嵌入式八股I2C,SPI,UART篇

嵌入式八股收录了 I2C SPI UART CAN PCI等常见通信协议面试遇到的问题

qq_45731845

1298人浏览 · 2025-03-16 15:24:37

qq_45731845 · 2025-03-16 15:24:37 发布

1.基本知识

串行与并行
串行: 一根线数据一位一位的发送
并行: 多个线数据多个位一次传输过去
异步与同步
看有没有时钟线有时钟线说明是根据时钟信号同步的否则就是各玩各的
全双工与半双工
数据能不能边收边发

2.SPI

简介
SPI是串行同步全双工
一共有四条线 SCL MISO MOSI NSS
SPI的四种模式
- CPOL
  CPOL = 0: 时钟空闲时为低电平
  CPOL = 1: 时钟空闲时为高电平
- CPHA : 表示采样时刻
  CPHA = 0 表示在时钟的第一个跳变沿采样
  CPHA = 1 表示在时钟的第二个跳变沿采样
通信过程
SPI是边发送边接受的发送一个字节就会接受一个字节
同时SPI是没有什么起始/终止/校验的字节流一个个的发送
三线SPI
根据实际需求只保留 MISO 或者 MOSI
可能遇见的问题
- 主机和丛机的CPOL 和 CPHA设置要完全一致
- 四种模式的选择
- SCK过大可能丛机内边顶不住了接收就开始出现问题了
- SPI先发的是高有效位

3.I2C与SMBUS

简介
I2C是串行同步半双工通信两根线 SCL 和 SDA
为什么是开漏输出
- I2C支持多个设备在同一条主线上,在不使用开漏不使用推挽输出的前提下,一个输出高一个输出低可能就短路了;但是开漏不一样开漏无法输出高在高阻态的时候你可以看做它根本没连到这个I2C主线上
- 为了实现线与的逻辑: 假设现在I2C总线已经有人在用了又有一个设备想用了结果发现SDA已经被拉低了,那此时这个新来的就用不了–"仲裁"机制
为什么要加上拉电阻
如果选择了开漏输出但是不加上拉电阻那对于 SCL 和 SDA两个总线在空闲时的电平状态是不确定的所以需要上拉电阻
通信过程
- 主机与丛机
  主机可以控制 SCL和SDA两条线丛机只能控制SDA并且只能被动的接受
  主机和丛机都会有一个地址
- 起始信号
  在SCL为高电平时 SDA由高变低
- 停止信号
  在SCL为高电平时 SDA由低变高
- 正常数据
  在SCL为高电平时要保持不变在SCL为低的时候才准备下一位
- 写流程
  - 主机发送起始信号 SDA被拉低
  - 发送一个字节的数据前7bit为地址后1bit表示读/写(0表示写),此时主机放开SDA线 SDA恢复高电平
  - 丛机应答 SDA被丛机拉低(一个脉冲周期内得做出回应)
  - 主机知道丛机存在开始发送一个字节数据,丛机在SCL为高的时候读取SDA的电平状态(主机在第9个脉冲放开SDA线的控制)
  - 丛机应答, SDA被丛机拉低
  - 主机发送停止信号此时主机丛机都恢复高阻态 SDA变回高
- 读流程
  - 主机发送起始信号 SDA被拉低
  - 发送一个字节的数据前7bit为地址后1bit表示读/写(0表示写),此时主机放开SDA线 SDA恢复高电平
  - 丛机应答 SDA被丛机拉低(一个脉冲周期内得做出回应)
  - 丛机发送一个字节的数据,此时主机在SCL为高的时候读取SDA电平的状态
  - 主机应答
  - 主机发送停止信号此时主机丛机都恢复高阻态 SDA变回高
SMBUS
SMBUS是I2C的子集
可以参考
https://blog.csdn.net/caiji0169/article/details/142892183

4.UART

uart–串行(对于一个字节只能一位一位发送)异步(没有时钟线)全双工(可以边收边发)通信
两根线 TX 和 RX线
通信帧格式:
起始位/数据位/校验位/停止位 4项其中校验位不是必须的
波特率计算
单位是 bit/s
比如115200 说明传输1bit需要1/115200 s
所以完成一次传输的最少时间 (1 + 8 + 1) / 115200 s(因为起始位和停止位不能省略)
通信过程
起始位:通过拉高拉低电平告诉接收方准备接收
停止位:告诉对面发完了
校验位:可选
数据位:需要发送的数据
而波特率就决定了比如接收方在开始之后每间隔多久就去采样一次电平
可能遇见的问题
- 双方对于高/低电平的定义不同所以不能直接相连
- 串口先发的是低位

IIC 和 SPI、串口区别

相同:
- 均采用同步，串行
- 均采用 TTL 电平
- 均采用主从方式
异：
- IIC 为半双工，SPI和UART为全双工
- IIC 有应答机制，SPI 无
- IIC 的时钟和极性是固定的(空闲时高电平，SCL 为高电平时读取数据)，SPI 是可以变化设置的
- 寻址方式不同，IIC 是发送一个字节去寻址，SPI 通过片选位选择
- IIC和SPI都是先发高位 UART是先发低位