浅谈通讯接口技术

现在大家是否有一种很奇怪的感觉，越来越多的设备采用串口通讯了，并且还说串口就这么简单的几根线比十几根线的并口速度还快，这个无论如何都觉得有些莫名其妙。若你是这种感觉的，建议继续看下去，若觉得很正常的，请绕道。先说大家最熟悉的接口，那莫过于UART接口，RS232类型的DB9接口，以前老式的电脑都带的，可以接modem，大家做MCU51单片机项目，一般都用这个UART接口，串口速率115200bps、57600bps等，后来出来USB转串口的PL2302和FT232，速率可以到921600bps，这个就算最高了。因为各种单片机都带有UART接口，无论MCU51还是ARM，所以这个是大家最熟悉的。同步串口有SPI，IIC等，尤其SPI速度相对高一些，可以到几M，几十M。UART之类的属于异步串口，因为需要考虑数据同步信号恢复，所以速度不高。大家都知道硬盘IDE接口、打印机接口，还有单片机、ARM等的并口，这些速度相对于串口来说，要快很多，但线也多很多，可以理解简单的理解为是多路串口的并联。也就是说，并口就是各路串口同时发数据而已。但是大家也会发现这么一个现象，就是并口有分两种，比如大家接SDRAM的时候，就比较明显，SDRAM相对于普通的并口，速度高了很多，SDRAM速度很轻松到100MHz，而普通并口速度只能在几十M附近，尤其做过普通手机的，都知道flash的接口速度上不去。这个其实主要不是接口速度导致的，而是总线方式不同。最早intel80接口，读取信号为Data、Adrr、nCS、nRD、nWR，这个每次都需要送出地址，芯片译码选择后，才能获取数据，所以速度较慢，一般的MCU51都是这类总线，叫intel80，此外很多黑白液晶屏用68K接口，nRD、nWR换成了R/W,E。而新式的接口一般采用Data、Addr、CLK、RAS、CAS、WE等，这个一般叫burst模式并口，而intel80、68K这类的一般叫normal模式并口。burst模式最大的好处就是，配置好后，地址只送一次，之后通过CLK不停的读取数据，地址连续的读取回来，这样就不再需要送地址，选择译码过程，内部默认了连续读、写，可以流水线操作，所以速度快很多，当然这类针对的CPU一般都有高速RAM的，或者就是需要整屏读写的，比如大一些的彩色LCD屏，3.5inch~10inch的都是这类接口，LCD屏上，有些人把这个叫做RGB接口。在ARM9处理器上最常见，如R、G、B各8根数据线，但往往不用全，去掉一些低位数据，组成565形式，之后带CLK、VS(帧同步信号)、HS(行同步信号)、IIC配置信号。以上所讨论的有一个共同点，就是信息的传播，都是基于电信号，一般以高于多少V或者低于多少V为1或者0来判断的。电信号的载体是电场、电压，所以以上的讨论都是基于常规的电路回路来讨论的，信号的载体介质比较随便，只要能成回路即可。大家都知道，常规的电路是电磁场理论在低速下的一种近似，是电磁场传播多次折叠反射之后的稳态。当信号频率更高的时候，这种折叠反射就会导致信号的清晰度下降，也就是大家所说的信号完整性下降，方波变成了正弦波而导致无法识别。所以要想进一步提高通讯速度，必须要改变传输的载体，从电场转变为电磁场，所以传输介质改成了专用的传输线，如微带线、同轴线等，对传输线的整个阻抗均匀等都有要求。有些朋友一想到高速传输，就想着差分信号，但理解上只是对外界的抗干扰能力，它没有解决信号能量传输过程中自己的畸形，只要当差分信号进一步约束满足电磁场阻抗要求的时候，才能进一步的解决自身的信号畸形问题，所以这个时候单纯的理解差分，只能说对了一部分，并且高可靠的信号传输，很多都是用同轴线、微带线的，这个里面就不存在差分概念了。基于这个理论，当前的高速串行接口就出来了，比如USB、1394、网口、SATA、LVDS等都是基于电磁场理论发展起来的，他们都有一个共同的特征，要求阻抗匹配，而这个就是电磁场理论最基础的东西。因为基于电磁场为载体的技术，速率上远远超过了基于电场理论的速率，这个等价于1、2个数量级的飞跃，所以现在的高速串口就比普通的低速并口速率还高了，这个就不奇怪了。那么大家要问，再进一步提高速率，是不是现有的高速串口的并行化呢，这个是一方面，比如DDR2之类的，已经是如此了，但还有一种趋势，比如SATA1X、2X、4X这类的，不是简单的并联化，而应该讲是网络化。也就是说从1X、2X到4X，由一个通道，变成了4个网络通道了。数据的通讯方式已经跟现在的互联网一样，实现了网络化，因为考虑到这些接口，有可能会有一个接触不良，那个通道就不通了，但也不影响数据通讯，只是速率慢了而已，若还是常规的并联方式，就完全失效了。