SPI總線CPOL CPHA

最近在看關(guān)于Silicon Labs的C8051F347的某個(gè)驅(qū)動(dòng)中，關(guān)于SPI部分初始化的代碼，看到其對(duì)于SPI的設(shè)置為CPOL=1，CPHA=0，對(duì)于CPOL及CPHA的含義不了解，想要搞懂，這兩個(gè)參數(shù)到底是什么意思，以及為何要這么設(shè)置。所以才去找了SPI的極性和相位的相關(guān)資料，整理如下。

【SPI基礎(chǔ)知識(shí)簡(jiǎn)介】

設(shè)備與設(shè)備之間通過某種硬件接口通訊，目前存在很多種接口，SPI接口是其中的一種。

SPI中分Master主設(shè)備和Slave從設(shè)備，數(shù)據(jù)發(fā)送都是由Master控制。

一個(gè)master可以接一個(gè)或多個(gè)slave。

常見用法是一個(gè)Master接一個(gè)slave，只需要4根線：

SCLK：Serial Clock，（串行）時(shí)鐘

MISO：Master In Slave Out，主設(shè)備輸入，從設(shè)備輸出

MOSI：Master OutSlave In，主設(shè)備輸出，從設(shè)備輸入

SS:Slave Select，選中從設(shè)備，片選

SPI由于接口相對(duì)簡(jiǎn)單（只需要4根線），用途算是比較廣泛，主要應(yīng)用在 EEPROM，F(xiàn)LASH，實(shí)時(shí)時(shí)鐘，AD轉(zhuǎn)換器，還有數(shù)字信號(hào)處理器和數(shù)字信號(hào)解碼器之間。
即一個(gè)SPI的Master通過SPI與一個(gè)從設(shè)備，即上述的那些Flash，ADC等，進(jìn)行通訊。
而主從設(shè)備之間通過SPI進(jìn)行通訊，首先要保證兩者之間時(shí)鐘SCLK要一致，互相要商量好了，要匹配，否則，就沒法正常通訊了，即保證時(shí)序上的一致才可正常訊。
而這里的SPI中的時(shí)鐘和相位，指的就是SCLk時(shí)鐘的特性，即保證主從設(shè)備兩者的時(shí)鐘的特性一致了，以保證兩者可以正常實(shí)現(xiàn)SPI通訊。

【SPI相關(guān)的縮寫或說法】

先簡(jiǎn)單說一下，關(guān)于SPI中一些常見的說法：

SPI的極性Polarity和相位Phase，最常見的寫法是CPOL和CPHA，不過也有一些其他寫法，簡(jiǎn)單總結(jié)如下：

(1) CKPOL (Clock Polarity) = CPOL = POL = Polarity =（時(shí)鐘）極性

(2) CKPHA (Clock Phase)= CPHA = PHA = Phase =（時(shí)鐘）相位

(3) SCK=SCLK=SPI的時(shí)鐘

(4) Edge=邊沿，即時(shí)鐘電平變化的時(shí)刻，即上升沿(rising edge)或者下降沿(falling edge)

對(duì)于一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)，有兩個(gè)edge，分別稱為：

Leading edge=前一個(gè)邊沿=第一個(gè)邊沿，對(duì)于開始電壓是1，那么就是1變成0的時(shí)候，對(duì)于開始電壓是0，那么就是0變成1的時(shí)候；

Trailing edge=后一個(gè)邊沿=第二個(gè)邊沿，對(duì)于開始電壓是1，那么就是0變成1的時(shí)候（即在第一次1變成0之后，才可能有后面的0變成1），對(duì)于開始電壓是0，那么就是1變成0的時(shí)候；

本文采用如下用法：

極性=CPOL

相位=CPHA

SCLK=時(shí)鐘

第一個(gè)邊沿和第二個(gè)邊沿

【SPI的相位和極性】

CPOL和CPHA，分別都可以是0或時(shí)1，對(duì)應(yīng)的四種組合就是：

單獨(dú)看這張圖，的確很難明白具體含義，所以下面會(huì)有更詳細(xì)的解釋。

【CPOL極性】

先說什么是SCLK時(shí)鐘的空閑時(shí)刻，其就是當(dāng)SCLK在數(shù)發(fā)送8個(gè)bit比特?cái)?shù)據(jù)之前和之后的狀態(tài)，于此對(duì)應(yīng)的，SCLK在發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)候，就是正常的工作的時(shí)候，有效active的時(shí)刻了。

先說英文，其精簡(jiǎn)解釋為：Clock Polarity = IDLE state of SCK。

再用中文詳解：

SPI的CPOL，表示當(dāng)SCLK空閑idle的時(shí)候，其電平的值是低電平0還是高電平1：

CPOL=0，時(shí)鐘空閑idle時(shí)候的電平是低電平，所以當(dāng)SCLK有效的時(shí)候，就是高電平，就是所謂的active-high；

CPOL=1，時(shí)鐘空閑idle時(shí)候的電平是高電平，所以當(dāng)SCLK有效的時(shí)候，就是低電平，就是所謂的active-low；

【CPHA相位】

首先說明一點(diǎn)，capture strobe = latch = read = sample，都是表示數(shù)據(jù)采樣，數(shù)據(jù)有效的時(shí)刻。

相位，對(duì)應(yīng)著數(shù)據(jù)采樣是在第幾個(gè)邊沿（edge），是第一個(gè)邊沿還是第二個(gè)邊沿，0對(duì)應(yīng)著第一個(gè)邊沿，1對(duì)應(yīng)著第二個(gè)邊沿。

對(duì)于：

CPHA=0，表示第一個(gè)邊沿：

對(duì)于CPOL=0，idle時(shí)候的是低電平，第一個(gè)邊沿就是從低變到高，所以是上升沿；

對(duì)于CPOL=1，idle時(shí)候的是高電平，第一個(gè)邊沿就是從高變到低，所以是下降沿；

CPHA=1，表示第二個(gè)邊沿：

對(duì)于CPOL=0，idle時(shí)候的是低電平，第二個(gè)邊沿就是從高變到低，所以是下降沿；

對(duì)于CPOL=1，idle時(shí)候的是高電平，第一個(gè)邊沿就是從低變到高，所以是上升沿；

用圖文形式表示，更加容易看懂：

此處，再多解釋一下可能會(huì)遇到的CKP和CKE，其是Microchip的PIC系列芯片中的說法。

（1）CKP是Clock Polarity Select，就是極性=CPOL：

CKP，雖然名字和CPOL不一樣，但是都是指時(shí)鐘相位的選擇，定義也一樣：

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

所以不多解釋。

（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 =（數(shù)據(jù)）傳輸發(fā)生在時(shí)鐘從有效狀態(tài)轉(zhuǎn)到空閑狀態(tài)的那一時(shí)刻

0 =（數(shù)據(jù)）傳輸發(fā)生在時(shí)鐘從空閑狀態(tài)轉(zhuǎn)到有效狀態(tài)的那一時(shí)刻

其中，數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)刻，即圖中標(biāo)出的“數(shù)據(jù)transmit傳輸?shù)臅r(shí)刻”，很明顯，該時(shí)刻是一個(gè)時(shí)鐘和下一個(gè)時(shí)鐘之間交界的地方，對(duì)應(yīng)的不論是上升沿還是下降沿，都與我們前面提到的CPHA=數(shù)據(jù)采樣的時(shí)刻，的邊沿方向所相反。

所以，此處的CKE，正好與CPHA相反。