嵌入式学习--step7 各类通信协议

一、IIC
IIC总线它是由数据线SDA和时钟SCL构成的串行总线，可发送和接受数据。高速IIC总线一般可达400kbps以上。 I2C总线在传送数据过程中共有三种类型的信号，分别是：开始信号、结束信号和应答信号：
开始信号：SCL为高电平，SDA由高电平向低电平跳变，开始传送数据。
结束信号：SCL为高电平，SDA由低电平向高电平跳变，结束传送数据。
应答信号：接收数据的IIC在接受到8Bits数据后，向发送数据的IIC发出特定的低电平脉冲，表示已收到数据。
通信流程：
在主模式下，I2C接口会启动数据传输并生成时钟信号，串行数据传输始终是在出现起始位时开始，在出现停止位时结束，起始位与停止位均在主模式下由软件生成。在字节传输 8 个时钟周期后是第 9 个时钟脉冲，在此期间接收器必须向发送器发送一个应答位ACK，请参见下图 。

从上图可以看出，出现起始位后，SDA由高电平向低电平跳变，开始传送数据， SCL时钟线，当SCL下降沿时，结束数据传输。数据和地址均以 8 位字节传输， MSB 在前。起始位后紧随地址字节（7 位地址占据一个字节；10 位地址占据两个字节）。地址始终在主模式下传送。

上图展示I2C具体的内部实现，SDA连接着数据控制，有移位寄存器与数据寄存器控制相连，SCL连接着时钟控制，有时钟控制寄存器、控制寄存器、状态寄存器控制着，另外还有控制逻辑，含DMA请求与ACK。（图中的PEC是Packet Error Checking（PEC）校验功能，PEC 计算器的应用目的是提高通信的可靠性。 PEC 对各个位使用 CRC-8 多项式 C(x) = x8 +x2 + x + 1 公式进行串行计算。）
二、SPI总线
SPI 是英语Serial Peripheral interface的缩写，顾名思义就是串行外围设备接口。是Motorola首先在其MC68HCXX系列处理器上定义的。

SPI是一种高速的，全双工（MOSI/MISO），同步（SCK）的通信总线，并且在芯片的管脚上只占用四根线，节约了芯片的管脚，同时为PCB的布局上节省了空间，提供了方便，主要应用在EEPROM、FLASH、实时时钟、AD转换器，还有数字信号处理器和数字信号解码器之间。
SPI框图如下：

下图展示了SPI通信过程，SPI全双工通信时，一个数据输出和数据输入都由同一时钟进行同步的1全双工通信过程。

下图展示了SPI的时序图，其中CPHA为时钟相位，CPHA1时，则SCK引脚的第二个边沿开始传递数据，CPHA0时，则SCK引脚的第一个边沿开始传递数据；CPOL为时钟极性，CPOL1时，SCK引脚在空闲状态处于高电平，CPOL0时，SCK引脚在空闲状态处于低电平。（CPOL时钟极性，CPHA时钟相位）

我们看下SPI全双工情况下是怎么通信的：

全双工的通信过程为：1）软件向SPI-DR数据寄存器写入0xF1，软件等待至发送缓冲区空标志TXE为1，表示发送缓冲区为空，可以发送，后向SPI-DR写入0xF2，等待时钟沿进行数据0xF1发送。2），等待RXNE置1，接收端接收到0xF1，表示接收区非空，有数据了，注意，此处是非空（NE，not empty），然后从SPI-DR中读取数据0xA1，0xA1为MISO需要发送的数据，等待时钟沿进行数据发送。

我们知道,SPI既可以配置成全双工，也可以配置成半双工通信，前面讲述了全双工模式下的配置，接下来讲述半双工的配置。SPI可以在两种模式下完成半双工模式的工作：
1）1个时钟线和1条双向数据线，双向数据线可作为输入或者输出，但不能同时作为，由BIDIMODE引脚控制。
2）1条时钟线和1条数据线（只接收或者只发送）
当主设备或者从设备只发送时的时序图（半双工）为：

在一条时钟和一条单向数据线的模式下，例如只发送模式，在发送引脚上发送数据，接收引脚（主模式下的MISO引脚或者从模式下的MOSI）可以用作通用IO，因而其该引脚的时序不可知（如果该引脚为0或1，则一直为一根直线）；在只接收模式下，发送IO引脚可用于其他用途。因而，时序图里只画了MOSI或者MISO一根线，没有如同全双工那样画两根线。

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