1. 物理接口

　　物理接口是設備間物理連接的硬件規范，包括連接器類型(如USB、HDMI)、引腳排列、機械結構等。一般常說的就是指連接器類型。

　　它能確保設備在物理層正確連接，提供信號傳輸的物理通道。

　　比如USB Type-A、RJ45網口、HDMI接口。

　　2. 電平標準

　　電平標準規定信號電壓范圍，用于區分邏輯狀態(如0和1)，確保發送端和接收端的電氣兼容性。

　　作用：定義信號的電氣特性，避免誤碼或硬件損壞。

　　如TTL(0V/5V)、RS-232(±3~15V)、LVDS(低電壓差分信號)。

　　3. 通訊協議

　　通訊協議是數據傳輸的邏輯規則，包括數據格式、時序、錯誤校驗、尋址等。確保數據按約定規則打包、傳輸和解析。例如UART(異步串行協議)、SPI(同步串行協議)、TCP/IP(網絡協議)。

　　4. 總線

　　總線是共享的通信通道，整合物理接口、電平標準和協議，允許多設備通過同一線路通信。主要作用是提供完整的通信架構，協調多設備的數據交換。

　　物理接口和電平標準屬于底層硬件層(物理層)，定義如何連接及信號如何表示。

　　通訊協議屬于邏輯層、應用層，規定數據傳輸規則。

　　總線是綜合概念，整合前三者形成完整的通信系統。

　　整個協作流程就是：

　　設備通過物理接口連接，按電平標準傳輸信號。通訊協議確保數據被正確封裝、尋址和校驗。總線管理共享通道，協調多設備通信(如仲裁機制、沖突避免)。總線的實現需依賴物理接口(連接方式)、電平標準(信號電氣特性)和通訊協議(數據規則)。

　　同一物理接口可能支持不同電平標準和協議(如RS-232與RS-485共用DB9接口，但電平及協議不同)。

　　同一協議可適配不同物理接口和電平(如Modbus可在RS-485或TCP/IP上運行)。

　　眾多的通訊協議概念，其實可以分成4個大概念，也就是物理接口、電平標準、通訊協議、總線。

　　1. 物理接口

　　物理接口是設備間物理連接的硬件規范，包括連接器類型(如USB、HDMI)、引腳排列、機械結構等。一般常說的就是指連接器類型。

　　它能確保設備在物理層正確連接，提供信號傳輸的物理通道。

　　比如USB Type-A、RJ45網口、HDMI接口。

　　2. 電平標準

　　電平標準規定信號電壓范圍，用于區分邏輯狀態(如0和1)，確保發送端和接收端的電氣兼容性。

　　作用：定義信號的電氣特性，避免誤碼或硬件損壞。

　　如TTL(0V/5V)、RS-232(±3~15V)、LVDS(低電壓差分信號)。

　　3. 通訊協議

　　通訊協議是數據傳輸的邏輯規則，包括數據格式、時序、錯誤校驗、尋址等。確保數據按約定規則打包、傳輸和解析。例如UART(異步串行協議)、SPI(同步串行協議)、TCP/IP(網絡協議)。

　　4. 總線

　　總線是共享的通信通道，整合物理接口、電平標準和協議，允許多設備通過同一線路通信。主要作用是提供完整的通信架構，協調多設備的數據交換。

　　1.嵌入式系統通信接口概述

　　1.1.板上通信接口角色

　　在嵌入式系統中，板上通信接口扮演著至關重要的角色，它們是集成電路與其他外圍設備進行交互的關鍵通路或總線。這些接口負責在系統內部傳遞數據和控制信號，從而確保各個組件能夠協同工作。

　　1.2.常用通信接口

　　常用的板上通信接口包括I2C、SPI、UART以及1-Wire等。接下來，我們將詳細探討這些接口的工作原理和應用場景。

　　2.I2C總線

　　2.1.總線特點與結構

　　I2C總線，一種同步、雙向、半雙工的兩線式串行接口總線，由Philips半導體公司在20世紀80年代初研發并投入市場。其設計初衷是為微處理器/微控制器系統與電視機外圍芯片之間的連接提供簡便的方法。該總線包含兩條線路：串行時鐘線SCL和串行數據線SDA。SCL線負責產生同步時鐘脈沖，而SDA線則用于在設備間傳輸串行數據。

　　I2C總線是共享的，允許多個I2C設備連接至同一系統。在這些設備中，既可以充當主設備來控制通信，也可以作為從設備來響應主設備的命令。無論是主設備還是從設備，都既可以是發送方也可以是接收方，但同步時鐘信號的生成則專由主設備負責。此外，I2C總線還支持多個主設備的并存。

　　2.2.數據傳輸機制

　　關于起始信號的具體定義：在SCL線保持高電平的同時，主機將SDA線拉至低電平，這標志著數據傳輸的開始。而從機地址的發送與讀寫控制位的設置則遵循一定規則：主機發送的第一個字節包含從機的地址和讀寫控制位。

　　數據傳輸：在從機地址發送完畢后，可能會跟隨一些特定指令，這取決于從機的實現。隨后，數據傳輸開始，可以由主機或從機中的任一方發送。每次傳輸的數據都是8位，且字節數不受限制。

　　停止條件：停止條件是在SDA線保持低電平的同時，主機將SCL線拉高并維持這一高電平狀態，然后再將SDA線拉高，從而表示數據傳輸的結束。

　　3.SPI總線

　　3.1.總線結構與使用

　　SPI總線，最早由Motorola公司提出，是一種同步、雙向、全雙工的4線式串行接口總線。它由一個主設備和多個從設備構成，其中特別需要注意的是，在任意時刻僅允許一個主設備處于激活狀態，這意味著系統中可以存在多個SPI主設備。SPI總線廣泛應用于EEPROM、FLASH、實時時鐘、AD轉換器、數字信號處理器以及數字信號解碼器等設備之間的通信。

　　從設備的時鐘信號由主設備通過SCLK提供，而MOSI和MISO則依據此脈沖進行數據傳輸。

　　3.2.通信時序與模式

　　SPI總線配備了4條信號線，包括SCK(時鐘信號)，MOSI(主設備輸出從設備輸入)，MISO(主設備輸入從設備輸出)和CS(片選信號)。

　　主設備通過操控CS引腳來選擇從設備。在任何給定的時刻，只有一個SPI主設備的CS引腳處于激活狀態，與之相連的從設備此時可與主設備進行通信。這種**“一主多從”結構**在很大程度上提升了系統的擴展性和靈活性。

　　4.UART通信協議

　　UART，即通用異步收發傳輸器，作為一種異步串口通信協議，其工作原理是逐位傳輸數據。在應用程序開發中，它常被用作數據總線，因其支持高效的數據傳輸。異步數據傳輸中，UART的簡單高效機制使其在許多嵌入式系統和微控制器中得到了廣泛的應用。

　　5.1-Wire接口與并行接口

　　5.1.1-Wire接口特點

　　1-Wire接口，又稱Dallas 1-Wire協議，是由Maxim Dallas半導體公司精心研發的一種異步半雙工通信協議。該接口能夠在信號線上同時傳輸能量。這樣的特性使得1-Wire接口不僅可以連接一個主設備，還能夠允許一個或多個從設備與之相連。

　　5.2.并行接口結構和使用

　　并行接口，常用于系統與外圍設備間的通信。這些外圍設備通過存儲器映射至系統主控端。只要嵌入式系統主控處理器/控制器配備并行總線，支持并行總線的設備便可直接與之相連。外圍設備經存儲器映射至主控處理器，從而可訪問特定地址范圍。

　　四種接口，每個都有合適的應用場景，對硬件端口的占用、對軟件的控制要求、通信效率也不相同。尤其前3種屬于常用協議，一般都支持硬件接口，廠家也一般提供hal庫，對軟件開發人員的要求逐漸降低。這也導致代碼應用很溜，實際底層原理略微欠缺，一旦通信異常或者有特殊需求就無從下手。如使用GPIO模擬出UART，使用SPI實現AT功能。