โปรโตคอลทั่วไปสำหรับการถ่ายโอนข้อมูลจากระบบหนึ่งไปสู่อีกระบบหนึ่ง?

โปรโตคอลทั่วไปในการส่งข้อมูลจากระบบหนึ่งไปยังอีกระบบคืออะไร? ตัวอย่างเช่นสมมติว่าเรามีข้อมูลบางอย่างที่รวบรวมจากไมโครคอนโทรลเลอร์ในช่วงระยะเวลาหนึ่งที่เราต้องการส่งไปยังไมโครคอนโทรลเลอร์อื่น ฉันได้ยินเกี่ยวกับอินเทอร์เฟซ SPI และ I2C แต่ฉันไม่ชัดเจนเมื่อคุณใช้วิธีหนึ่งเหนือวิธีอื่นและวิธีที่คุณใช้งาน มีวิธีอื่นนอกเหนือจาก SPI และ I2C ที่ใช้กันทั่วไปหรือไม่? กระบวนการดำเนินการคล้ายกันสำหรับไมโครคอนโทรลเลอร์ที่แตกต่างกันหรือไม่? เป็นการแยกวิเคราะห์ข้อมูลที่ฉันทำกับไมโครคอนโทรลเลอร์ที่รับหรือไม่

SPI และ I2C นั้นมีลักษณะที่คล้ายคลึงกันซึ่งพวกเขาใช้ในการเชื่อมต่ออุปกรณ์ต่อพ่วงเข้ากับคอนโทรลเลอร์หรือซีพียูมากกว่าการถ่ายโอนข้อมูลระหว่างระบบ USB เป็นอีกอินเทอร์เฟซที่คนดูเหมือนจะต้องการใช้เป็นระบบสื่อสารซึ่งอันที่จริงแล้วเป็นบัสแนบพ่วง

การสื่อสารระหว่างระบบไม่เหมือนกับการเชื่อมต่ออุปกรณ์กับบัส การเชื่อมต่อบัสช่วยให้หน่วยประมวลผลสามารถทำการรีจิสเตอร์ในอุปกรณ์ได้โดยตรงในขณะที่ส่วนต่อประสานการสื่อสารช่วยให้คุณสามารถส่ง / รับสตรีมข้อมูล โดยทั่วไปอุปกรณ์ที่เชื่อมต่อบนบัสจำเป็นต้องใช้ไดรเวอร์อุปกรณ์ในขณะที่การสื่อสารนั้นไม่สำคัญว่าจะเชื่อมต่อกับส่วนใดของปลายทางเท่าที่คอมพิวเตอร์โฮสต์ต้องกังวล

แน่นอนว่านี่จะเป็นขอบเขตที่อันตรายยิ่งขึ้นตลอดเวลา สิ่งต่าง ๆ เช่น PCI และ ISA เป็นรถเมล์ที่เถียงไม่ได้ I2C, SPI, USB เป็นรถบัสเนื้อหา ในขณะที่ RS232, RS485 และอีเธอร์เน็ตเป็นส่วนต่อประสานการสื่อสารอย่างแน่นอน แต่มีหลายอย่างเช่น CAN บัสและ 1553 ซึ่งแน่นอนเกี่ยวกับการย้ายข้อมูลไปรอบ ๆ แต่ก็มีส่วนเกี่ยวข้องมาก

ไม่มีวิธีใดในการส่งข้อมูลมีหลายวิธีในการสื่อสารขึ้นอยู่กับระยะทางอัตราข้อมูลสภาพแวดล้อมแอปพลิเคชัน ...

เลเยอร์ต่ำสุดคือเลเยอร์ทางกายภาพซึ่งย้ายบิตไปรอบ ๆ

• SPI และI²Cใช้สำหรับระยะทางสั้น ๆ ภายในอุปกรณ์ซึ่งไม่มีเสียงรบกวนมากนักที่อาจรบกวนการส่งสัญญาณ

• สำหรับการสื่อสารที่ไม่เร็วเกินไปในระยะทางจนถึงการสื่อสารต่อเนื่องหลายสิบเมตรผ่าน RS-232 เป็นตัวเลือกที่ดี

• หากมีสัญญาณรบกวนมากขึ้นหรือใช้สัญญาณระยะไกลที่ยาวกว่าเช่นใน RS-485 สำหรับการส่งข้อมูลที่เร็วขึ้นนั้นมี Ethernet ซึ่งกำลังได้รับความนิยมมากขึ้นเรื่อย ๆ

• จากนั้นก็ยังมีมาตรฐานไร้สายต่าง ๆ

บนเลเยอร์ทางกายภาพมีเลเยอร์เพิ่มเติมที่จัดระเบียบวิธีการส่งข้อมูลสำหรับตรวจจับและแก้ไขข้อผิดพลาดในการส่งการกำหนดเส้นทางในเครือข่ายและสิ่งอื่น ๆ อีกมากมาย ตัวอย่างเช่นโพรโทคอลอินเทอร์เน็ตเป็นสแต็กที่ค่อนข้างซับซ้อนหลายชั้นโดยทั่วไปจะอยู่ด้านบนของโปรโตคอลอีเธอร์เน็ต

อนุกรมง่ายUARTสามารถนำมาใช้ (หนึ่ง Tx และ Rx หนึ่งบรรทัดที่ไม่มีนาฬิกาที่ไม่ต่อเนื่อง) และสามารถดัดแปลงได้ง่ายที่จะข้ามระหว่างศักยภาพที่แตกต่างกัน (วงจรประถมศึกษาและมัธยมศึกษาแม้) กับ optoisolators หรือแยกแม่เหล็ก

ตราบใดที่โปรโตคอลทำงานไปสิ่งใดก็ตามที่มีไบต์คำสั่งที่กำหนดไว้และรูปแบบการตรวจสอบบางอย่างจะทำงานได้ดี ไม่มีโปรโตคอลมาตรฐานครอบคลุมทั้งหมดที่เหมาะกับการสื่อสารทุกประเภท I2C มีมาตรฐานการส่งสัญญาณ (การกำหนดที่อยู่หยุดเริ่ม ฯลฯ ) แต่โปรโตคอลของสิ่งที่มีการสื่อสารจริงขึ้นอยู่กับนักพัฒนา

ตัวอย่างเช่นPMBusเป็นโปรโตคอลการสื่อสารแหล่งจ่ายไฟที่ใช้ I2C เป็นสื่อทางกายภาพ

ไม่มีโปรโตคอล "ทั่วไป" จริงๆสิ่งที่คุณใช้โดยขึ้นอยู่กับแอปพลิเคชันเป็นอย่างมาก เพื่อให้เราได้คำตอบที่ดีกว่าเราต้องเข้าใจความต้องการของคุณให้ดีขึ้น คุณพูดถึงว่าคุณต้องการให้ไมโครคอนโทรลเลอร์แยกกันพูดคุยกันเป็นระบบย่อย

คำถามเกี่ยวกับแอปพลิเคชันนี้:

1. โครงการนี้จะมีคอนโทรลเลอร์ไมโครมากกว่า 2 ตัวหรือไม่
2. ข้อกำหนดด้านความเร็วและปริมาณงานของคุณคืออะไร ข้อมูลต้องการได้เร็วเพียงใดและคุณรับ / ส่งข้อมูลบ่อยเพียงใด

หากคุณตอบว่าไม่ตอบคำถาม 1:

หากมีคอนโทรลเลอร์เพียง 2 ไมโครคอนโทรลเลอร์ในโครงการนี้คุณสามารถใช้ UART ระหว่างกันได้ หากพวกเขาจำเป็นต้องเริ่มต้นการสื่อสารให้ใช้การควบคุมการไหลมิฉะนั้นมันควรจะส่งข้อมูลในทิศทางเดียว ส่วนใหญ่ควร "เร็วพอ" เนื่องจากคุณเลือกอัตรารับส่งข้อมูลที่สูงกว่าอย่างใดอย่างหนึ่ง โดยทั่วไปแล้ว I2C ​​และ SPI นั้นดีสำหรับสถาปัตยกรรม master / slave เท่านั้น

หากคุณตอบว่าใช่ (มากกว่า 2 ตัวควบคุม) สำหรับคำถามที่ 1:

• หากมีไมโครคอนโทรลเลอร์มากกว่า 2 ตัวในโครงการของคุณโครงการใดที่เริ่มการสื่อสาร มันจะเป็นตัวควบคุมหลักเพียงตัวเดียวเท่านั้น (เช่นสถาปัตยกรรม master-slave) หรือไม่ หรือระบบย่อยใด ๆ สามารถพูดได้ตลอดเวลา?
• จำเป็นต้องให้ระบบย่อยใด ๆ คุยกันหรือไม่? เช่นสำหรับอุปกรณ์ A, B และ C: A สามารถส่งไปยัง B และ C และ B สามารถส่งไปยัง A และ C เป็นต้น

ดังนั้นตอนนี้คุณต้องการสิ่งที่ปรับขนาดได้มากกว่าที่คุณสามารถวางอุปกรณ์แอดเดรสลงบนรถบัสทั่วไป คำตอบของคำถามติดตามเหล่านี้จะช่วยให้คุณตัดสินใจเลือกระหว่าง I2C และ SPI (master-slave) หรืออะไรก็ได้เช่น CAN (multi-master)

ตัวควบคุมขนาดเล็กของคุณมีแนวโน้มที่จะมีอุปกรณ์ต่อพ่วง UART ส่วนอื่น ๆ (โดยเฉพาะอย่างยิ่ง CAN) อาจใช้ได้เฉพาะในชิปที่สูงกว่าเท่านั้น ในทั้งสองกรณีควรมีเอกสารมากมายเกี่ยวกับวิธีการใช้อุปกรณ์ต่อพ่วงเหล่านี้เพื่อย้ายไบต์

ดังที่ @ จอนได้กล่าวไว้ประเด็นหนึ่งในการเลือกอินเทอร์เฟซการติดต่อสื่อสารคือการที่องค์กรหนึ่งจะรับผิดชอบการเริ่มต้นการสื่อสารหรือไม่หรือมากกว่าหนึ่งกิจการอาจรับผิดชอบ เรื่องที่เกี่ยวข้องคือว่าองค์กรหนึ่งจะพร้อมรับการสื่อสารที่ไม่พึงประสงค์ได้หรือไม่ SPI มักใช้ในแอปพลิเคชันซึ่งด้านใดด้านหนึ่งจะพร้อมรับการสื่อสารเสมอ ยกตัวอย่างเช่น 74HC595 shift register เป็นต้นว่า "ไม่ว่าง" ในขณะที่ SPI นั้นดีสำหรับการสื่อสารระหว่างไมโครคอนโทรลเลอร์และฮาร์ดแวร์ที่ไมโครควรจะควบคุม แต่ก็ไม่ดีสำหรับการสื่อสารระหว่างไมโครคอนโทรลเลอร์สองตัว เมื่อโปรเซสเซอร์สองตัวที่ใช้ฮาร์ดแวร์ I2C ใช้เพื่อสื่อสารซอฟต์แวร์สามารถใช้ตราบเท่าที่ต้องการ (ภายในข้อ จำกัด ที่เอื้ออำนวย) เพื่อจัดการกับสิ่งที่เกิดขึ้น โดยไม่ทำให้ข้อมูลสูญหาย หากโปรเซสเซอร์ต้องใช้เวลา 100 ไมโครวินาทีในการประมวลผลแต่ละไบต์ที่เข้ามาซึ่งจะ จำกัด ปริมาณงานอย่างรุนแรง แต่ผู้ส่งจะชะลอตัวลงมากพอที่ผู้รับจะรักษาไว้ วิธีเดียวที่โดยทั่วไปสามารถเกิดขึ้นกับ SPI คือถ้ามีสายแยกต่างหากสำหรับการจับมือกัน

I2C เป็นโปรโตคอลที่ยอดเยี่ยมจริงๆ ข้อ จำกัด ที่ใหญ่ที่สุดที่ขัดขวางไม่ให้เป็นโปรโตคอลที่สมบูรณ์แบบที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้

1. ความเร็วของมันค่อนข้าง จำกัด SPI สามารถไปได้เร็วกว่ามากและบางครั้ง UART ก็สามารถทำงานได้เร็วขึ้นเล็กน้อย
2. (2) ในขณะที่มันสะดวกมากที่ I2C ต้องการเพียงสองสาย แต่สายทั้งสองนั้นจะต้องสามารถสื่อสารแบบ open-collector แบบสองทิศทางได้ ทำให้ยากที่จะส่ง I2C ผ่านตัวทำซ้ำ

โดยส่วนตัวฉันต้องการเห็นผู้ควบคุมเครื่องรองรับตัวแปรสามสายของ SPI ซึ่งรวมถึงการจับมือกัน ฉันไม่ทราบว่าคอนโทรลเลอร์ใดที่ทำเช่นนั้น

ตามลำดับโดยเฉพาะอย่างยิ่งอินสแตนซ์เลเยอร์ทางกายภาพที่ได้รับความนิยมสูงสุดสำหรับ 2 ซีพียูในกล่องเดียวกันดูเหมือนจะเป็น:

• daisy-chain SPI (เช่นใช้โดย JTAG)
• SPI เลือกลวดต่อทาส
• "TTL ระดับ RS-232" aka "การสื่อสารแบบอะซิงโครนัสสต็อปเริ่มแบบหยุด" (เชื่อมต่อโดยตรงกับ UART TX พินของ CPU หนึ่งตัวไปยัง UART RX pin ของ CPU ตัวอื่น)
• I2C
• data 8-bit + strobe (เช่นพอร์ตเครื่องพิมพ์ขนาน IEEE 1284)
• shared-memory (หนึ่ง CPU เท่านั้นที่อยู่บัส / ข้อมูล / การควบคุมบัสในเวลา)

อินสแตนซ์เลเยอร์ทางกายภาพเหล่านี้ (รวมถึงอินสแตนซ์เลเยอร์ทางกายภาพอื่น ๆ สำหรับ 2 ซีพียูในกล่องแยกต่างหาก) โดยทั่วไปจะให้กระแสข้อมูลจำนวนไบต์ไปยังซอฟต์แวร์ที่ใช้ระบบการสื่อสารในระดับที่สูงขึ้น

โปรแกรมเมอร์สมาร์ทเขียนซอฟต์แวร์ในลักษณะที่เมื่อคนที่แต่งตัวประหลาดฮาร์ดแวร์ตัดสินใจที่จะทำลายอินสแตนซ์เลเยอร์ทางกายภาพหนึ่งรายการและแทนที่ด้วยอินสแตนซ์ทางกายภาพเลเยอร์ที่แตกต่างกันอย่างสมบูรณ์พวกเขาจำเป็นต้องเขียนฟังก์ชั่นบางอย่าง ไปยังฮาร์ดแวร์และอ่านกระแสข้อมูลจำนวนไบต์จากฮาร์ดแวร์และสิ่งโปรโตคอลระดับสูงทั้งหมดยังคงทำงานไม่เปลี่ยนแปลง

โปรโตคอลที่จะส่งข้อมูลจาก CPU หนึ่งไปยัง CPU อื่นมักจะเกี่ยวข้องกับการตีความกระแสของไบต์เป็นชุดของแพ็คเก็ต:

1. คำนำ
2. หัวข้อ
3. (อาจหนีไปแล้ว) ข้อมูลต่อเนื่อง
4. รถพ่วง

บางคนดูเหมือนจะสนุกกับการสร้างโปรโตคอลใหม่ที่กำหนดเองและเข้ากันไม่ได้โดยการผสมและจับคู่ (2) หนึ่งในโครงสร้างส่วนหัวหลายชนิดที่มี (3a) หนึ่งในหลาย ๆ ชนิดของข้อมูลซีเรียลไลซ์ที่มี (3b) หนีข้อมูลที่ต่อเนื่องนั้นด้วย (4) หนึ่งในหลาย ๆ ตัวอย่าง

โพรโทคอลที่ง่ายที่สุดสำหรับการห่อหุ้มข้อมูลลงในแพ็กเก็ตประกอบด้วย

• สามไบต์โปรโตคอลมินิเอสเอส
• รูปแบบ netstring

โปรโตคอลที่ซับซ้อนกว่าเล็กน้อยสำหรับการห่อหุ้มข้อมูลลงในแพ็กเก็ตประกอบด้วย:

• vscp - โปรโตคอลการควบคุมที่ง่ายมาก
• IP ผ่านการเชื่อมต่อแบบอนุกรม

มีรายการโปรโตคอลจำนวนมากที่

• โปรโตคอลทั่วไปที่ใช้ในระบบฝังตัว
• การเขียนโปรแกรมแบบอนุกรม: การสร้างแพ็คเก็ตข้อมูล

คุณอาจสนุกกับการอ่าน "Protocol Design Folklore"โดย Radia Perlman ซึ่งอธิบายว่าการออกแบบโปรโตคอลสามารถผิดพลาดได้อย่างไร

ไม่มีโปรโตคอล 'ทั่วไป' เดียว ตัวเลือกสามารถ (ตัวอย่าง) ขึ้นอยู่กับ:

• ระยะทาง
• ปริมาณงานที่ต้องการ
• ความพร้อมใช้งานของอุปกรณ์ต่อพ่วงพิเศษ
• ระดับเสียง
• ต้องการแยกแสง
• วิกฤติ (อัตราความล้มเหลวที่ยอมรับได้)
• ซีพียู avialable ที่ปลายทั้งสอง
• หมุด I / O ที่มีอยู่ที่ปลายทั้งสอง

ในหลายกรณีคุณต้องปิดการใช้งานเลเยอร์ทางกายภาพ (ระดับสัญญาณ) จากดาต้าลิงค์เลเยอร์ (+/- วิธีการเข้ารหัสข้อมูล) (ตรวจสอบรุ่น OSI, ลดเลเยอร์ 2 ..4) เลเยอร์ phyiscal ที่เป็นไปได้คือตัวอย่าง:

• ง่าย 5V หรือ 3.3V หรือ 1.8V TTL
• รายการใด ๆ ข้างต้นยกเว้น open-collector แทน push-pull
• สัญญาณแรงดันไฟฟ้าของ Lov สมดุล (มักใช้กับ FPGA ของ)
• สมดุล higer volatge (RS485, RS432)
• สิ้นสุดวันที่เดียวแรงดันสูง (RS232)
• บาลานซ์ trafo-coupled (อีเธอร์เน็ตเวอร์ชั่นต่างๆ, เสียง PDIF)
• ออปติคอล (optical ethernet, toslink)

คุณสามารถใช้หนึ่งบรรทัดเพื่อส่งข้อมูลและข้อมูลนาฬิกาหรือแบ่งเป็นหลายบรรทัด หลังเคยเป็นที่นิยม แต่ปัจจุบันโปรโตคอลใหม่ / เร็วส่วนใหญ่มักใช้หนึ่งบรรทัด (หรือคู่ของบรรทัดที่ทำหน้าที่เป็นหนึ่ง)

เธอมีวิธีมากมายในการเข้ารหัสข้อมูลและนาฬิกาบนบรรทัด RS232 ใช้ NRZ ตามปกติมีการเข้ารหัส Machester และใช้รูปแบบต่าง ๆ บนฮาร์ดดิสก์ที่มีชื่ออยากรู้อยากเห็นเส้น 2.7 RLL

เพื่อสรุปมัน: มีวิธีการสื่อสารระหว่างระบบซิสเสม และฉันยังไม่ได้กล่าวถึงตัวเชื่อมต่อหรือลักษณะระดับสูงกว่าเช่นการตรวจจับข้อผิดพลาดและการกู้คืนการเข้ารหัสข้อมูลการบีบอัดและการเข้ารหัส ...