Tektronix发生器DPO4AUTOMAX

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调试嵌入式系统设计中的低速串行总线|DPO4AUTOMAX |

背景知识

串行外设接口总线（SPI）Z初是摩托罗拉在20世纪80年代末为其68000 系列微控制器研制的。由于该总线简单、流行，许多其它制造商也已经采用这一标准。它现在用于嵌入式系统设计常用的各种器件中。SPI主要用于微控制器和直接外设之间。

详情介绍

调试嵌入式系统设计中的低速串行总线|DPO4AUTOMAX |

SPI

    背景知识

    串行外设接口总线（SPI）zui初是摩托罗拉在20世纪80年代末为其68000 系列微控制器研制的。由于该总线简单、流行，许多其它制造商也已经采用这一标准。它现在用于嵌入式系统设计常用的各种器件中。SPI主要用于微控制器和直接外设之间。它通常用于、PDA和其它移动设备中，在CPU、键盘、显示器和内 存芯片之间通信。

    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*的地址。这样，总线上的每台*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。

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图8.常用的SPI配置。

图9.串联SPI配置。

图10. SPI 总线设置菜单。

　　处理SPI

    DPOxEMBD 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Bus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。在启动时，CPU应该对合成器编程。但是不知道哪里出了问题，VCO在产生3 GHz的信号。调试这个问题的*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zui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zui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。MSO/DPO 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zui多16 个字节时触发。

     MISO - 在从设备到主设备用户zui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zui多16 个字节时触发。

    这些触发也可以隔离感兴趣的特定总线业务，解码功能则可以立即查看采集中总线传送的每条消息的内容。

图11.通过SPI控制的合成器

图12. 采集SPI 总线之外的合成器配置消息。

图13. 正确的合成器配置消息。

    RS-232

    背景知识

    RS-232是近距离的两台设备之间进行串行通信广泛使用的标准，它主要用于PC 串行端口，另外也用于嵌入式系统，作为调试端口使用或连接两台设备。RS-232-C标准于1969年问世，之后标准修订了两次，但变化很小，其信号能够与RS-232-C 互通。业内还有几个相关标准，如RS-422 和RS-485，这些标准类似，但使用差分信令在远距离内通信。

    工作方式

    两台设备称为DTE （数据终端设备）和DCE （数据电路端接设备）。在某些应用中，DTE 设备控制着DCE 设备；在其它应用中，这两台设备是对等的，DTE 和DCE 之间的区别可以是任意的。

    RS-232标准规定了各种各样的信号，许多信号并不常用。两个zui重要的信号是发送的数据（Tx）和接收的数据（Rx）。Tx 把数据从DTE 传送到DCE。DTE 设备的Tx 线路是DCE 设备的Rx 线路。类似的，Rx 把数据从DCE传送到DTE。

    RS-232 标准没有规定使用哪些连接器。zui常用的连接器是25针连接器和9针连接器。也可以使10 针、8 针或6 针连接器。还可以在不使用标准连接器的情况下，把同一块电路板上的两台RS-232设备连接起来。

    在连接两台RS-232 设备时，通常要求零讯号调制器。这种设备交换多条线路，包括Tx和Rx线路。通过这种方式，每台设备可以在Tx 线路上发送数据，在Rx 线路上接收数据。表2 显示了RS-232 信号常用的9 针连接器使用的针脚输出。记住，如果信号已经传过零讯号调制解调器，那么许多信号将被交换。zui重要的是，将交换Tx 和Rx。

信号

针脚

Carrier Detect （载波检测）

DCD

1

Received Data （接收的数据）

Rx

2

Transmitted Data （发送的数据）

Tx

3

Data Terminal Ready （数据端子就绪）

DTR

4

Common Ground （公共接地）

G

5

Data Set Ready （数据集就绪）

DSR

6

Request to Send （请求发送）

RTS

7

Clear to Send （清除发送）

CTS

8

Ring Indicator （振铃指示符）

RI

9