SPI学习(三):SPI协议波形

写在前面:上一小节介绍了SPI的基本工作原理与极性相位等知识，这一小结介绍波形

由于我实际用到的IP是ARM PrimeCell SSP(PL022)，所以会以这个IP为主，也会对比《SPI Block Guide V04.01》

一.PL022支持的三种帧格式介绍

一共有三种帧格式可选:TI/SPI/NSM，一般用SPI很多(这里不关注NSM)，简单介绍一下TI模式:

SSI(Synchronous Serial Interface)由TI公司定义的接口协议标准

SPI(Serial Peripheral Interface)是由Motorola公司定义的接口协议标准，两者的用法有类似的地方

SPI串行帧同步SSIFss为低电平有效，在整个帧传输期间生效（拉低）。

SSI串行帧同步SSIFss在发送每个帧之前产生宽度为个时钟周期的高脉冲。SSI 模块和片外从设备都在SSIClk 的上升沿驱动输出数据，在SSIClk 的下降沿锁存另一端的输入数据

参考博客：

SPI学习(三):SPI协议波形

https://e2echina.ti.com/question_answer/analog/interface_and_clocks/f/59/p/46369/

https://www.cnblogs.com/adylee/p/5399742.html

根据以上这段话的描述，有以下几点总结出来:

• 在三种帧格式模式下，时钟的波形并不是一直存在，时钟波形只在数据传输的时候出现
• SPI模式和NSM模式下的片选信号都是拉低有效，而TI模式下片选信号会在数据传输之前拉高一个时钟周期
• SPI模式和TI模式都是全双工(full-duplex)，而NSM模式是半双工(half-duplex)

二.TI模式帧格式

单帧模式:

连续帧模式:

根据这段话的描述，有以下几点总结出来:

• TI模式下时钟和片选在idle时是默认为低
• 在数据传输之前，片选会被拉高一个时钟周期，在拉高期间，完成将传输数据从FIFO转移到移位寄存器的工作
• 数据总是在时钟的上升沿发送，数据总是在时钟的下降沿采样和接收(我理解latch/clock就是采样的意思)
• 需要注意的是在连续帧模式下，在前一帧的LSB一开始片选就会拉高，前一帧的LSB结束紧接着就是后一帧MSB的开始

三.Motorola SPI模式帧格式

由于极性CPOL和相位CPHA的两两组合，导致SPI帧格式有四种，这里只详细介绍CPOL=0 CPHA=0这一种

首先免不了还是要提一下极性和相位，在PL022中用SPO表示极性，用SPH表示相位

MODE0单帧模式:

根据上面这段话的描述，TX与RX数据的生成与以前的理解有些不同，总结如下:

• MODE0下，数据开始传输的标志是片选信号SS被由高拉低
• SS一旦拉低，slave的数据立刻被传输到MISO引脚
• 半个时钟周期以后，TX数据被传输到MOSI引脚
• 再过半个时钟周期，时钟迎来上升沿，数据在上升沿被采样，下降沿被发送(接收)
• 单帧传输模式下每传完一帧，SS会被重新拉高，拉高的时机在前一帧LSB被采样的一个时钟周期以后

这里参考一个博客：https://www.cnblogs.com/adylee/p/5399742.html

博客作者正好做了这个实验，引用一番:

我们来关注SCK的第一个时钟周期，在时钟的前沿采样数据（上升沿，第一个时钟沿），
在时钟的后沿输出数据（下降沿，第二个时钟沿）。首先来看主器件，主器件的输出口（MOSI）输出的数据bit1，
在时钟的前沿被从器件采样，那主器件是在何时刻输出bit1的呢？bit1的输出时刻实际上在SCK信号有效以前，
比 SCK的上升沿还要早半个时钟周期。bit1的输出时刻与SSEL信号没有关系。再来看从器件，
主器件的输入口MISO同样是在时钟的前沿采样从器件输出的bit1的，那从器件又是在何时刻输出bit1的呢。
从器件是在SSEL信号有效后，立即输出bit1，尽管此时SCK信号还没有起效。关于上面的主器件
和从器件输出bit1位的时刻，可以从图3、4中得到验证

图3：

注意图3中，CS信号有效后（低电平有效，注意CS下降沿后发生的情况），故意用延时程序
延时了一段时间，之后再向数据寄存器写入了要发送的数据，来观察主器件输出bit1的情况（MOSI）。
可以看出，bit1（值为1）是在SCK信号有效之前的半个时钟周期的时刻开始输出的（与CS信号无关），
到了SCK的第一个时钟周期的上升沿正好被从器件采样

图4：

图4中，注意看CS和MISO信号。我们可以看出，CS信号有效后，从器件立刻输出了bit1（值为1）

MODE0连续帧模式:

PL022有一个特征，就是当SPH为0时(SPO=0，SPH=0或者SPO=1，SPH=0)，在连续帧传输时，每帧的间隔SS信号都会被拉高半个周期

而在SPH为1时(SPO=0，SPH=1或者SPO=1，SPH=1)，SS在传输过程中都是低，有的客户不明白这个特征，误以为是波形有问题，会提出疑问

四.NSM帧格式(National Semiconductor Microwire)

单帧模式:

根据上面这段话，有总结如下:

• NSM不同于TI模式与SPI模式，它是半双工的(half-duplex)
• NSM的工作模式是：前半程主机发送控制字到从机，后半程主机接收从机的响应
• 主机发送与主机接收期间有一个时钟周期的间隔，从机利用此间隔解析主机的控制字
• 数据在下降沿被驱动到相应的管脚(TX/RX)，在上升沿采样和接收
• 单帧模式下，在接收LSB被采样后的一个周期，SS被拉高，接收的数据从移位寄存器传输到接收FIFO

连续帧模式:

根据上面这段话，总结如下:

• NSM的单帧和连续帧并没有特别大的区别
• 连续帧模式下SS一直为低
• 连续帧模式下下一帧的控制字与上一帧的接收帧之间没有间隔

最后再解释一下手册中的术语是什么意思

SSPCLKOUT:

SSPFSSOUT:

SSPTXD:

SSPRXD: