SPI總線CPOL CPHA

最近在看關于Silicon Labs的C8051F347的某個驅動中，關于SPI部分初始化的代碼，看到其對于SPI的設置為CPOL=1，CPHA=0，對于CPOL及CPHA的含義不了解，想要搞懂，這兩個參數到底是什么意思，以及為何要這么設置。所以才去找了SPI的極性和相位的相關資料，整理如下。

【SPI基礎知識簡介】

設備與設備之間通過某種硬件接口通訊，目前存在很多種接口，SPI接口是其中的一種。

SPI中分Master主設備和Slave從設備，數據發送都是由Master控制。

一個master可以接一個或多個slave。

常見用法是一個Master接一個slave，只需要4根線：

SCLK：Serial Clock，（串行）時鐘

MISO：Master In Slave Out，主設備輸入，從設備輸出

MOSI：Master OutSlave In，主設備輸出，從設備輸入

SS:Slave Select，選中從設備，片選

SPI由于接口相對簡單（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才可正常訊。
而這里的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相關的縮寫或說法】

先簡單說一下，關于SPI中一些常見的說法：

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)

對于一個時鐘周期內，有兩個edge，分別稱為：

Leading edge=前一個邊沿=第一個邊沿，對于開始電壓是1，那么就是1變成0的時候，對于開始電壓是0，那么就是0變成1的時候；

Trailing edge=后一個邊沿=第二個邊沿，對于開始電壓是1，那么就是0變成1的時候（即在第一次1變成0之后，才可能有后面的0變成1），對于開始電壓是0，那么就是1變成0的時候；

本文采用如下用法：

極性=CPOL

相位=CPHA

SCLK=時鐘

第一個邊沿和第二個邊沿

【SPI的相位和極性】

CPOL和CPHA，分別都可以是0或時1，對應的四種組合就是：

單獨看這張圖，的確很難明白具體含義，所以下面會有更詳細的解釋。

【CPOL極性】

先說什么是SCLK時鐘的空閑時刻，其就是當SCLK在數發送8個bit比特數據之前和之后的狀態，于此對應的，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。

先說英文，其精簡解釋為：Clock Polarity = IDLE state of SCK。

再用中文詳解：

SPI的CPOL，表示當SCLK空閑idle的時候，其電平的值是低電平0還是高電平1：

CPOL=0，時鐘空閑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，時鐘空閑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；

【CPHA相位】

首先說明一點，capture strobe = latch = read = sample，都是表示數據采樣，數據有效的時刻。

相位，對應著數據采樣是在第幾個邊沿（edge），是第一個邊沿還是第二個邊沿，0對應著第一個邊沿，1對應著第二個邊沿。

對于：

CPHA=0，表示第一個邊沿：

對于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；

對于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：

對于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；

對于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；

用圖文形式表示，更加容易看懂：

此處，再多解釋一下可能會遇到的CKP和CKE，其是Microchip的PIC系列芯片中的說法。

（1）CKP是Clock Polarity Select，就是極性=CPOL：

CKP，雖然名字和CPOL不一樣，但是都是指時鐘相位的選擇，定義也一樣：

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

所以不多解釋。

（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

意思是

1 =（數據）傳輸發生在時鐘從有效狀態轉到空閑狀態的那一時刻

0 =（數據）傳輸發生在時鐘從空閑狀態轉到有效狀態的那一時刻

其中，數據傳輸的時刻，即圖中標出的“數據transmit傳輸的時刻”，很明顯，該時刻是一個時鐘和下一個時鐘之間交界的地方，對應的不論是上升沿還是下降沿，都與我們前面提到的CPHA=數據采樣的時刻，的邊沿方向所相反。

所以，此處的CKE，正好與CPHA相反。