工業(yè)以及汽車應(yīng)用中多種串行總線特性及比較
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b. 數(shù)據(jù)方向和通信速度
SPI傳輸串行數(shù)據(jù)時(shí)首先傳輸最高位。波特率可以高達(dá)5Mbps，具體速度大小取決于SPI硬件。例如，Xicor公司的SPI串行器件傳輸速度能達(dá)到5MHz。
c. SPI與UART比較
SPI通信快于UART通信，兩者都可以用在中等速度外設(shè)的通信中，例如非易失性EEPROM存儲(chǔ)器。然而，SPI更常用于EEPROM或數(shù)模變換器的通信中。
有些UART能支持SPI通信，在這種情況下，會(huì)用一個(gè)通用IO作為從屬選擇引腳。
3. I2C總線
I2C是由飛利浦公司開發(fā)的雙線同步總線。像SPI一樣，該總線可用來與EEPROM、ADC、DAC和LCD這類慢速器件進(jìn)行通信。
a. I2C通信
I2C是一個(gè)半雙工、多主總線，該總線網(wǎng)絡(luò)有一個(gè)或幾個(gè)主控器件和很多個(gè)從器件。信息由兩條串行線傳輸：串行數(shù)據(jù)線(SDA)和串行時(shí)鐘線(SCL)。圖1顯示了使用兩個(gè)主控和三個(gè)從器件相連接的例子。
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主控器件發(fā)起數(shù)據(jù)傳送，并提供用于通信的時(shí)鐘信號(hào)。通信開始于SCL為高電平時(shí)SDA由高到低的轉(zhuǎn)換，緊接著是一個(gè)7位或10位的從地址，一個(gè)數(shù)據(jù)方向位(R/W)，一個(gè)應(yīng)答位和停止?fàn)顟B(tài)。停止?fàn)顟B(tài)定義為在時(shí)鐘信號(hào)為高時(shí)數(shù)據(jù)線電平由低到高的轉(zhuǎn)換。每一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)長度為8位，單次傳送的字節(jié)數(shù)并沒有限制。
由于I2C是一個(gè)多主總線，因此可能有兩個(gè)或更多的主控器件同時(shí)試圖訪問總線，在時(shí)鐘信號(hào)為高電平時(shí)在總線上置“1”的主控器件贏得總線仲裁。
I2C有三種不同的運(yùn)行模式：標(biāo)準(zhǔn)、快速和高速模式。在使用快速和高速模式時(shí)，可能某個(gè)從屬器件不能像主控器件那么快地處理數(shù)據(jù)。此時(shí)，從屬器件會(huì)將SCL線拉至低電平來保持總線，這迫使主控器件進(jìn)入等待狀態(tài)，直至從屬器件準(zhǔn)備就緒。
b. 數(shù)據(jù)方向和通信速度
數(shù)據(jù)傳輸首先從最高位開始。I2C總線設(shè)計(jì)用于三種數(shù)據(jù)傳輸速度，每個(gè)都向下兼容性：
- 低速，數(shù)據(jù)傳輸率為0到100kbps；
- 快速，數(shù)據(jù)傳輸率可以高達(dá)400kbps；
- 高速，數(shù)據(jù)傳輸率可以高達(dá)3.4Mbps。
c. I2C與SPI比較
I2C和SPI都能用于低速器件的通信,而SPI的數(shù)據(jù)傳輸速率高于I2C。此外，SPI具有一個(gè)內(nèi)在地址功能，不需要設(shè)計(jì)一個(gè)額外的寄存器來測試地址，從而減少軟件和硬件的設(shè)計(jì)開銷。
4. 控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)
控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(CAN)是一個(gè)多主異步串行總線。由于它具有優(yōu)良的錯(cuò)誤處理機(jī)制及可靠的數(shù)據(jù)傳送性能，該總線在汽車工業(yè)中非常普遍，在高安全系數(shù)要求的醫(yī)療行業(yè)中也正在得到普及。
CAN最初由德國的Robert Bosch公司開發(fā)，提供給汽車電子系統(tǒng)所用的低成本通信總線，現(xiàn)在已經(jīng)成為國際標(biāo)準(zhǔn)，被采用為高速應(yīng)用的ISO11898標(biāo)準(zhǔn)和用于低速應(yīng)用的ISO11519標(biāo)準(zhǔn)。
a. CAN通信
當(dāng)總線空閑時(shí)，任何CAN節(jié)點(diǎn)都可以開始數(shù)據(jù)發(fā)送。如果兩個(gè)或更多的節(jié)點(diǎn)同時(shí)開始發(fā)送，就使用標(biāo)識(shí)符來進(jìn)行按位仲裁以解決訪問沖突。CAN是一個(gè)廣播類型的總線，所有節(jié)點(diǎn)都接收總線上的數(shù)據(jù)，硬件上的過濾機(jī)制決定消息是否提供給該接點(diǎn)用。
b. 四種消息幀的類型
數(shù)據(jù)幀：該幀從一個(gè)發(fā)送器承載數(shù)據(jù)到一個(gè)接收器。根據(jù)CAN規(guī)范有兩種數(shù)據(jù)幀格式，它們的唯一本質(zhì)區(qū)別在于標(biāo)識(shí)符的長度：CAN標(biāo)準(zhǔn)幀，也稱為CAN2.0A，支持11位長度的標(biāo)識(shí)符；另一個(gè)是CAN擴(kuò)展幀，也稱為CAN2.0B，支持29位長度的標(biāo)識(shí)符。圖2顯示了兩種規(guī)范的CAN數(shù)據(jù)幀。
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錯(cuò)誤幀：此幀將任何總線錯(cuò)誤通知其它單元，在接收到這個(gè)幀時(shí)發(fā)送器會(huì)自動(dòng)進(jìn)行消息重發(fā)。
超載幀：超載幀由一個(gè)忙的CAN節(jié)點(diǎn)送出，以請求在前后數(shù)據(jù)幀之間增加一個(gè)額外的延遲。
c. CAN硬件術(shù)語
基本CAN(Basic CAN)控制器：這是一種廉價(jià)的CAN控制器，具有有限的發(fā)送/接收消息緩沖器，以及有限的CAN消息過濾機(jī)制。
完全CAN(Full CAN)控制器：完全CAN是一個(gè)高成本、高性能的CAN控制器，具有能緩沖8個(gè)或更多消息的緩沖器用于接收和發(fā)送。例如，富士通的集成CAN微控制器能提供16個(gè)消息緩沖器用于接收和發(fā)送。此外，富士通的MB90443微控制器能靈活地將兩個(gè)CAN控制器的消息緩沖器組合在一個(gè)中，以形成能緩沖32個(gè)消息的緩沖器。
標(biāo)準(zhǔn)CAN控制器：該CAN控制器能夠處理僅有11位標(biāo)識(shí)符的消息。
擴(kuò)展CAN控制器：該控制器能夠處理含有11位和29位標(biāo)識(shí)符的消息。
時(shí)間觸發(fā)CAN(TTCAN)控制器：該CAN控制器根據(jù)時(shí)間和事件的觸發(fā)來安排CAN消息，增強(qiáng)了CAN網(wǎng)絡(luò)的總體性能和行為的確定性。
評(píng)論