通信接口与通信协议概要

Allcontentinthispresentationisprotected–©2008AmericanPowerConversionCorporation通信接口与通信协议BobBiAPCbySchneiderElectric–Name–DateOSI:OpenSystemInterconnectionAPCbySchneiderElectric–Name–Date通信接口与通信协议APCbySchneiderElectric–Name–Date并行通信与串行通信●Parallelbus,ISA,PCI,AXI●SPI●IIC●RS232●RS485/RS422●CAN●USB●Network●MODBUS●JTAGAPCbySchneiderElectric–Name–Date常用名词●通信介质双绞线，同轴电缆，光纤等。●总线两个或多个通信主体共享的一组通信线路。●通信协议描述了各通信主体在总线上的通信规则。时序图是描述硬件协议的常用方法。●通信主体指参与通信的操作设备，如处理器，存储器等。一般分为主操作设备（master）和从操作设备（slave）。●带宽，数据传输速率，波特率APCbySchneiderElectric–Name–DateCommunicationterms●数据方向表示待传输的数据在通信主体间的移动方向。可以用接收/发送来表示。●单工，全双工，半双工数据只能单向传送为单工；信息能双向传送但不能同时双向传送称为半双工；信息能够同时双向传送则称为全双工。。●地址表示待传输数据的来源或目的地。也可理解为通信主体在总线上的ID。●同步通信，异步通信同步通信要求接收端时钟频率和发送端时钟频率一致，发送端发送连续的比特流。异步通信时不要求接收端时钟和发送端时钟同步。发送端发送完一个字节后，可经过任意长的时间间隔再发送下一个字节。APCbySchneiderElectric–Name–Date并行通信处理器存储器（从设备）data0:7addr0:11enabler/wenableaddrdatafsetupfreadfsetupfwriter/wintAPCbySchneiderElectric–Name–DateISA总线APCbySchneiderElectric–Name–DateSPI总线概述●SerialPeripheralInterface串行外围设备接口，是Motorola公司推出的一种同步串行接口技术。●SPI主要应用在EEPROM,Flash,实时时钟(RTC),数模转换器(ADC),数字信号处理器(DSP)以及数字信号解码器之间.它在芯片中只占用四根管脚(Pin)用来控制以及数据传输,节约了芯片的pin数目,同时为PCB在布局上节省了空间.正是出于这种简单易用的特性,现在越来越多的芯片上都集成了SPI技术.●采用主-从模式(Master-Slave)控制方式，SS信号进行对从设备的片选。●采用同步方式(Synchronous)传输数据，主设备提供SCLK信号给从设备。APCbySchneiderElectric–Name–DateSPI总线连接●SPI连接方式●SPI有4种工作方式，由CPOL和CPHL两位来决定。当CPOL为0时，CLK的空闲状态为低电平。当CPOL为1时，CLK的空闲状态为高电平。当CPHL为0时，在CLK的第1个跳变沿数据被采样。当CPHL为1时，在CLK的第2个跳变沿数据被采样。APCbySchneiderElectric–Name–DateSPI时序图：CPHL=1APCbySchneiderElectric–Name–DateSPI时序图：CPHL=0APCbySchneiderElectric–Name–DateSPI时钟配置●在主设备这边配置SPI接口时钟的时候一定要弄清楚从设备的时钟要求。因为主设备这边的时钟极性和相位都是以从设备为基准的。因此在时钟极性的配置上一定要搞清楚从设备是在时钟的上升沿还是下降沿接收设备的SDO连接从设备的SDI从设备的SDO连接主设备的SDI从设备SDI接收的数据是主设备的SDOSDI接收的数据是从设备SDOSPISDO的SDISDO发送数据的极性是相同的。APCbySchneiderElectric–Name–DateIIC总线概述●I2C总线是Philips公司开发的一种二线串行总线，可以使嵌入式系统中的外部设备和CPU以及外设之间进行进行通信。●SDA:串行数据总线(SerialDAta)●SCL:串行时钟信号（SerialCLock）●支持多主通信，是多主机总线。●技术指标：传输速率：100kbps3.4Mbps寻址位数：7位10位APCbySchneiderElectric–Name–DateIIC总线连接方式APCbySchneiderElectric–Name–DateIIC总线接口电平●SDA和SCL在空闲状态都是高电平。所有设备的SDA和SCL线与连接。●SCL线是高电平时，SDA线从高电平向低电平切换表示起始条件。●当SCL是高电平时，SDA线由低电平向高电平切换表示停止条件。●正常通信时，SDA在SCL为高时保持稳定，当SCL为低时数据变化。APCbySchneiderElectric–Name–DateIIC总线时序图●IIC总线有很多工作模式，下面是最简单的一个模式的数据传输时序。APCbySchneiderElectric–Name–Date串行同步通信协议●面向比特的同步协议。APCbySchneiderElectric–Name–Date串行异步通信协议●起止式异步协议的特点是一个字符一个字符传输，并且传送一个字符总是以起始位开始，以停止位结束，字符之间没有固定的时间间隔要求。●每一个字符的前面都有一位起始位，为低电平，字符本身有5-7位数据位组成，接着字符后面是一位校验位，也可以没有校验位。最后是一位，或二位停止位，停止位后面是不定长度的空闲位。停止位和空闲位都规定为高电平，这样就保证起始位开始处一定有一个下跳沿。APCbySchneiderElectric–Name–DateRS-232概述●RS-232C标准（协议）的全称是EIA-RS-232C标准，其中EIA(ElectronicIndustryAssociation）代表美国电子工业协会，RS（recommendedstandard）代表推荐标准，232是标识号，C代表RS232的最新一次修改（1969），在这之前，有RS232B、RS232A。它规定连接电缆和机械、电气特性、信号功能及传送过程。常用物理标准还有有EIARS-422A、EIARS-423A、EIARS-485。●它适合于数据传输速率在0～20kb/s范围内的通信。●在通信速率低于20kb/s时，RS-232C所直接连接的最大物理距离为15m（50英尺）。●EIA-RS-232C的电气特性(在TxD和RxD上)逻辑1(MARK)=-3V～-15V逻辑0(SPACE)=+3～+15VAPCbySchneiderElectric–Name–DateRS-232C连接●RS-232C规标准接口有25条线，4条数据线、11条控制线、3条定时线、7条备用和未定义线，常用的只有9根。一般用3根。APCbySchneiderElectric–Name–DateRS-422●在RS-232的基础上，为了增强驱动能力和抗干扰能力，产生了RS-422。RS-422有两对差分信号传输线，一对发送，一对接收。●RS-422的电气特性：逻辑“1”以两线间的电压差为+(2~6)V表示；逻辑“0”以两线间的电压差为-(2~6)V表示。●RS-422最大的通信距离约为1219m，最大传输速率为10Mb/S，传输速率与传输距离成反比，在100Kb/S的传输速率下，才可以达到最大的通信距离。APCbySchneiderElectric–Name–DateRS-422●由于接收器采用高输入阻抗和发送驱动器比RS232更强的驱动能力，故允许在相同传输线上连接多个接收节点，最多可接10个节点。即一个主设备（Master），其余为从设备（Salve），从设备之间不能通信，所以RS-422支持点对多的全双工通信。APCbySchneiderElectric–Name–DateRS-485●RS-485的电气特性和RS-422一样。●RS-485，在RS-422后推出，绝大部分继承了422，主要的差别是RS-485可以是半双工的，而且一个驱动器的驱动能力至少可以驱动32个接收器（即接收器为1/32单位负载），当使用阻抗更高的接收器时可以驱动更多的接收器。所以现在大多数全双工485驱动/接收器对都是标：RS422/485的，因为全双工RS485的驱动/接收器对一定可以用在RS422网络。●RS-485总线一般最大支持32个节点，如果使用特制的485芯片，可以达到128个或者256个节点，最大的可以支持到400个节点。●RS-485组成半双工网络，一般是两线制，多采用屏蔽双绞线传输。●RS-485网络中只能有一个主设备，其余为从设备。APCbySchneiderElectric–Name–DateRS-485总线网络●RS485网络拓扑采用终端匹配的总线结构。构建时需注意：1.采用一条双绞线电缆作总线，将各个节点串接起来，从总线到每个节点的引出线长度应尽量短，以便使引出线中的反射信号对总线信号的影响最低。2.应注意总线特性阻抗的连续性，在阻抗不连续点就会发生信号的反射。3.终端负载电阻问题，需在总线电缆的开始和末端都并接终端电阻，阻值一般为120Ω，因为一般双绞线的特性阻抗为100~120Ω.APCbySchneiderElectric–Name–DateCANbus●控制器局域网CAN（ControllerAreaNetwork），最初是由德国Bosch公司设计的，应用于汽车的监测和控制。●1991年9月，Philips制定并发布CAN技术规范：CAN2.0A/B。1993年11月，ISO组织正式颁布CAN国际标准ISO11898。●CAN-bus是唯一成为国际标准的现场总线，也是国际上应用最广泛的现场总线之一。●CAN总线协议包括对CAN控制器和收发器的规定。即包括物理层和数据链路层。APCbySchneiderElectric–Name–DateCANbus●通讯距离与波特率有关，最大通讯距离可达10km，最大通讯波持率可达1Mbps。●CAN总线采用了多主竞争式总线结构，具有多主站运行和分散仲裁的串行总线以及广播通信的特点。●CAN总线上最大地址数可达256，实际收发器一般支持120个。●显性（逻辑0）：CAN_H对地为3.5V(3V)，CAN_L为1.5V(1V)●隐性（逻辑1）：CAN_H对地为2.5V(2.3V)，CAN_L为2.5V(2.3V)●CAN2.0A：CAN标准报文格式●CAN2.0B：CAN标准报文格式和扩展报文格式●具有11位标识符的CAN帧称为：标准帧●具有29位标识符的CAN帧称为：扩展帧APCbySchneiderElectric–Name–DateCANbus●CAN总线收发器CAN总线网络连接和匹配电阻的设计可参考RS-485总线匹配电阻设计。原理相同。APCbySchneiderElectric–Name–DateCANbus帧格式●数据桢：从发送节点向其它节点发送数据●远程帧：向其它节点请求发送具有同一识别符的数据桢●错误帧：指明已检测到总线错误●过载帧：用以在数据桢（或远程帧）之间提供一份附加的延时APCbySchneiderElectric–Name–DateCANbus标准数据桢结构APCbySchneiderElectric–Name–DateCANbus扩展数据桢结构APCbySchneiderElectric–Name–DateCANbus总线仲裁●总线上显性电平支配隐性电平。逻辑’0’为显性电平，逻辑’1’为隐性电平。●总线空闲时，任何节点可