2019-11-07 15:54:12 佚名

嵌入式領域教學

單片機的片上資源有多種通信方式，常用的如IIC、SPI、UART/USART、CAN，甚至高端一點的還具有以太網和USB通信。這麼多的通信方式，為什麼不統一成一種的？因為每種通信方式所出現的時間不同，使用場合不同，用戶的要求和方案也不同，無法做到一種通信協議覆蓋所有的應用環境和客戶群體。下面分析一下這些通信協議的應用情況。

IIC和SPI多用在芯片級近距離通訊

IIC和SPI是應用非常廣泛的通訊方式，主要用在芯片級進行短距離通信，如EEPROM存儲芯片AT24C02就是IIC通訊的。這兩種只適合長度為cm級別的通信。IIC具有兩根總線，分別為SDA和SCL，SPI有三線和四線通訊方法，這兩種方式主要用做芯片級的數據傳輸。不適合遠距離傳輸。

CAN總線適合遠距離傳輸

CAN總線在汽車工業和工控行業用的比較多，具有兩根線CAN_H和CAN_L，可以進行km級別遠距離傳輸。CAN總線為主從式通訊方式，一個主節點可以掛接多個從節點，從節點的ID標識符可以用來判斷優先級，CAN總線具有仲裁機制。從節點故障推出後，不會影響其他設備的正常工作。

UART可以擴展出其他通信方式

UART也就是我們常說的串口，串口幾乎為單片機的標配。單純的UART只適合於近距離的通信，很多芯片也具有UART，所以可以用作芯片級的數據交換。除此之外，UART通過電平轉換芯片可以擴展出其他的通信方式，如RS232、RS485以及CAN通訊等。

USB和以太網通訊接口

USB的通訊協議比較複雜，實現起來比較困難，像我們用的鼠標、攝像頭用的就是USB通訊，USB也屬於近距離通訊的方式。以太網接口使用與數據量比較大的情況，如果工控機、路由等。USB和以太網都有專用的協議棧芯片。

每一種通訊方式都是根據特定的使用環境所研發出來的，因為通訊距離不同、所傳輸的數據量不同、應用場景不同、客戶需求不同等因素，每一種通訊方式都具有其用武之地。同時，也無法做到一種通信方式覆蓋所有的應用場合、滿足客戶需求。所以，每一種通訊方式都有其存在的理由。

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玩轉嵌入式

目前arm常用的通訊協議比如SPI，I2C，串口（TTL，232，485等），CAN，USB，ModBus等等等等，種類好多。

那麼一個理想的通訊協議是怎麼樣的？速度快，線少，距離遠，抗干擾能力強，通訊協議簡單，使用靈活。但是很遺憾，目前還沒有一種通訊方式能夠達到以上所有條件。

比如用於板級通訊，有的要求速度很快，那麼可能會用SPI，但是又覺得SPI線太多怎麼辦，那就只能做一個權衡，速度和線數量哪一個更重要，如果資源確實已經不支持SPI了，那就可能使用I2C。比如要求很遠距離的通信怎麼辦，那就可能使用485，但是485速度沒SPI快，那就要做一個權衡。

現在不單是ARM，有這麼多通訊協議的根本原因，是因為沒有一個通訊協議能夠完成所有的需求，每個協議的出現都是由於當時現有的協議已經無法滿足某一需求。

一禾嵌入式

ARM和x86架構不一樣，不支持PCI-E協議，所以無法使用統一的接口協議去拓展多種外接設備。ARM採用的是專門的數據接口，針對不同設備採用不同的接口協議，可以加速數據傳輸效率，並且對接口實現也會相對簡單一些。缺點是靈活性太低，無法兼容不同接口的設備，所以對於指定的數據接口，只能連接指定的設備，不過對於ARM一般的使用場景，這些限制確實構不成太大的影響。