安捷伦spi总线测试解决方案

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1、安捷伦SPI总线测试解决方案安捷伦见习应用工程师胡楠赛安捷伦高级应用工程师董斌1SPI总线简介SPI(SerialPeripheralInterface--串行外设接口)总线是一种同步串行外设的接口总线，它可以使MCU与各种外围设备以串行方式进行通信。最初SPI接口总线是由Motorola在其MC68HCXX系列处理器上定义的，现在已广泛应用于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。SPI是一种高速的、全双工的同步通信总线，在芯片的管脚上只占用四根线，节约了芯片的管脚，同时节省了PCB的布局空间。正是出于这种简单易用的特点，现在越来越多的芯

2、片集成了这种通信协议。但在另一方面，SPI总线也对分析测试提出了更高的要求。SPI通信的工作方式为主从式，这种模式通常有一个主设备和一个或多个从设备，设备之间有4线模式（双向传输时）或3线模式（单向传输时）。在4线模式下，它们是SDI（数据输入），SDO（数据输出），SCLK（时钟），CS（片选）；在3线模式下，SDI和SDO并为一根，定义为SIO。图13线SPI时序图其中CS用于控制芯片是否被选中的，也就是说只有片选信号为预先规定的使能信号时（高电位或低电位），对此芯片的操作才有效。这就允许在同一总线上连接多个SPI设备成为可能。接下来是负责通讯的3根线了，SPI是串行通讯协议，即数据

3、是一个比特一个比特传输的。SCLK提供时钟脉冲，SDI和SDO则基于此脉冲完成数据传输（3线模式下合并为SIO）。这样，在至少8次时钟沿后（上升沿或下降沿为一次），即可完成一个8位数据的传输。2SPI总线的测试方法下面以单向传输的SPI总线为例，介绍其测试方案。在单向传输方式下，SPI总线包含一根时钟线SCLK、一根片选信号线CS和一根数据线SIO。SPI总线的测试连接并不复杂，只需将仪器的探头分别连接到SIO、SCLK和CS(RST)三根线上即可。在实际的SPI总线测试中，由于传送的数据大多为非重复的数据，信号不能稳定的显示在仪器上。对此，测试中需要考虑以下问题：ò针对SPI数据帧的触

4、发功能ò如何捕获更多的SPI数据包ò结合SPI总线协议的译码ò对感兴趣的数据进行捕获2.1数据帧的触发功能1SPI总线是为芯片间的数据通信而设计的，因此，在大多数情况下，由于传输数据的不同使得信号并非周期性信号。这就要求在对该总线进行测试时，要能准确地触发到数据帧头，并将其稳定显示在仪器上，以便观察和分析。在AGILENT5000/6000系列示波器中，集成了SPI触发功能，按下前面板上的TRIGGER区域的MORE选项，设定好信号对应的探头，就可以直接对SPI信号进行触发。图2AGILENT5000/6000系列示波器中的SPI触发功能AGILENT8000/80000系列示波器专门提

5、供了低速串行数据分析选项（opt.007），它可以实现对I2C、SPI、CAN和LIN总线的触发和分析。如图3所示，单击程序菜单的ANALYZE菜单，选择SERIALDATA选项，即可对串行数据进行触发和分析。图3AGILENT8000/80000系列示波器中的SPI触发功能2在AGILENT16800/16900系列逻辑分析仪中，直接在TIMEING（定时）模式进行捕获，触发设置为CS为逻辑低且SCLK的上升沿（或下降沿）即可。图4AGILENT16800/16900系列逻辑分析仪中的SPI触发功能2.2如何捕获更多的SPI数据包对SPI信号测试的另一个挑战是：SPI总线上的信号并非连

6、续信号，而是在芯片间需要通信的时候，才由器件完成发送和接收。所以，SPI总线信号是以BURST的方式传送的，如图5所示。图5SPI总线上的BURST信号3SPI总线上的信号并非连续信号，而是一帧一帧的，这种总线的阶段性空闲，会使测量仪器浪费大量的存储深度，即大部分的存储空间记录总线的空闲状态，而有用信号只占很少的部分。而且，由于对SPI接口编程时的代码不同，程序数据帧间的时隙并不为一固定值。这就给信号的捕获带来了新的难题。当采用AGILENT5000/6000系列示波器时，它和大多数示波器一样，无法对示波器内部的波形存储区进行控制，所以这时的示波器波形包括：有用的待测信号帧和各个待测信号

7、帧之间无用的部分。这就大大浪费了示波器宝贵的存储深度，或者需要升级更大的存储深度以完成测试。AGILENT8000/80000系列示波器具有分段存储的功能，它可以有效地解决这个问题。分段存储是由用户设定，将示波器的内部存储分割为需要的块数，这样就可以利用触发功能将每一个SPI数据信号顺序存储到对应得子存储区。通过设定子存储区的大小，便可以适配BURST形式的SPI信号，跳过信号帧之间的无用部分，达到充分利用示波器存储深度的目的。图6