各类总线分析

各类总线分析

总体来说，总线可以分为3个大类，分别是内部总线，系统总线和外部总线，所谓内部总线即是微机内部各外围芯片与处理器之间的总线，用于芯片一级的连接；系统总线是指微机中各个插件板与系统板之间的总线，用于插件板一级的互连；外部总线则是外部设备与危机之间的总线，微机本身作为一种设备，通过该总线与其他的设备进行信息与数据的交换，属于设备一级的互联。

SPI

MOTOROLA公司提出的同步串行总线方式，高速同步串行口，3-4线接口，收发独立，可以同步进行。

标准SPI总线由四根线组成：串行时钟线（SCK），主机输入与从机输出线（MISO），主机输出与从机输入线（MOSI）和片选信号（cs）,有的SPI接口芯片带有中断信号线没有MOSI。

SPI总线由3条信号线组成：串行时钟（SCLK），串行数据输入（SDO），串行数据输出（SDI），SPI总线可以实现多个SPI设备互相连接，提供SPI串行时钟的设备为主设备（master），其他设备为SPI从机或从设备（slave），主从设备可以实现全双工通信，当有多个从设备时，还能增加一条设备选择线，如果用通用IO口模拟SPI总线，必须要有一个输出口（SDO），一个输入口（SDI）。

####　i2c

由PHILIPS公司开发的两线式串行总线，用于连接微控制器及外围设备。

I2C总线用两条线（SDA和SCL）在总线和装置之间传递信息，在微控制器和外部设备之间进行串行通信，I2C是OD输出，大部分I2C都是2线的（时钟和数据），用来传输控制信号。

UART

通用异步串行口，按照标准波特率出完成双向通信，速度较慢

UART总线是异步串口，通常由波特率产生器，UART接收器，UART发送器组成，UART是用与控制计算机与串行设备的芯片，它提供了RS-232数据终端设备接口，这样计算机就能够和调制解调器或者其他使用RS-232C接口的串行设备通信了。

优缺点比较

SPI和I2C两种通信方式都是短距离的，芯片和芯片间或者其他元器件之间如传感器和芯片之间的通信。SPI和I2C是板间通信，不过距离比较短，不能超出1米，例如手机液晶屏的薄膜排线大多数用的是I2C，能够连接各种集成电路和功能模块，I2C是多主控总线，任何一个设备都能够像主控制器一样工作并控制总线，总线上的每一个设备都有一个独一无二的地址

UART通常用来进行两个设备间的通信，如用单片机做好的设备与计算机进行通信，这样的通信可以做长距离的。UART的速度比上边两者都要快，大概在100kps左右，它的有效距离大概在10米左右，UART的结构较为简单，但随着USB的发展，UART逐渐走下坡路。

I2S

飞利浦公司为了数字音频数据设备之间的音频数据传输定制的总线标准。

I2S大部分是3线的，除了时钟和数据之外，还有一个左右声道的选择信号

在I2S标准中，既规定了硬件接口规范，还规定了数字音频的数据格式，I2S的数据信号主要有3种：（1）串行时钟SCLK,也叫位时钟BCLK，即能够对应数字音频的每一位数据，SCLK都有一个脉冲（采样频率）

（2）帧时钟LRCK，用于切换左右声道的数据，LRCK的值为1表示正在传输的是左声道的数据，LRCK的值为0表示正在传输的是右声道的数据。LRCK的频率等于采样频率。

（3）串行数据SDATA，就是用二进制补码表示的音频数据。

有时侯为了更好的同步，还需要传输信号MCLK，称为主时钟，也叫作系统时钟（sys clock），是采样频率的256倍。

####　GPIO

利用工业标准，I2C，SMBus或SPI接口简化了IO口的扩展

当微型控制器或芯片组没有足够的IO端口，或是系统需要采用远端串行通信或控制时，GPIO产品能够提供额外的控制和监视功能，每个GPIO端口可以通过软件分别配置成输入或输出。Maxim的GPIO产品线包括8个端口或28端口的GPIO，提供推挽式输出或漏极开路输出

GPIO的优点：

低功耗：GPIO具有更低的功率损耗

集成了I2C从机接口：GPIO内置I2C从机接口，即使在待机模式下也能够全速工作。

小封装：GPIO提供了最小的封装尺寸 3mm*3mmQFN

低成本：不需要为没有使用过的功能买单

快速上市：不需要编写额外的代码，文档以及维护工作

灵活的灯光控制：内置多路高分辨率的PWM输出

预先确定响应时间：缩短或确定外部事件与中断之间的响应时间

布线简单：仅需要使用2条I2C或3条SPI总线

SDIO

SDIO是SD型的扩展接口，除了可以接SD卡之外，还能够接支持SDIO接口的设备，该插口的用途不仅仅是插储存卡，支持SDIO接口的PDA或笔记本电脑都可以连接GPS接收器，wifi或蓝牙适配器，调制解调器，局域网适配器,FM无线电。

所谓的SDIO协议就是由SD卡的协议演化升级而来的，很多地方仍然保留了SD卡的读写协议，同时SDIO协议又在SD卡协议的基础上增加了CMD52和CMD53命令，SDIO和SD卡规范之间的重要区别就是增加了低速标准，低俗卡支持类似调制解调器，条形码扫描仪和GPS接收器等应用，高速卡支持网卡，电视卡还有组合卡等，组合卡指的是存储器+SDIO

CAN

CAN的全称为controller Area Network，即控制器局域网，是国际上应用最为广泛的现场总线之一。最初阶段，CAN总线被设计作为汽车环境中的微控制器通讯，在车载各电子控制装置ECU之间交换信息，形成汽车电子控制网络，例如：发动机管理系统，变速箱控制器，仪表装备，电子主干系统中均嵌入了CAN控制装置。

CAN总线的特点：

（1）可以在多主方式工作，网络上任意一个节点均可以在任意时刻主动向网络上的其他节点发送信息，不分主从，通信方式灵活

（2）网络上的节点可以分成不同的优先级，可以满足不同的实时要求。

（3）采用非破坏性仲裁总线结构机制，当两个节点同时向网络上传送信息时，优先级低的节点主动停止数据发送，优先级较高的节点可以不收任何影响的传输数据。

（4）可以点对点，一点对多点以及全局广播的方式接收数据

（5）直接通信距离最远可以达到10KM（速率在4kpbs以下）

（6）通信速率最高可以达到1MB/s（此时距离最长40m）