調(diào)試嵌入式系統(tǒng)設(shè)計中的低速串行總線

　　工作方式

　　I2C的物理兩線接口由雙向串行時鐘(SCL)和數(shù)據(jù)(SDA)線組成。I2C支持總線上多個主從設(shè)備，但一次只能激活一個主設(shè)備。任何I2C設(shè)備可以連接到總線上，允許任何主設(shè)備與從設(shè)備交換信息。每臺設(shè)備都使用唯一的地址識別，可以作為發(fā)射機或接收機操作，具體取決于設(shè)備功能。在開始時，I2C只使用7位地址，但隨著時間推移，它演變成也支持10位地址。它支持三種位速率：100 kbps (標準模式), 400 kbps (快速模式)和3.4 Mbps (高速模式)。最大設(shè)備數(shù)量取決于400 pf的最大容量，或大約支持20-30臺設(shè)備。I2C標準規(guī)定了下述格式，如圖4所示：

　　– Start – 表明設(shè)備控制總線，一條消息將開始傳送
　　– Address –7位或10位數(shù)字，表示將要讀取或?qū)懭氲脑O(shè)備地址
　　– R/W Bit – 1位，表明是否將從設(shè)備中讀取數(shù)據(jù)或向設(shè)備寫入數(shù)據(jù)
　　– Ack – 1位，來自從設(shè)備，確認主設(shè)備的操作。通常每個地址和數(shù)據(jù)字節(jié)有一個確認位，但不總是有確認位
　　– Data – 從設(shè)備中讀取或?qū)懭朐O(shè)備的字節(jié)的整數(shù)
　　– Stop – 表明消息結(jié)束，主設(shè)備已經(jīng)釋放總線

　　處理I2C

　　通過DPO4EMBD串行觸發(fā)和分析應(yīng)用模塊，DPO4000系列成為處理I2C總線的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計人員的強大工具。前面板有兩個總線按鈕(B1和B2)，允許用戶把到示波器的輸入定義為一條總線。I2C總線的設(shè)置菜單如圖5所示。

　　通過簡單地定義時鐘和數(shù)據(jù)位于哪條通道上及用來確定邏輯1和0的門限，示波器可以理解通過總線傳輸?shù)膮f(xié)議。有了這些知識，示波器可以觸發(fā)任何指定的消息級信息，然后把得到的采集數(shù)據(jù)解碼成有意義的、容易理解的結(jié)果。邊沿觸發(fā)已經(jīng)過了好多天了，希望您已經(jīng)采集到感興趣的事件，然后逐條消息手動解碼消息，找到問題。

　　例如，考慮一下圖6中的嵌入式系統(tǒng)。I2C總線連接到多臺設(shè)備上，包括CPU、EEPROM、風(fēng)扇速度控制器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器和大量的溫度傳感器。

　　這部儀器被退回工程部分析故障，該產(chǎn)品持續(xù)過熱，自動關(guān)機。要檢查的第一件事是風(fēng)扇控制器和風(fēng)扇本身，但似乎一切正常。然后要檢查溫度傳感器是否有問題。風(fēng)扇速度控制器定期輪詢兩個溫度傳感器(位于儀器中不同的區(qū)域)，調(diào)節(jié)風(fēng)扇速度，穩(wěn)定內(nèi)部溫度。您懷疑其中一個或兩個溫度傳感器讀數(shù)不正確。為查看傳感器與風(fēng)扇速度控制器之間的交互。我們只需連接到I2C時鐘和數(shù)據(jù)線，在DPO4000上設(shè)置總線。我們知道，兩個傳感器在I2C總線上的地址分別是18和19，因此我們決定設(shè)置觸發(fā)事件，查找地址18上的寫入操作(風(fēng)扇速度控制器輪詢傳感器的當(dāng)前溫度)。觸發(fā)的采集結(jié)果如圖7中的屏幕圖所示。

　　在這種情況下，通道1 (黃色) 連接到SCLK，通道2 (青色)連接到SDA。紫色波形是我們向示波器中輸入一些簡單的參數(shù)定義的I2C 總線。顯示器的上方部分顯示了整個采集。在這種情況下，我們已經(jīng)捕獲了大量的總線空閑時間，中間是我們放大的突發(fā)活動。顯示屏下方的較大部分是縮放窗口。您可以看出，示波器已經(jīng)解碼了經(jīng)過總線的每條消息的內(nèi)容。DPO4000系列上的總線使用表1中的顏色/標記，表明消息中的重要部分。

　　看一下采集的波形，我們可以看到，示波器觸發(fā)地址18上的寫入操作(如顯示屏左下方所示)。事實上，風(fēng)扇速度控制器試圖寫入地址18兩次，但在這兩種情況下，在試圖寫入溫度傳感器時它沒有收到確認。然后它檢查地址19上的溫度傳感器，收回希望的信息。因此，為什么第一個溫度傳感器沒有對風(fēng)扇控制器作出響應(yīng)呢？看一下電路板上的實際部件，我們發(fā)現(xiàn)其中一條地址線焊接不當(dāng)。溫度傳感器不能在總線上通信，結(jié)果導(dǎo)致設(shè)備過熱。由于DPO4000系列的 I2C觸發(fā)和總線解碼功能，我們只需幾分鐘時鐘，就成功地隔離了這個潛在的難檢問題。

　　在圖7所示的實例中，我們觸發(fā)了寫入操作，但DPO4000強大的I2C觸發(fā)還包括許多其它功能。

　　– Start – 在SDA變低、SCL為高時觸發(fā)。
　　– Repeated Start – 在沒有上一個停止條件下發(fā)生開始條件時觸發(fā)。這通常是主設(shè)備發(fā)送多條消息、而沒有釋放總線時發(fā)生的情況。
　　– Stop – SDA為高、SCL為高時觸發(fā)。
　　– Missing Ack – 從設(shè)備通常配置成在每個地址和數(shù)據(jù)字節(jié)后發(fā)送確認。在從設(shè)備沒有生成確認位的情況下示波器可以觸發(fā)采集。
　　– Address – 觸發(fā)用戶指定的地址或任何預(yù)先編程的專用地址，包括全呼、開始字節(jié)、HS模式、EEPROM或CBUS。地址可以是7位或10位地址，以二進制或十六進制輸入。

　– 數(shù)據(jù) – 觸發(fā)二進制或十六進制輸入的最多12字節(jié)的用戶指定數(shù)據(jù)值
　　– 地址和數(shù)據(jù) – 可以輸入地址數(shù)據(jù)值及讀寫，捕獲確切的感興趣的事件

　　這些觸發(fā)可以隔離您感興趣的特定總線業(yè)務(wù)，解碼功能則可以即時查看采集中總線上傳輸?shù)拿織l消息的內(nèi)容。

　　SPI

　　背景知識

　　串行外設(shè)接口總線(SPI)最初是摩托羅拉在20世紀80年代末為其68000系列微控制器研制的。由于該總線簡單、流行，許多其它制造商也已經(jīng)采用這一標準。它現(xiàn)在用于嵌入式系統(tǒng)設(shè)計常用的各種器件中。SPI主要用于微控制器和直接外設(shè)之間。它通常用于蜂窩手機移動電話、PDA和其它移動設(shè)備中，在CPU、鍵盤、顯示器和內(nèi)存芯片之間通信。