SPI接收数据异常问题总结

SPI接收数据左移一位问题

最近在工作在学习调试SPI的过程中遇到一个问题——接收数据整体向左移了一位（1bit）。SPI数据收发是数据交换，因此接收数据时从第二个字节开始才是有效数据，也就是数据整体向右移一个字节（1byte）。请教前辈之后也没有得到解决，通过在网上查阅前人经验终于解决问题，所以写一个避坑经验总结。

实际背景：MCU与一款芯片使用spi通信，MCU作为主机，芯片作为从机。这款芯片采用的是它规定的六线SPI，多了两根线：RDY和INT，这样从机就可以主动请求主机给主机发送数据了。

一、问题描述

根据从机芯片手册，主机配置CPOL=1、CPHA=0、CS有效电平=0、MSB。

按要求配置完毕后主机给从机芯片发送初始化报文之后，从机芯片会通过INT请求主动发送初始化状态报文给主机MCU。按照通信格式从机发给主机的初始化状态报文是：‘0x40 0x00 0x00 0x01 0x00’，但实际收到的报文是：‘0x80 0x00 0x00 0x02 0x00’，换算成二进制就能发现数据整体向左移了一位。

二、问题分析

从数据整体移动一位（1bit）分析应该主机MCU接收数据时，数据采样有滞后，导致数据整体左移了一位。于是我在网上找寻到以下前人经验，并一一验证：

1.SPI的CLK引脚在初始化时配置了下拉

参考文章

这位前辈的说法是：SPI中CLK空闲状态是高电平，但是在初始化时钟IO的时候配置了下拉，导致主机空闲的时候无法处于低电平。所以SPI去读取数据的时候，时钟上多了一个上升沿，导致采集的第一个数据不对，并且都向后移了一位。

按照这位前辈的说法，数据应当是向右移了一位。

我发现我的CLK引脚确实带了下拉，于是我将它改成上拉或者既不上拉也不下拉分别进行测试，发现仍然存在数据左移的问题。

2.外接了SPI数据线，导致数据不稳定

参考文章

这位前辈说：SPI是板载传输方式，如果外界SPI的数据线就可能导致数据不稳定，可能发生错误位移的情况。这位前辈曾经将CLK线外拉出来，放到桌子上划都会时STM32接收到时钟信号，从而接收到数据，因此很容易多接收到一个数据造成位移。要修复这个位移就要重置接收counter，清空DR寄存器。

虽然我遇到的问题和数据线外界没有关系，但是我之前也用过一个SPI转USB的模块调试SPI，那时就要将SPI的数据线外接，在数据收发的过程中的确非常容易受到干扰。我看到工作中前辈都是使用示波器去调试SPI的，因此熟练使用示波器是很有必要的。

3.更改主机从机的CPOL和CPHA

参考文章

这位前辈说主机从机的CPOL和CPHA配置相反，SPI能够正常收发数据。

我尝试将主机配置成CPOL=0、CPHA=1，然后再进行测试，结果惊奇的发现数据正常了！！！

三、探究原理

解决完问题之后再倒推探究其中的原理，弄清楚为什么这样配置之后就能够成功解决问题！

回到问题的本质，主机接收到的数据整体向左移了一位，那就有两种可能性：

• 从机发送数据过快，主机还来不及采样第一位

• 主机采样数据时过慢，开始采样时从机已经发送完第一位，开始采样就是从第二位

这两种可能性就是一个问题：主机采样和从机数据发送的时序不匹配。

按照原先主从模式中都配置成CPOL=1、CPHA=0来画个简单的时序图理解数据采样，

高电平时时钟空闲，第二个边沿数据采样，主从模式都按照下图进行采样：

从图中可以看出主从模式都是在时钟的下降沿进行采样的，由于主从模式CPOL（时钟极性）不同时也能正常收发数据，可以看出从模式只通过时钟的跳变沿进行数据采样。在从模式CPOL=1、CPHA=0的情况下，从模式的采样边沿是下降沿。

出现主模式接收到从模式的数据左移一位情况的采样时序图如下：

因此在主模式配置：CPOL=0、CPHA=1，从模式配置：CPOL=1、CPHA=0时的采样时序图：

这时由上图就可以看出，在这种情况下主模式比刚刚多了一个时钟周期来准备进行第1位数据的采样工作，因此成功解决了接收到的数据左移一位的问题！
补充CPOL和CPHA关系：

四、经验总结

1. 在以后SPI调试过程中如果出现数据右移一位的问题时，可以参考’SPI的CLK引脚在初始化时配置了下拉’的方法，改变CLK的IO上下拉试试。
2. 如果出现数据中增加了一些错误的数据时，可以检查是否有SPI数据线外接的情况，可以参考’外接了SPI数据线，导致数据不稳定’的方法试试。
3. 出现数据左移一位时，就可以参考将CPOL和CPHA更改一下，给SPI主从模式一个时钟周期的数据采样准备时间。

SPI调试的问题还有很多，暂时将自己遇到的问题进行总结，以便在以后工作调试SPI时更高效的解决问题。——2022.8.31