CN101571555A - 一种串行外设接口总线信号的触发方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种串行外设接口总线信号的触发方法，可以准确迅速的为测量仪器提供串行外设接口总线信号的分析、触发功能。本发明利用同步状态机判别串行外设接口总线的电平变化，将判别结果转换为总线传送的信息，这些信息被输入比较器进行触发比较，符合触发条件时向外输出触发信号，还可以单独输出总线传送的信息至测量仪器的后续模块，完成进一步的信号分析。本发明提出了串行外设接口总线信号的分析、触发方法，有利于测量仪器对串行外设接口总线信号采集与分析能力的提升。

Description

一种串行外设接口总线信号的触发方法

技术领域

本发明涉及一种测量仪器中串行外设接口总线信号的触发方法，尤其涉及数字示波器中串行外设接口总线(下面简称为SPI串行总线)信号的触发方法。

背景技术

目前，随着SPI串行总线应用的日益广泛，其调试过程变得越来越复杂，由于在SPI串行总线中，所有信号(包括时钟信号、片选信号、发送和接收数据信号)都以串行方式在导线上传输，这种串行的传输方式对测量仪器的分析、触发功能提出了更高的要求。传统测量仪器只能通过边沿等简单的触发方式触发采集SPI串行总线信号，这样的采集方式不利于被测量信号的捕获定位与后续分析。

因此，如何提高测量仪器对于SPI串行总线信号的分析、触发能力，并为后续信号处理提供信号采集与定位功能成了迫切需要解决的问题。

发明内容

技术问题：本发明提出一种在测量仪器中对SPI串行总线信号分析、触发的方法。本方法可以根据SPI串行总线协议的格式，快速提取SPI串行总线上传送的数据与控制信息，并按照用户指定的触发条件，对提取出的数据与控制信息进行比较，两者比较结果一致时输出触发信号，同时提取出的数据与控制信息还可以输出给测量仪器的其他模块，完成进一步的信号分析。

技术方案：为了实现上述发明目的，本发明提供了：一种SPI串行总线的分析、触发方法，包括以下步骤：

a)根据用户设定的SPI串行总线时钟相位信息，对输入的SPI串行总线时钟信号进行相位转换；

b)使用同步状态机在高速时钟下判别SPI串行总线上的电平变化事件，需要判别SPI串行总线上的时钟信号、片选信号、数据发送信号与数据接收信号；

c)按照SPI串行总线协议的格式，将判别的总线电平变化事件转换为SPI串行总线上传送的控制信息与数据信息；

d)根据用户设定的触发条件，将转换后的控制信息和数据信息与设定的触发条件进行比较，当两者相符时，输出触发信号。

所述SPI串行总线时钟信号共有四种相位，分别为：

a)高电平有效，上升沿采样；

b)高电平有效，下降沿采样；

c)低电平有效，上升沿采样；

d)低电平有效，下降沿采样；

根据用户设定的SPI串行总线时钟参数，将输入的SPI串行总线时钟信号统一转换为第一种相位的时钟信号。

所述的同步状态机有4种状态，对应于时钟信号与片选信号电平值的4种组合，分别为：

状态1：时钟信号与片选信号均为高电平时；

状态2：时钟信号为高电平，片选信号为低电平时；

状态3：时钟信号为低电平，片选信号为高电平时；

状态4：时钟信号与片选信号均为低电平时；

这4种状态随着时钟信号与片选信号电平的变化而相互转换，在状态改变的同时向外输出判别的电平变化事件，电平变化事件内容包括：

a)时钟信号上电平变化的方向，包括：高电平变为低电平和低电平变为高电平；

b)片选信号上电平变化的方向，包括：高电平变为低电平和低电平变为高电平；

c)数据发送信号上的电平值，包括：高电平和低电平；

d)数据接收信号上的电平值，包括：高电平和低电平；

为保证正确判别SPI串行总线上的电平变化事件，同步状态机的工作时钟频率需为SPI串行总线时钟频率的4倍及4倍以上。

所述的按照SPI串行总线协议的格式，将电平变化事件转换为总线上传输的信息，信息的类型包括控制信息与数据信息：同步状态机在状态1与状态2之间转变时输出的电平变化事件被转换为总线上传输的控制信息，转换为控制信息，具体为：状态1转移至状态2时的事件被转换为数据传输开始，状态2转移至状态1时的事件被转换为数据传输结束；控制信息的转换过程具有容错性，对于不符合SPI协议格式的电平变化事件，将输出状态错误信息，这些控制信息与错误信息同时也输送至测量仪器的后续分析模块。

根据SPI串行总线协议的格式，同步状态机在状态2与状态4之间转变时输出的电平变化事件被转换为数据信息，在将电平变化时间转换为数据信息时，需要完成数据的串并转换：同步状态机由状态2转变到状态4时判别的电平变化事件被认为是一次数据传输，此时数据发送与数据接收信号上的电平值表示当前总线上发送与接收的1bit数据，具体为：高电平对应1，低电平对应0，这些转换后得到数据被缓存起来，每存满8bit后以并行方式输出进行触发判别，这些数据信息同时也输送至测量仪器的后续分析模块。

用户设定的触发条件包括：

a)SPI串行总线数据传送的开始；

b)SPI串行总线数据传送的结束；

c)发送数据符合设定的长度与内容；

d)接收数据符合设定的长度与内容；

e)发送数据与接收数据同时符合设定的长度与内容。

比较用户需要的触发条件与SPI串行总线上传输的信息时，SPI串行总线上的控制信息类型，发送数据信息及长度，接收数据信息及长度三者使用独立的比较器，同时工作而互不影响；比较过程中来自SPI串行总线的信息被保存在移位寄存器中，一旦得到新的信息就移入寄存器，并立即进行比较。

有益效果：通过本发明提供的SPI串行总线信号的分析、触发方法，用户除了能够使用测量仪器的传统触发方式(如边沿触发等)采集显示SPI串行总线信号，还可以采用专门为SPI串行总线信号定制的触发方式进行信号的采集和分析，使得捕获SPI串行总线上感兴趣的事件(如数据传送开始、特定的数据等)变得容易，提高测量仪器对于SPI串行总线信号的分析、触发能力，提高用户调试SPI串行总线信号时的效率。

附图说明

图1、本发明的模块框图，

图2、同步状态机的状态转换图。

具体实施方式

1、根据SPI串行总线协议的格式，SPI串行总线时钟共有四种相位，分别为：

a)高电平有效，上升沿采样；

b)高电平有效，下降沿采样；

c)低电平有效，上升沿采样；

d)低电平有效，下降沿采样。

根据用户设定的SPI串行总线时钟参数，将输入的SPI串行总线时钟信号统一转换为第一种相位(高电平有效，上升沿采样)的时钟信号。

2、使用同步状态机在高速时钟下对SPI串行总线上的电平变化事件进行判别，判别的信号包括时钟信号，片选信号，数据发送信号与数据接收信号。判别时为了得到正确的结果，同步状态机的时钟频率需为SPI串行总线上时钟频率的4倍以上(含4倍)。使用SPI串行总线中的时钟信号和片选信号作为同步状态机的状态输入，同步状态机的状态按照这两个信号电平值的高低组合划分为四种，分别为：

状态1：时钟信号与片选信号均为高电平；

状态2：时钟信号为高电平，片选信号为低电平；

状态3：时钟信号为低电平，片选信号为高电平；

状态4：时钟信号与片选信号均为低电平。

这4种状态随着时钟信号与片选信号电平的变化而相互转换，在状态转换的同时向外输出判别的电平变化事件，电平变化事件内容包括：

a)时钟信号上电平变化的方向(高变为低或低变为高)；

b)片选信号上电平变化的方向(高变为低或低变为高)；

c)数据发送信号上的电平值(低或高)；

d)数据接收信号上的电平值(低或高)。

为保证正确判别SPI串行总线上的电平变化事件，同步状态机的工作时钟频率需为SPI串行总线时钟频率的4倍以上(含4倍)。

3、根据SPI串行总线协议的格式，对同步状态机提取的电平变化事件进行转换，转换后的内容包括总线上传送的控制信息和数据信息。同步状态机在状态2与状态1之间转变时输出的电平变化事件被转换为总线上传输的控制信息，在状态2与状态4之间转变时输出的电平变化事件被转换为数据信息；在转换控制信息时，控制信息包括：数据传输开始(由状态1至状态2时的事件)、数据传输结束(由状态2至状态1时的事件)；控制信息的转换过程具有容错性，对于不符合SPI协议格式的电平变化事件，将输出总线错误信息。在转换数据信息时，需要完成数据的串并转换：首先根据SPI串行总线协议的格式，同步状态机由状态2转变到状态4时判别的电平变化事件被认为是一次数据传输，此时数据发送与数据接收信号上的电平值表示当前总线上发送与接收的

1bit数据(高电平-1，低电平-0)，这些转换后得到数据被缓存起来，每存满8bit后以并行方式输出进行触发判别，同时也输送至测量仪器的后续分析模块。

4、转换后的信息将被用来进行触发判别，触发判别使用比较器比较用户设定的触发条件与当前送入的总线信息，两者相符时将对外输出触发信号。用户可以设定的触发条件包括：

a)SPI串行总线数据传送的开始；

b)SPI串行总线数据传送的结束；

c)发送数据符合设定的长度与内容；

d)接收数据符合设定的长度与内容；

e)发送数据与接收数据同时符合设定的长度与内容；

共五种条件。

SPI串行总线上的控制信息类型，发送数据的内容及长度，接收数据的内容及长度三者使用独立工作的比较器进行比较，可以同时完成比较而互不影响；比较过程中来自SPI串行总线的信息被保存在移位寄存器中，一旦得到新的信息就移入寄存器，并立即进行比较。比较器的比较结果被送至触发生成模块产生触发信号。

下面结合附图说明本发明的具体实施方式。

实施例1

本发明提供一种SPI串行总线信号的分析、触发方法：根据用户设定的SPI串行总线时钟工作参数调整输入的串行总线上的时钟相位，利用同步状态机对输入的SPI串行总线上传递的信息进行提取转换，对比转换后得到的总线信息与用户设定的触发条件及条件间的组合关系，当两者相符时，输出触发信号，同时将SPI串行总线上传递的信息传送给测量仪器的其他模块，完成进一步的信号分析。整个方法提供了高效的SPI串行总线信号分析、触发功能。图1为本发明的模块框图，下面具体说明其原理：

SPI串行总线信号通过探头输入测量仪器，输入的模拟信号经过模拟比较比较器被量化为数字信号，量化精度为1bit，分别使用0、1表示信号线上电平值的高低；根据SPI串行总线协议的格式，输入的信号共有4根，分别为时钟信号，片选信号，数据发送信号，数据接收信号。其中模拟比较器的量化阈值电平由控制器设置。

根据SPI串行总线协议的格式，SPI串行总线可以设定4种不同的工作时钟相位，分别为：

a)高电平有效，上升沿采样；

b)高电平有效，下降沿采样；

c)低电平有效，上升沿采样；

d)低电平有效，下降沿采样。

时钟信号被量化后送入相位转换模块，根据用户设定的SPI串行总线时钟参数，将输入的SPI串行总线时钟信号统一转换为第一种相位的时钟信号(高电平有效，上升沿采样)。转换完成后输送到事件提取状态机。

转换相位后的时钟信号与其它三根总线信号一起被送往事件提取状态机，进行SPI串行总线上电平变化事件的提取。状态机包括4种状态，分别为：

状态1：时钟信号与片选信号均为高电平；

状态2：时钟信号为高电平，片选信号为低电平；

状态3：时钟信号为低电平，片选信号为高电平；

状态4：时钟信号与片选信号均为低电平。

其状态转移图如图2所示，这些状态随着时钟信号与片选信号上的电平变化而相互转换，在状态转换的同时向外输出判别的电平变化事件，电平变化事件内容包括：

a)时钟信号上电平变化的方向(高变为低或低变为高)；

b)片选信号上电平变化的方向(高变为低或低变为高)；

c)数据发送信号上的电平值(低或高)；

d)数据接收信号上的电平值(低或高)。

为了正确提取SPI串行总线上的电平变化事件，同步状态机的工作时钟频率需为SPI串行总线上时钟频率的4倍以上(含4倍)。

从事件提取状态机中输出的电平变化事件被送入总线信息转换器，转换器根据SPI串行总线协议的格式，对同步状态机提取的电平变化事件进行转换，转换后的内容包括总线上传送的控制信息和数据信息。同步状态机在状态2与状态1之间转变时输出的电平变化事件被转换为总线上传输的控制信息，在状态2与状态4之间转变时输出的电平变化事件被转换为数据信息；在转换控制信息时，控制信息包括：数据传输开始(状态1至状态2时的事件)、数据传输结束(状态2至状态1时的事件)；控制与数据信息的转换过程具有容错性，对于不符合SPI协议格式的电平变化事件，将输出状态错误信息。在转换数据信息时，需要完成数据的串并转换：首先根据SPI串行总线协议的格式，同步状态机由状态2转变到状态4时判别的电平变化事件被认为是一次数据传输，此时数据发

送与数据接收信号上的电平值表示当前总线上发送与接收的1bit数据(高电平-1，低电平-0)，这些转换后得到数据被缓存起来，每存满8bit后以并行方式输出进行触发判别，同时也输送至测量仪器的后续分析模块。

转换后的信息被送入触发比较器，同用户设置的触发内容进行比较。触发比较器由三个独立的比较器组成，分别是：控制信息比较器，发送数据比较器，接收数据比较器，各比较器之间独立工作而互不影响。比较过程中来自SPI串行总线的信息被保存在移位寄存器中，一旦得到新的信息就移入寄存器，并立即进行比较。

触发生成模块产生接收用户设定的触发条件与各触发比较器的比较结果，根据用户设定的触发条件选择适当的触发比较器的结果作为输出的触发信号，当被选定的触发比较器比较结果为相符时，触发生成模块对外输出触发信号。最后输出的触发信号送至测量仪器的采集控制模块。

控制器通过使能与复位信号来控制上述各模块的复位与工作，使整体工作流程与外围的模块相配合，同时控制器接收用户输入的各种工作参数，并传递到相应的模块中。

以上具体实施方式仅用于说明本发明，而非用于限定本发明。

Claims (7)

1.一种串行外设接口总线信号的触发方法，其特征在于该触发方法包括以下步骤：

a)根据用户设定的串行外设接口总线时钟相位信息，对输入的串行外设接口总线时钟信号进行相位转换；

b)使用同步状态机在高速时钟下判别串行外设接口总线上的电平变化事件，需要判别串行外设接口总线上的时钟信号、片选信号、数据发送信号与数据接收信号；

c)按照串行外设接口总线协议的格式，将判别的总线电平变化事件转换为串行外设接口总线上传送的控制信息与数据信息；

d)根据用户设定的触发条件，将转换后的控制信息和数据信息与设定的触发条件进行比较，当两者相符时，输出触发信号。

2.如权利要求1所述的串行外设接口总线信号的触发方法，其特征在于所述串行外设接口总线时钟信号共有四种相位，分别为：

a)高电平有效，上升沿采样；

b)高电平有效，下降沿采样；

c)低电平有效，上升沿采样；

d)低电平有效，下降沿采样；

根据用户设定的串行外设接口总线时钟参数，将输入的串行外设接口总线时钟信号统一转换为第一种相位的时钟信号。

3.如权利要求1所述的串行外设接口总线信号的触发方法，其特征在于所述的同步状态机有4种状态，对应于时钟信号与片选信号电平值的4种组合，分别为：

状态1：时钟信号与片选信号均为高电平时；

状态2：时钟信号为高电平，片选信号为低电平时；

状态3：时钟信号为低电平，片选信号为高电平时；

状态4：时钟信号与片选信号均为低电平时；

这4种状态随着时钟信号与片选信号电平的变化而相互转换，在状态改变的同时向外输出判别的电平变化事件，电平变化事件内容包括：

a)时钟信号上电平变化的方向，包括：高电平变为低电平和低电平变为高电平；

b)片选信号上电平变化的方向，包括：高电平变为低电平和低电平变为高电平；

c)数据发送信号上的电平值，包括：高电平和低电平；

d)数据接收信号上的电平值，包括：高电平和低电平；

为保证正确判别串行外设接口总线上的电平变化事件，同步状态机的工作时钟频率需为串行外设接口总线时钟频率的4倍及4倍以上。

4.如权利要求1或3所述的串行外设接口总线信号的触发方法，其特征在于所述的按照串行外设接口总线协议的格式，将电平变化事件转换为总线上传输的信息，信息的类型包括控制信息与数据信息：同步状态机在状态1与状态2之间转变时输出的电平变化事件被转换为总线上传输的控制信息，转换为控制信息，具体为：状态1转移至状态2时的事件被转换为数据传输开始，状态2转移至状态1时的事件被转换为数据传输结束；控制信息的转换过程具有容错性，对于不符合串行外设接口总线协议格式的电平变化事件，将输出状态错误信息，这些控制信息与错误信息同时也输送至测量仪器的后续分析模块。

5.如权利要求4所述的串行外设接口总线信号的触发方法，其特征在于根据串行外设接口总线协议的格式，同步状态机在状态2与状态4之间转变时输出的电平变化事件被转换为数据信息，在将电平变化时间转换为数据信息时，需要完成数据的串并转换：同步状态机由状态2转变到状态4时判别的电平变化事件被认为是一次数据传输，此时数据发送与数据接收信号上的电平值表示当前总线上发送与接收的1bit数据，具体为：高电平对应1，低电平对应0，这些转换后得到数据被缓存起来，每存满8bit后以并行方式输出进行触发判别，这些数据信息同时也输送至测量仪器的后续分析模块。

6.如权利要求1所述的串行外设接口总线信号的触发方法，其特征在于用户设定的触发条件包括：

a)串行外设接口总线数据传送的开始；

b)串行外设接口总线数据传送的结束；

c)发送数据符合设定的长度与内容；

d)接收数据符合设定的长度与内容；

e)发送数据与接收数据同时符合设定的长度与内容。

7.如权利要求1所述的串行外设接口总线信号的触发方法，其特征在于比较用户需要的触发条件与串行外设接口总线上传输的信息时，串行外设接口总线上的控制信息类型，发送数据信息及长度，接收数据信息及长度三者使用独立的比较器，同时工作而互不影响；比较过程中来自串行外设接口总线的信息被保存在移位寄存器中，一旦得到新的信息就移入寄存器，并立即进行比较。