MCXC系列SPI片选手动模式配置指南

小恩GG

一、引言：MCXC系列与SPI配置的那些事

在嵌入式开发领域，SPI（串行外设接口）作为一种高效的同步串行通信协议，被广泛应用于各类外设交互场景。NXP的MCXC系列微控制器作为入门级产品，凭借其亲民的价格和可靠的性能，赢得了众多开发者的青睐，尤其在消费电子、物联网终端等成本敏感型项目中备受欢迎。

SPI通信中，片选（Slave Select，简称SS）信号的控制是确保主从设备正确交互的关键。MCXC系列提供了灵活的片选配置模式，但在实际开发中，许多开发者在将片选模式从默认的自动模式改为手动模式时，常会遇到各种通信问题。本文将结合实际案例，深入剖析手动片选模式的配置要点，帮助大家避开那些容易踩中的"小坑"。

二、MCXC系列SPI片选模式概述

2.1 片选模式的三种类型

根据MCXC参考手册（Reference Manual）定义，SPI片选输出共有三种工作模式，分别通过寄存器配置实现：

- GPIO模式：片选引脚被配置为通用输入输出口，由用户通过GPIO指令手动控制高低电平

-故障检测模式（fault detection）：片选引脚作为模式故障检测输入，当检测到异常电平（如其他主机抢占总线）时，会触发模式故障中断

-自动SPI输出模式（automatic SPI output）：片选信号由SPI控制器自动生成，传输期间自动拉低，空闲时自动拉高

2.2 SDK中的模式定义

在NXP官方SDK的fsl_spi.h中，通过枚举类型`spi_ss_output_mode_t`对片选模式进行了封装：

```

/*! @brief SPI slave select output modeoptions.*/

typedef enum_spi_ss_output_mode

{

    kSPI_SlaveSelectAsGpio = 0x0U, /*!<Slave select pin configured as GPIO. */

    kSPI_SlaveSelectFaultInput = 0x2U, /*!<Slave select pin configured for fault detection. */

    kSPI_SlaveSelectAutomaticOutput = 0x3U/*!< Slave select pin configured for automatic SPI output. */

} spi_ss_output_mode_t;

```

注意：官方SDK中的示例程序（如`spi_polling_b2b_transfer_master`）均默认采用自动输出模式，这也是多数开发者首次接触的配置方式。

三、手动片选模式的配置陷阱与案例分析

3.1 问题场景再现

某开发者基于FRDM-MCXC242开发板，在`spi_polling_b2b_transfer_master`示例基础上修改为手动片选模式，主要修改如下：

3.1.1 引脚配置修改（pinmux.c）

```

    /* 默认配置为SPI片选功能 */

    // PORT_SetPinMux(PORTC, 4U,kPORT_MuxAlt2);

    /* 将PTC4（pin49）配置为GPIO模式*/

    PORT_SetPinMux(PORTC, 4U, kPORT_MuxAlt1);

    gpio_pin_config_t ss_config = {

        .pinDirection = kGPIO_DigitalOutput,

        .outputLogic = 1U /* 初始化为高电平*/

    };

    GPIO_PinInit(GPIOC, 4U, &ss_config);

```

3.1.2 模式配置修改（主程序）

```

    // * userConfig.outputMode =kSPI_SlaveSelectAutomaticOutput;

   userConfig.outputMode = kSPI_SlaveSelectAsGpio;

```

3.1.3 片选控制逻辑（主程序）

```

    // 拉低片选，开始传输

   GPIO_PinWrite(GPIOC, 4U, 0U);

   SPI_MasterTransferBlocking(EXAMPLE_SPI_MASTER, &xfer);

    // 拉高片选，结束传输

   GPIO_PinWrite(GPIOC, 4U, 1U);

```

3.2 异常现象与分析

通过逻辑分析仪观察发现：

- 片选信号（SS）能正常拉低和拉高

- 主机数据发送正常

- 从机多发了一次0x0，因此缺少了最后一位0x07

做了进一步测试，改变master/slave发送的初始数据，表明：当改变初始发送数据时，从机始终正常发送第一个字节，之后开始重复发送主机传来的数据。这一现象与SPI时钟相位（CPHA）的配置密切相关。

四、SPI时钟相位（CPHA）的关键影响

4.1 CPHA=1时的传输特性

当SPI控制寄存器1（SPIx_C1）的CPHA位设置为1时：

- 从机在SS信号变为低电平时开始驱动MISO输出，但第一个SPSCK时钟沿前数据未定义；

- 第一个SPSCK边沿触边沿会将移位寄存器中的第一位数据从主机的 MOSI 输出端和从机的 MISO 输出端移出；

- 第二个SPSCK边沿会使主机和从机分别对各自 MISO 和 MOSI 输入端上的数据位进行采样；

- 第三个 SPSCK 边沿，SPI 移位寄存器会移动一个位的位置，移入刚采样的位值，同时移出第二个数据位至主机和从机的MOSI 及 MISO 输出端；

- 支持背靠背传输：两次传输之间SS可保持低电平，无需变为高电平。

背靠背传输的具体过程如下：
1. 一次传输正在进行中。

2. 在当前传输完成前，向发送缓冲区写入新的数据字节。

3. 当前传输完成后，已准备好的新数据字节会立即被发送。

也就是说，在这两次连续的传输之间，无需插入任何停顿；SS引脚可以始终保持低电平状态。

4.2 CPHA=0时的传输特性

当CPHA位设置0时：

- 从机在SS变为低电平时立即输出第一个数据位（MSB或LSB取决于LSBFE设置）；

- 第一个SPSCK边沿主机和从机分别对各自 MISO 和 MOSI 输入端上的数据位进行采样；

- 第二个SPSCK边沿，SPI 移位寄存器会移动一个位的位置，移入刚采样的位值，同时移出第二个数据位至主机和从机的MOSI 及 MISO 输出端；

- 关键约束：两次传输之间SS必须变为高电平（无效状态）。

> 参考手册原文：WhenC1[CPHA] = 0, the slave's SS input must go to its inactive high level betweentransfers.

4.3 问题根源定位

上述案例中，开发者保持了默认的CPHA=0配置，但手动控制逻辑中，SS信号在`SPI_MasterTransferBlocking`函数执行期间保持低电平。由于该函数内部处理多字节连续传输，导致两次传输之间SS未按要求变为高电平，从而引发从机数据传输异常。

五、解决方案与验证

5.1 两种可行方案

方案一：修改CPHA配置

将时钟相位设置为第二个边沿采样（即CPHA=1）：

```

    //    * userConfig.phase = kSPI_ClockPhaseFirstEdge;

    userConfig.phase =kSPI_ClockPhaseSecondEdge;

```

该方案适用于可接受时钟相位变更的场景，无需修改控制逻辑。

方案二：调整片选控制时机

保持CPHA=0不变，将SS信号的控制逻辑从主程序移至`SPI_MasterTransferBlocking`函数内部，确保每个字节传输间隙正确切换SS状态：

在fsl_spi.c的SPI_MasterTransferBlocking函数中:

```

    GPIO_PinWrite(GPIOC, 4U, 0U); // 开始传输时拉低

    SPI_WriteNonBlocking(base,xfer->txData, bytesPerFrame);

    // 数据处理逻辑...

    SPI_ReadNonBlocking(base,xfer->rxData, bytesPerFrame);

    // 数据处理逻辑...

    GPIO_PinWrite(GPIOC,4U, 1U); // 每个字节传输完成后拉高

```

5.2 验证结果

采用方案二修改后，逻辑分析仪显示：

- 每个字节传输期间SS正确拉低

- 字节间SS短暂拉高，满足CPHA=0的时序要求

- 主从机数据传输恢复正常，从机不再出现错误传输的现象

六、总结与建议

SPI通信看似简单，但其时序细节往往决定了系统稳定性。在配置MCXC系列SPI手动片选模式时，需特别注意：

1.明确CPHA配置：根据项目需求选择合适的时钟相位，理解不同相位下的SS信号约束

2.时序匹配：手动控制片选时，务必保证控制逻辑与SPI内部传输时序匹配

3.参考手册优先：MCXC参考手册中对时序的描述是解决问题的关键，遇到异常时应首先查阅相关章节

若在开发中遇到类似问题，除了仔细研究手册是否有一些隐藏“彩蛋”，还可以通过NXP开发者社区或官方支持渠道联系我们哦。

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