シリアル-バスは、従来のパラレル-バスよりも効率的です。 しかし、クロックタイミングのコンテキストでシリアル-データ-フローを表現し、理解することには課題があります。 これらの問題は、Tektronixシリーズ3000計測器などの高度なオシロスコープのマルチチャンネル機能を使用することで解決できます。
シリアル-データ-ストリームとクロック-ストリームを理解し、解釈するための鍵は、個々のタイプのデータ-バスの内部の仕組みを理解することにあります。 具体的には、シリアル-ペリフェラル-インターフェース(SPI)バスを検討します。 これはI2Cバスに似ていますが、大きな違いがあります。 どちらもマスター/スレーブアーキテクチャを中心に編成されています。 しかし、マスターとスレーブの間の配線は根本的に異なります。
通常、SPIは単一のマスターデバイスと多数のスレーブで動作しますが、可能なスレーブはわずかです。
*シリアル-クロック-ラインはマスターから各スレーブに実行されます。 クロックはマスターに存在し、方形波クロック信号がアクティブなスレーブに伝達されます。 クロック周波数はユーザーによって選択されますが、最も遅いスレーブデバイスでは許可されているよりも高速にすることはできません。 従って個々の奴隷のデータ用紙はシステムのセットアップで相談されるべきです。
•マスターアウト、スレーブイン(MOSI)。 これは、マスターによって送信されたデータをスレーブがアクティブであるものに伝達する行です。 この行はすべてのスレーブに実行されますが、アクティブでないスレーブは無視します。
*マスターイン、スレーブアウト（味噌）。 この行は、アクティブスレーブからマスターにデータを転送します。 MOSIとMISOは別々のラインであるため、データは両方の方向に同時に伝達することができ、どちらも犠牲になります。
*スレーブ選択(SS)。 各スレーブに個別の行が実行されます。 通常、システムがパワーアップすると、マスターからのロジックハイ電圧が各スレーブデバイスのSSピンに存在します。 スレーブをアクティブにするには、マスターはそのSSラインの電圧をロジック-ローに切り替えます。 スレーブ選択のこの方法は、I2Cバスに実装されているアドレッシングの概念に代わるものです。
SPIバスは、単一のスレーブのSSラインを数える場合は三線方式、または四線方式と呼ばれることがあります。 言うまでもなく、これらの各ワイヤは実際には2線式回路であるため、グランドリターンラインが必要ですが、数値命名法では考慮されていません。 これらの回路をすべて完成させるには、単一の接地導体で十分です。
Tektronix MDO Demo1ボードは、I2CおよびSPIバスクロックおよびデータ信号を含む多数の出力を提供します。 テクトロニクスのMDO4000シリーズオシロスコープを使用することを意図していますが、MDO3000シリーズの計測器でもうまく動作します。
Tektronix MDO Demo1ボードは、一方の端にデュアルUSBタイプAコネクタを備えた珍しいTタイプUSBケーブルを介して電力を受け取ります。 これらは、二つのオシロスコープUSBスロットに挿入します。 理論的根拠は、デモボード1の電力要件は、標準のUSBケーブルを使用する場合、オシロスコープで単一のUSB出力が過負荷になるようなものであるということで
1つの赤と2つの緑のLedは、オシロスコープからの電力の受信とボードの準備ができていることを示します。 ボード上には多数の出力端子があります。 それらは調査のホックの先端および地上の帰りの鉛のわにクリップを使用して調査の関係のために適している。
SPIバス信号を表示するには、tpp1000 10:1プローブをアナログ-チャンネル入力One、Two、Threeに接続します。 すべてのグラウンド-リターン-リードはボードのグラウンド-端子のいずれかに接続され、三つのプローブチップはSPIクロック、MISO、MOSI信号端子にフックされます。 いつものように、グランドリターンリードは、プローブの先端の前に、最初に接続する必要があります。
第四オシロスコープチャンネルを使用してスレーブ選択信号を表示することができます。 しかし、この信号は単なるロジック-ハイまたはロジック-ロー電圧であるため、標準のハイインピーダンス-マルチメータまたはロジックプローブを使用してSPIバスの両端で検証することができます。
オシロスコープはSPIデータとクロック信号を表示します。 チャンネルワン、チャンネルツー、チャンネルスリーのスケールボタンの後にオートセットを使用すると、パルスを拡大して読みやすくすることができ、集録を停止してディスプレイをより安定させることができます。 ウェーブインスペクタノブを使用すると、トレースをパンしてズームして詳しく見ることができます。 その後、クロックとデータストリーム上のポイントを比較して、任意の時点でのロジック状態（ハイまたはロー）を確認するのは簡単です。 多目的ノブaを回すことによって動く縦のカーソルはこれらの跡が時間に関していかに並ぶか見ることで有用である。
オシロスコープを使用して、SPIシリアルバスのデータとクロック信号をどのように視覚化できるかを見てきました。 プローブは、機能している（または機能していない）電子機器の同様の端子に接続することができます。 （必ず取得を実行に戻してください。)
I2Cとは異なり、SPIには単一の標準はありません。 1980年代には、モトローラが68000シリーズのマイクロコントローラ用に開発した。 SPIは公式の標準ではなく事実上の標準であり、そのため有機的なままであり、変更される可能性があります。
他のメーカーはバリエーションのあるSPIを導入しています。 したがって、設計を実施する際には、データシートを参照する必要があります。 たとえば、一部のスレーブデバイスは、通信を開始するためにSS信号の立下がりエッジを必要とします。 複数のスレーブタイプがある場合、マスターからの異なる開始信号が必要です。 I2Cと同様に、SPIは短距離シリアルバスです。 低い電力の条件のためにcpu、表示、キーボードおよび集積回路間の相互作用を実行することを、携帯電話、個人的なデジタル助手および同じような移動式装
バリエーションには、スレーブからマスターへの通信が不要な場合にMISOラインを省略することが含まれます。 また、単一のスレーブしか存在せず、slave-selectピンが接地されているため、常にアクティブになる場合は、SSラインは必要ありません。
SPIが同期シリアルインタフェース(SSI)であることは事実ですが、差動シグナリングと単一のシンプレックス通信チャネルを特徴とするSSIプロトコルとは根本的に異なります。
各クロック信号中にMOSIとMISOの両方の全二重伝送があります。 一つのビットは、二つの別々のライン上の各方向に送信されます。 通常の手順では、マスタとスレーブの二つのシフトレジスタを使用します。 二重伝送は、送信を完了するのに十分な数のクロックサイクルを介して継続します。 このようにして、マスターとスレーブは、二つのライン上で搬送されるようにレジスタを取得します。 より多くのデータが残っている場合は、シフトレジスタが再ロードされ、送信が新たに開始されます。
このプロセスは必要なだけ多くのクロック-サイクルを継続し、マスターはselect信号をロジック-ハイ-レベルにしてスレーブの選択を解除します。 伝送は多くの場合8ビットですが、多くのDacやAdcでは12ビット、タッチスクリーンコントローラでは16ビットなどのバリエーションがあります。
ハードウェアとデファクトプロトコルの違いにより、SPIバスはI2Cやその他のバスタイプに関して長所と短所のスペクトルを持っています。 利点は、単に別のラインを追加することにより、全二重機能が含まれています。 さらに、I2Cと比較して、良好な信号整合性、高速伝送、およびより多くの潜在的なデータ伝送があり、メッセージ内容は無制限であり、8ビットデータ単位に限定されない。 一般に、プルアップ抵抗が不要であるため、電力要件はI2Cよりも小さくなります。 SPIは、調停を必要とせず、一意のスレーブアドレスを必要としないため、信頼性もあります。 スレーブデバイスの制約以外に最大クロック速度がないため、高速動作の可能性があります。
他の技術と同様に、いくつかの他のプロトコルに関しては欠点があります。 スレーブの確認応答がないため、スレーブまたはケーブルの障害が発生した場合、マスターは何かが間違っていることに気づいておらず、リスナーなしでボイドに話している可能性があります。 また、単一の形式化された標準の欠如は、適合性の検証を実用的ではない可能性があります。 また、多数の規制されていないSIバリエーションが存在すると、ハードウェアの取得が問題になる可能性があります。
この道を進むと、より多くの成文化が見られると考えられる。 この開発は、現在存在する混乱を減らすことができるSPIのさらなる強化を意味します。 とはいえ、現在実装されているように、SPIは非常にユーザーフレンドリーで、特に電力が少ないという要件があります。