生在时钟从空闲状态转到有效状态的那一时刻

 

其中,数据传输的时刻,即图中标出的“数据transmit传输的时刻”,很明显,

该时刻是一个时钟和下一个时钟之间交界的地方,对应的不论是上升沿还是下降沿,

都与我们前面提到的CPHA=数据采样的时刻,的边沿方向所相反。

所以,此处的CKE,正好与CPHA相反。

所以,CKP和CKE所对应的取值的含义为:

When CKP = 0: CKE=1 => Data transmitted on rising edge of SCK, CKE=0 => Data transmitted on falling edge of SCK

When CKP = 1: CKE=1 => Data transmitted on falling edge of SCK, CKE=0 => Data transmitted on rising edge of SCK

 

posted @ 2021-04-15 11:00  会编程的数组  阅读(852)  评论(0编辑  收藏  举报