SPI通信協議詳解--CPOL&CPHA

詳解SPI中的極性CPOL和相位CPHA

           SPI由於接口相對簡單（只需要4根線），用途算是比較廣泛，主要應用在EEPROM，FLASH，實時時鐘，AD轉換器，還有數字信號處理器和數字信號解碼器之間。即一個SPI的Master通過SPI與一個從設備，即上述的那些Flash，ADC等，進行通訊。而主從設備之間通過SPI進行通訊，首先要保證兩者之間時鐘SCLK要一致，互相要商量好了，要匹配，否則，就沒法正常通訊了，即保證時序上的一致纔可正常訊。而這裏的SPI中的時鐘和相位，指的就是SCLk時鐘的特性，即保證主從設備兩者的時鐘的特性一致了，以保證兩者可以正常實現SPI通訊。

          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，簡單總結如下：
(1) CKPOL (Clock Polarity) = CPOL = POL = Polarity = （時鐘）極性
(2) CKPHA (Clock Phase)  = CPHA = PHA = Phase =（時鐘）相位
(3) SCK=SCLK=SPI的時鐘
(4) Edge=邊沿，即時鐘電平變化的時刻，即上升沿(rising edge)或者下降沿(falling edge)
對於一個時鐘週期內，有兩個edge，分別稱爲：
(1)Leadingedge=前一個邊沿=第一個邊沿，對於開始電壓是1，那麼就是1變成0的時候，對於開始電壓是0，那麼就是0變成1的時候；
(2)Trailingedge=後一個邊沿=第二個邊沿，對於開始電壓是1，那麼就是0變成1的時候（即在第一次1變成0之後，纔可能有後面的0變成1），對於開始電壓是0，那麼就是1變成0的時候；
本博文采用如下用法：

1. 極性=CPOL
2. 相位=CPHA
3. SCLK=時鐘
4. 第一個邊沿和第二個邊沿

CPOL和CPHA，分別都可以是0或時1，對應的四種組合就是：

下面詳細介紹。

CPOL極性

           先說什麼是SCLK時鐘的空閒時刻，其就是當SCLK在發送8個bit比特數據之前和之後的狀態，於此對應的，SCLK在發送數據的時候，就是正常的工作的時候，有效active的時刻了。其英文精簡解釋爲：ClockPolarity = IDLE state of SCK。
SPI的CPOL，表示當SCLK空閒idle的時候，其電平的值是低電平0還是高電平1：
CPOL=0，時鐘空閒idle時候的電平是低電平，所以當SCLK有效的時候，就是高電平，就是所謂的active-high；
CPOL=1，時鐘空閒idle時候的電平是高電平，所以當SCLK有效的時候，就是低電平，就是所謂的active-low；

             從上圖中可以看出，(CPOL=0)的SCK波形，它有（傳輸）8 個脈衝，而在脈衝傳輸前和完成後都保持在【低電平狀態】。此時的狀態就是時鐘的空閒狀態或無效狀態，因爲此時沒有脈衝，也就不會有數據傳輸。同理得出，（CPOL=）1的圖，時鐘的空閒狀態或無效狀態時SCK 是保持【高電平的】。

CPHA相位

           首先說明一點，capturestrobe = latch = read =sample，都是表示數據採樣，數據有效的時刻。相位，對應着數據採樣是在第幾個邊沿（edge），是第一個邊沿還是第二個邊沿，0對應着第一個邊沿，1對應着第二個邊沿。
對於：
CPHA=0，表示第一個邊沿：
對於CPOL=0，idle時候的是低電平，第一個邊沿就是從低變到高，所以是上升沿；
對於CPOL=1，idle時候的是高電平，第一個邊沿就是從高變到低，所以是下降沿；
CPHA=1，表示第二個邊沿：
對於CPOL=0，idle時候的是低電平，第二個邊沿就是從高變到低，所以是下降沿；
對於CPOL=1，idle時候的是高電平，第一個邊沿就是從低變到高，所以是上升沿；

            我們看上面的圖，發現數據SI 是對應 SCK 的第一個時鐘沿，再仔細看，數據是在SCK的第一個時鐘邊沿保持穩定【數據被採樣捕獲】，在下一個邊沿改變【SCK的下降沿數據改變】因此我們得出結論：該系列FLASH 是【數據在第一個時鐘沿被採樣捕獲】或【數據在SPCK 起始邊沿捕獲，在SPCK下一個邊沿改變】

如何判斷CPOL和CPHA

            如果起始的SCLK的電平是0，那麼CPOL=0，如果是1，那麼CPOL=1，然後看數據採樣時刻，即時序圖數據線上的數據那個矩形區域的中間所對應的位置，對應到上面SCLK時鐘的位置，對應着是第一個邊沿或是第二個邊沿，即CPHA是0或1。（對應的是上升沿還是還是下降沿，要根據對應的CPOL的值，才能確定）。

（1）如何判斷CPOL：SCLK的空閒時候的電壓，是0還是1，決定了CPOL是0還是1；
（2）如何判斷CPHA：而數據採樣時刻對應着的SCLK的電平，是第一個邊沿還是第二個邊沿，對應着CPHA爲0還是1。

SCLK的極性，相位，邊沿之間的內在邏輯

最後來看一下S3C2440的SPI的CPOL和CPHA，結合前面講的理論知識，下面的圖就很好理解啦！