邏輯分析之二瑞薩SPI的實現

在單片機等通訊系統中，SPI也是十分重要的。上次課程中我們使用瑞薩完成了UART功能的分析，與UART相比，SPI是同步全雙工的數據傳輸模式，而UART則是非同步傳輸模式，意味著SPI比UART多了一根時鐘線，這個時鐘線使得主機與從機成功的通訊，而UART則需要收發器之間需要固定的相同的波特率。SPI還有一根片選信號線CS，用於選擇與主機通訊的從機。

本次使用的晶元依舊是13年和15年國賽指定的型號為RL78G13100lea晶元，瑞薩中的SPI即為CSI，建議讀者先對瑞薩MCU的Datasheet進行一次閱讀，以及包括配套板子的原理圖。閱讀本文前建議將上期文章閱讀一次，以利於有更好的了解。

接下來主要分析spi協議以及瑞薩spi程序的編寫

Spi在一般的應用中主要有4根線，分別是MOSI，MISO，SCLK和SS，這四根線在瑞薩中被稱為SI，SO，SCK，CS，其各自代表的功能如下圖：

通常主機與從機是這樣子連線的：

其傳輸模式有四種，這是根據時鐘極性CPOL與時鐘相位CPHA組合而來的。打開瑞薩自帶的SPI常式，在代碼生成器的serial的csi選項中可以觀察的到有這樣的四種模式：

從這個圖中我們可以看到Type1和Type3的時鐘線SCK在空閑時候是高電平的，也就代表著時鐘極性CPOL=1的情況。其餘兩個則相反。

我們還可以看到Type1跟Type2的數據都在第二個跳變沿開始傳送，這代表的是時鐘相位CPHA=1的情況，其餘則是數據在時鐘的第一個跳變沿開始傳送，即CPHA=0。由此組合的四種模式。本次常式選擇了默認的CPOL=1以及CPHA=1的方式。

本次常式使用的是CSI00的功能，我們可以看到，系統默認的協議是單發送模式，八個字長，低位在前。

在光碟自帶的常式中，main.c中定義了一系列的變數，其中SET_CS和CLR_CS顯然是用於設置片選信號，其他一系列的宏定義則表示則對外圍器件不同的指令代碼，比如對外圍器件要進行寫入操作，則將WRITE所代表的數據從瑞薩主機傳輸至外圍從機。定義的tx_buf[]和rx_buf[]則分別表示發送和接收緩存，tx_len表示發送位元組長度，cnt表示延時時間。

這個例子中是針對某個器件而編寫的，首先設置PM5.4=0代表P5.4引腳是對外輸出的，從而引用SET_CS才能產生片選信號。調用SPI啟動函數，調用發送函數發送一個對器件寫入使能的指令WREN，延時一定時間后再調用發送函數將寫入的數據0x00和0xAA寫入器件，延時后再調用發送函數讀出數據。

接下來使用邏輯分析儀軟體模擬SPI波形並分析

打開邏輯分析儀軟體，選擇四個通道，添加SPI協議，同時注意選取CPOL=1以及CPHA=1的方式。

下圖是模擬所採樣的波形，從波形上看，當時鐘信號為高電平時系統不傳輸數據，紅色矩形框的標示代表著數據是在時鐘信號的第二個跳變沿，也就是上升沿開始傳輸數據，黃色橢圓圈表示是八位字長，完全符合我們的設定：

接下來使用邏輯分析儀觀察程序的SPI信號及分析

這是瑞薩mcu板的原理圖，由該原理圖我們可知，應當將本次程序所使用的CSI00中的SCK00,SI00,SO00以及P54連接到相應的通道上，它們的引腳分別為46,45，44,37我們將其與相應的通道連接起來，即分別連接的是CH2，CH1，CH0以及CH3。

這是實物連接示意圖。在邏輯分析儀軟體中，時鐘線要設置觸發條件，下降沿觸發。同樣，當兩條USB線插入到電腦後，我們將程序燒寫下載到板子上，啟動同時選擇運行程序。可以觀察到這樣的波形。我們可以觀察的到，這個分析與我們之前的分析是一致的。

最後，晶元之家祝大家 平安夜快樂！晶元之家