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SPI总线CPOL CPHA
14:11:05&&&来源:eefocus &&
最近在看关于Silicon Labs的C的某个驱动中，关于SPI部分初始化的代码，看到其对于SPI的设置为CPOL=1，CPHA=0，对于CPOL及CPHA的含义不了解，想要搞懂，这两个参数到底是什么意思，以及为何要这么设置。所以才去找了SPI的极性和相位的相关资料，整理如下。
【SPI基础知识简介】
设备与设备之间通过某种硬件接口通讯，目前存在很多种接口，SPI接口是其中的一种。
SPI中分Master主设备和Slave从设备，数据发送都是由Master控制。
一个master可以接一个或多个slave。
常见用法是一个Master接一个slave，只需要4根线：
SCLK：Serial Clock，（串行）时钟
MISO：Master In Slave Out，主设备输入，从设备输出
MOSI：Master Out&&Slave In，主设备输出，从设备输入
SS:&&&&&&&&&&Slave Select，选中从设备，片选
SPI由于接口相对简单（只需要4根线），用途算是比较广泛，主要应用在 EEPROM，FLASH，实时时钟，AD转换器，还有数字信号处理器和数字信号解码器之间。
即一个SPI的Master通过SPI与一个从设备，即上述的那些Flash，ADC等，进行通讯。
而主从设备之间通过SPI进行通讯，首先要保证两者之间时钟SCLK要一致，互相要商量好了，要匹配，否则，就没法正常通讯了，即保证时序上的一致才可正常讯。
而这里的SPI中的时钟和相位，指的就是SCLk时钟的特性，即保证主从设备两者的时钟的特性一致了，以保证两者可以正常实现SPI通讯。
【SPI相关的缩写或说法】
先简单说一下，关于SPI中一些常见的说法：
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：
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；
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；
本文采用如下用法：
第一个边沿和第二个边沿
【SPI的相位和极性】
CPOL和CPHA，分别都可以是0或时1，对应的四种组合就是：
CPOL=0, CPHA=0
CPOL=0, CPHA=1
CPOL=1, CPHA=0
CPOL=1, CPHA=1
单独看这张图，的确很难明白具体含义，所以下面会有更详细的解释。
【&CPOL极性】
先说什么是SCLK时钟的空闲时刻，其就是当SCLK在数发送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。
先说英文，其精简解释为：Clock Polarity = IDLE state of SCK。
再用中文详解：
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；
【&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。
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；
用图文形式表示，更加容易看懂：
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
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。
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SPI由于接口相对简单(只需要4根线),用途算是比较广泛,主要应用在 EEPROM,FLASH,实时时钟,AD转换器,还有数字信号处理器和数字信号解码器之间.即一个SPI的Master通过SPI与一个从设备,即上述的那些Flash,ADC等,进行通讯.而主从设备之间通过SPI进行通讯,首先要保证两者之间时钟SCLK要一致,互相要商量好了,要匹配,否则,就没法正常通讯了,即保证时序上的一致才可正常讯.而这里的SPI中的时钟和相位,指的就是SCLk时钟的特性,即保证主从设备两者的时钟的特性一致了,以保证两者可以正常实现SPI通讯.
时钟的极性Polarity和相位Phase,和一些英文简写标识如下:&
CKPOL(Clock Polarity)=CPOL=POL=Polarity=(时钟)极性
CKPHA(Clock Phase)=CPHA=PHA=Phase=(时钟)相位
SCK=SCLK=SPI的时钟
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)
一个时钟周期内,有两个edge,分别称为前沿(第一个边沿)和后沿(第二个边沿):
Leading edge=前沿=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;
Trailing edge=后沿=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;
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.
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,是有效active的时刻.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-
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-
如上图所示,(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.
首先说明,capture strobe=latch=read=sample,均示数据采样,数据有效的时刻.相位,对应数据采样是前沿还是后沿,0标识第一个边沿(前沿),1标识第二个边沿(后沿).
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).
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!
阅读(...) 评论()SPI总线（7）
详解SPI中的极性CPOL和相位CPHA
& & & & & &SPI由于接口相对简单（只需要4根线），用途算是比较广泛，主要应用在 EEPROM，FLASH，实时时钟，AD转换器，还有数字信号处理器和数字信号解码器之间。即一个SPI的Master通过SPI与一个从设备，即上述的那些Flash，ADC等，进行通讯。而主从设备之间通过SPI进行通讯，首先要保证两者之间时钟SCLK要一致，互相要商量好了，要匹配，否则，就没法正常通讯了，即保证时序上的一致才可正常讯。而这里的SPI中的时钟和相位，指的就是SCLk时钟的特性，即保证主从设备两者的时钟的特性一致了，以保证两者可以正常实现SPI通讯。
& & & & & 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：
极性=CPOL相位=CPHASCLK=时钟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。
& & & & & &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】。
& & & & & &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。
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。
SCLK的极性，相位，边沿之间的内在逻辑
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！
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