• <tbody id="wslfv"><pre id="wslfv"></pre></tbody>
    <span id="wslfv"></span>
    <tbody id="wslfv"><pre id="wslfv"></pre></tbody>
    <th id="wslfv"><track id="wslfv"><rt id="wslfv"></rt></track></th>

    <li id="wslfv"><acronym id="wslfv"></acronym></li>
    更多課程 選擇中心

    嵌入式培訓
    達內IT學院

    400-111-8989

    嵌入式工程師面對IIC和SPI時,該怎么選擇?

    • 發布:嵌入式培訓
    • 來源:嵌入式教程
    • 時間:2019-04-25 15:55

    IIC vs SPI

    現今,在低端數字通信應用領域,我們隨處可見IIC (Inter-Integrated Circuit) 和 SPI (Serial Peripheral Interface)的身影。原因是這兩種通信協議非常適合近距離低速芯片間通信。Philips(for IIC)和Motorola(for SPI) 出于不同背景和市場需求制定了這兩種標準通信協議。

    IIC 開發于1982年,當時是為了給電視機內的CPU和外圍芯片提供更簡易的互聯方式。電視機是最早的嵌入式系統之一,而最初的嵌入系統是使用內存映射(memory-mapped I/O)的方式來互聯微控制器和外圍設備的。要實現內存映射,設備必須并聯入微控制器的數據線和地址線,這種方式在連接多個外設時需大量線路和額外地址解碼芯片,很不方便并且成本高。

    為了節省微控制器的引腳和和額外的邏輯芯片,使印刷電路板更簡單,成本更低,位于荷蘭的Philips實驗室開發了 ‘Inter-Integrated Circuit’,IIC 或 IIC ,一種只使用二根線接連所有外圍芯片的總線協議。最初的標準定義總線速度為100kbps。經歷幾次修訂,主要是1995年的400kbps,1998的3.4Mbps。

    有跡象表明,SPI總線首次推出是在1979年,Motorola公司將SPI總線集成在他們第一支改自68000微處理器的微控制器芯片上。SPI總線是微控制器四線的外部總線(相對于內部總線)。與IIC不同,SPI沒有明文標準,只是一種事實標準,對通信操作的實現只作一般的抽象描述,芯片廠商與驅動開發者通過data sheets和application notes溝通實現上的細節。

    SPI

    對于有經驗的數字電子工程師來說,用SPI互聯兩支數字設備是相當直觀的。SPI是種四根信號線協議(如圖):

    嵌入式工程師面對IIC和SPI時,該怎么選擇?

    SCLK: Serial Clock (output from master);

    MOSI; SIMO: Master Output, Slave Input(output from master);

    MISO; SOMI: Master Input, Slave Output(output from slave);

    SS: Slave Select (active low, outputfrom master).

    SPI是[單主設備( single-master )]通信協議,這意味著總線中的只有一支中心設備能發起通信。當SPI主設備想讀/寫[從設備]時,它首先拉低[從設備]對應的SS線(SS是低電平有效),接著開始發送工作脈沖到時鐘線上,在相應的脈沖時間上,[主設備]把信號發到MOSI實現“寫”,同時可對MISO采樣而實現“讀”,如下圖:

    嵌入式工程師面對IIC和SPI時,該怎么選擇?

    SPI有四種操作模式——模式0、模式1、模式2和模式3,它們的區別是定義了在時鐘脈沖的哪條邊沿轉換(toggles)輸出信號,哪條邊沿采樣輸入信號,還有時鐘脈沖的穩定電平值(就是時鐘信號無效時是高還是低)。每種模式由一對參數刻畫,它們稱為時鐘極(clock polarity)CPOL與時鐘期(clock phase)CPHA。

    嵌入式工程師面對IIC和SPI時,該怎么選擇?

    [主從設備]必須使用相同的工作參數——SCLK、CPOL 和 CPHA,才能正常工作。如果有多個[從設備],并且它們使用了不同的工作參數,那么[主設備]必須在讀寫不同[從設備]間重新配置這些參數。以上SPI總線協議的主要內容。SPI不規定最大傳輸速率,沒有地址方案;SPI也沒規定通信應答機制,沒有規定流控制規則。事實上,SPI[主設備]甚至并不知道指定的[從設備]是否存在。這些通信控制都得通過SPI協議以外自行實現。例如,要用SPI連接一支[命令-響應控制型]解碼芯片,則必須在SPI的基礎上實現更高級的通信協議。SPI并不關心物理接口的電氣特性,例如信號的標準電壓。在最初,大多數SPI應用都是使用間斷性時鐘脈沖和以字節為單位傳輸數據的,但現在有很多變種實現了連續性時間脈沖和任意長度的數據幀。

    IIC

    與SPI的單主設備不同,IIC 是多主設備的總線,IIC沒有物理的芯片選擇信號線,沒有仲裁邏輯電路,只使用兩條信號線—— ‘serial data’ (SDA) 和 ‘serial clock’ (SCL)。IIC協議規定:

    第一,每一支IIC設備都有一個唯一的七位設備地址;

    第二,數據幀大小為8位的字節;

    第三,數據(幀)中的某些數據位用于控制通信的開始、停止、方向(讀寫)和應答機制。

    IIC 數據傳輸速率有標準模式(100 kbps)、快速模式(400 kbps)和高速模式(3.4 Mbps),另外一些變種實現了低速模式(10 kbps)和快速+模式(1 Mbps)。

    物理實現上,IIC 總線由兩根信號線和一根地線組成。兩根信號線都是雙向傳輸的,參考下圖。IIC協議標準規定發起通信的設備稱為主設備,主設備發起一次通信后,其它設備均為從設備。

    嵌入式工程師面對IIC和SPI時,該怎么選擇?

    IIC 通信過程大概如下。首先,主設備發一個START信號,這個信號就像對所有其它設備喊:請大家注意!然后其它設備開始監聽總線以準備接收數據。接著,主設備發送一個7位設備地址加一位的讀寫操作的數據幀。當所設備接收數據后,比對地址自己是否目標設備。如果比對不符,設備進入等待狀態,等待STOP信號的來臨;如果比對相符,設備會發送一個應答信號——ACKNOWLEDGE作回應。

    當主設備收到應答后便開始傳送或接收數據。數據幀大小為8位,尾隨一位的應答信號。主設備發送數據,從設備應答;相反主設備接數據,主設備應答。當數據傳送完畢,主設備發送一個STOP信號,向其它設備宣告釋放總線,其它設備回到初始狀態。

    嵌入式工程師面對IIC和SPI時,該怎么選擇?

    基于IIC總線的物理結構,總線上的START和STOP信號必定是唯一的。另外,IIC總線標準規定SDA線的數據轉換必須在SCL線的低電平期,在SCL線的高電平期,SDA線的上數據是穩定的。

    嵌入式工程師面對IIC和SPI時,該怎么選擇?

    在物理實現上,SCL線和SDA線都是漏極開路(open-drain),通過上拉電阻外加一個電壓源。當把線路接地時,線路為邏輯0,當釋放線路,線路空閑時,線路為邏輯1。基于這些特性,IIC設備對總線的操作僅有“把線路接地”——輸出邏輯0。

    IIC總線設計只使用了兩條線,但相當優雅地實現任意數目設備間無縫通信,堪稱完美。我們設想一下,如果有兩支設備同時向SCL線和SDA線發送信息會出現什么情況。

    基于IIC總線的設計,線路上不可能出現電平沖突現象。如果一支設備發送邏輯0,其它發送邏輯1,那么線路看到的只有邏輯0。也就是說,如果出現電平沖突,發送邏輯0的始終是“贏家”。

    總線的物理結構亦允許主設備在往總線寫數據的同時讀取數據。這樣,任何設備都可以檢測沖突的發生。當兩支主設備競爭總線的時候,“贏家”并不知道競爭的發生,只有“輸家”發現了沖突——當它寫一個邏輯1,卻讀到0時——而退出競爭。

    10位設備地址

    任何IIC設備都有一個7位地址,理論上,現實中只能有127種不同的IIC設備。實際上,已有IIC的設備種類遠遠多于這個限制,在一條總線上出現相同的地址的IIC設備的概率相當高。為了突破這個限制,很多設備使用了雙重地址——7位地址加引腳地址(external configuration pins)。IIC 標準也預知了這種限制,提出10位的地址方案。

    10位的地址方案對 IIC協議的影響有兩點:

    第一,地址幀為兩個字節長,原來的是一個字節;

    第二,第一個字節前五位最高有效位用作10位地址標識,約定是“11110”。

    嵌入式工程師面對IIC和SPI時,該怎么選擇?

    除了10位地址標識,標準還預留了一些地址碼用作其它用途,如下表:

    嵌入式工程師面對IIC和SPI時,該怎么選擇?

    時鐘拉伸

    在 IIC 通信中,主設備決定了時鐘速度。因為時鐘脈沖信號是由主設備顯式發出的。但是,當從設備沒辦法跟上主設備的速度時,從設備需要一種機制來請求主設備慢一點。這種機制稱為時鐘拉伸,而基于I2C結構的特殊性,這種機制得到實現。當從設備需要降低傳輸的速度的時候,它可以按下時鐘線,逼迫主設備進入等待狀態,直到從設備釋放時鐘線,通信才繼續。

    高速模式

    原理上講,使用上拉電阻來設置邏輯1會限制總線的最大傳輸速度。而速度是限制總線應用的因素之一。這也說明為什么要引入高速模式(3.4 Mbps)。在發起一次高速模式傳輸前,主設備必須先在低速的模式下(例如快速模式)發出特定的“High Speed Master”信號。為縮短信號的周期和提高總線速度,高速模式必須使用額外的I/O緩沖區。另外,總線仲裁在高速模式下可屏蔽掉。更多的信息請參與總線標準文檔。

    IIC vs SPI: 哪位是贏家?

    我們來對比一下IIC 和 SPI的一些關鍵點:

    第一,總線拓撲結構/信號路由/硬件資源耗費

    IIC 只需兩根信號線,而標準SPI至少四根信號,如果有多個從設備,信號需要更多。一些SPI變種雖然只使用三根線——SCLK, SS和雙向的MISO/MOSI,但SS線還是要和從設備一對一根。另外,如果SPI要實現多主設備結構,總線系統需額外的邏輯和線路。用IIC 構建系統總線唯一的問題是有限的7位地址空間,但這個問題新標準已經解決——使用10位地址。從第一點上看,IIC是明顯的大贏家。

    第二,數據吞吐/傳輸速度

    如果應用中必須使用高速數據傳輸,那么SPI是必然的選擇。因為SPI是全雙工,IIC 的不是。SPI沒有定義速度限制,一般的實現通常能達到甚至超過10 Mbps。IIC 最高的速度也就快速+模式(1 Mbps)和高速模式(3.4 Mbps),后面的模式還需要額外的I/O緩沖區,還并不是總是容易實現的。

    第三,優雅性

    IIC 常被稱更優雅于SPI。公正的說,我們更傾向于認為兩者同等優雅和健壯。IIC的優雅在于它的特色——用很輕盈的架構實現了多主設備仲裁和設備路由。但是對使用的工程師來講,理解總線結構更費勁,而且總線的性能不高。

    SPI的優點在于它的結構相當的直觀簡單,容易實現,并且有很好擴展性。SPI的簡單性不足稱其優雅,因為要用SPI搭建一個有用的通信平臺,還需要在SPI之上構建特定的通信協議軟件。也就是說要想獲得SPI特有而IIC沒有的特性——高速性能,工程師們需要付出更多的勞動。另外,這種自定的工作是完全自由的,這也說明為什么SPI沒有官方標準。IIC和SPI都對低速設備通信提供了很好的支持,不過,SPI適合數據流應用,而IIC更適合“字節設備”的多主設備應用。

    小結

    在數字通信協議簇中,IIC和SPI常稱為“小”協議,相對Ethernet, USB, SATA, PCI-Express等傳輸速度達數百上千兆字節每秒的總線。但是,我們不能忘記的是各種總線的用途是什么。“大”協議是用于系統外的整個系統之間通信的,“小”協議是用于系統內各芯片間的通信,沒有跡象表明“大”協議有必要取代“小”協議。IIC和SPI的存在和流行體現了“夠用就好”的哲學。回應文首,IIC和SPI如此的流行,它是任何一位嵌入式工程師必備的工具。(轉自21ic)

    預約申請免費試聽課

    填寫下面表單即可預約申請免費試聽!怕錢不夠?可就業掙錢后再付學費! 怕學不會?助教全程陪讀,隨時解惑!擔心就業?一地學習,可全國推薦就業!

    上一篇:零基礎轉行學習嵌入式難嗎?
    下一篇:什么是嵌入式系統?和單片機有什么區別?

    裸編程怎么做?裸編程具體做法

    嵌入式編程中你必須知道的小知識

    嵌入式C語言編程小知識總結

    有哪些工具可以讓嵌入式開發事半功倍?

    • 掃碼領取資料

      回復關鍵字:視頻資料

      免費領取 達內課程視頻學習資料

    • 視頻學習QQ群

      添加QQ群:1143617948

      免費領取達內課程視頻學習資料

    Copyright ? 2021 Tedu.cn All Rights Reserved 京ICP備08000853號-56 京公網安備 11010802029508號 達內時代科技集團有限公司 版權所有

    選擇城市和中心
    黑龍江省

    吉林省

    河北省

    湖南省

    貴州省

    云南省

    廣西省

    海南省

    欧美一级高清片,一级欧美免费大片视频,欧美三级在线电影免费 百度 好搜 搜狗
    <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <文本链> <文本链> <文本链> <文本链> <文本链> <文本链>