SPI、I2C、I2S、UART、GPIO、SDIO、CAN、JTAG的区别

SPI、I2C、I2S、UART、GPIO、SDIO、CAN、JTAG的区别

SPI

全称及起源：SPI接口的全称是"Serial Peripheral Interface",意思是串行外围接口Motorola首先在其MC68HCXX在系列处理器上定义。

使用方法：SPI接口主要用于EEPROM,FLASH,实时时钟,AD数字信号处理器和数字信号解码器之间的转换器。

工作模式：SPI接口以主从的方式工作，通常有一个主器件和一个或多个从器件，其接口包括以下四个信号： （1）MOSI – 主要设备数据输出，从设备数据输入 （2）MISO – 从设备数据输出入，从设备数据输出 （3）SCLK – 时钟信号由主器件产生(4)/SS – 从设备使信号，由主器件控制

I2C

全称及起源：I2C(Inter－Integrated Circuit)总线是一种由PHILIPS连接微控制器及其外围设备的公司开发的两线串行总线。

使用方法：I2C总线是串行数据总线，只有两条信号线，一条是双向数据线SDA，另一个是时钟线SCL。

在 I2C总线上传输的一个数据字节由八位组成。总线对每次传输的字节数没有限制，但每个字节后必须有一个响应位。(这是和SPI总线最明显的区别)。

I2S

全称及起源：I2S（Inter-IC Sound Bus）是飞利浦为数字音频设备之间的音频数据传输制定的总线标准。

使用方法：I2S有三个主要信号：1。串行时钟SCLK，也叫时钟，即对应数字音频的每个数据，SCLK有1个脉冲。2. 帧时钟LRCK，用于切换左右声道的数据。LRCK左声道数据传输为1，右声道数据传输为0。3.串行数据SDATA，是用二进制补码表示的音频数据。有时，为了更好地同步系统之间，还需要传输另一个信号MCLK，称为主时钟，又称系统时钟（Sys Clock）。

UART

UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter) 通用异步收发器

将计算机内传输的并行数据转换为输出的串行数据流。将计算机外的串行数据转换为字节，供计算机内使用并行数据的设备使用。将奇偶校准位置添加到输出的串行数据流中，并对从外部接收的数据流进行奇偶校准。在输出数据流中添加启停标记，并从接收数据流中删除启停标记。

处理键盘或鼠标发出的中断信号(键盘和鼠票也是串行设备)。计算机和外部串行设备的同步管理可以处理。有一些高端的UART还提供输入输出数据的缓冲区。

手机中常用TXD，RXD，/RTS，/CTS。

GPIO

GPIO (General Purpose Input Output 工业标准用于通用输入/输出或总线扩展器I2C、SMBus?或SPI?接口简化了I/O当微控制器或芯片组器或芯片组不够时I/O端口，或当系统 当需要远端串行通信或控制时，GPIO产品可提供额外的控制和监控功能。

每个GPIO端口可以通过软件分别配置成输入或输出。Maxim的GPIO产品线包括8端口到28端口GPIO，提供推拉输出或漏极开路输出。提供微型3mm x 3mm QFN封装。

GPIO优点(端口扩展器)

低功耗：GPIO具有更低的功率损耗(大约1μA，μC工作电流为100μA)。

集成IIC从机接口：GPIO内置IIC即使在待机模式下，从机接口也能全速工作。

小封装：GPIO该装置提供最小封装尺寸 ― 3mm x 3mm QFN!

低成本：您不必为未使用的功能付费！

快速上市：无需编写额外的代码、文件，无需任何维护工作！

灵活的照明控制：内置多路高分辨率PWM输出。

响应时间可以提前确定：缩短或确定外部事件与中断之间的响应时间。

更好的照明效果：匹配的电流输出确保显示亮度均匀。

布线简单：只需使用两条：IIC总线或3条SPI总线

SDIO

SDIO是SD除了可以连接类型的扩展接口外，还可以连接类型的扩展接口SD除卡外，还可以接受支持SDIO接口设备不仅用于插入存储卡。支持 SDIO接口的PDA，笔记本电脑可以连接象GPS接收器，Wi-Fi或蓝牙适配器，调制解调器，局域网适配器，条型码读取器，FM无线电，电视接收 使用射频身份认证读取器、数码相机等SD标准接口设备。

CAN

JTAG

JTAG (Joint Test Action Group 联合测试行动小组是国际标准测试协议（IEEE 1149.主要用于芯片内部测试。

标准的JTAG接口是4线：TMS、 TCK、TDI、TDO，分别是模式选择、时钟、数据输入和数据输出线。

测试复位信号(TRST,一般来说，低电平是有效的选的第五个端口信号。一个包含JTAG Debug接口模块的CPU，只要时钟正常，就可以通过JTAG接口访问CPU内部寄存器和挂在CPU总线设备，如FLASH，RAM，内置模块的寄存器，像UART，Timers，GPIO等寄存器。

CAN

CAN，全称为“Controller Area Network控制器局域网是世界上应用最广泛的现场总线之一。最初，CAN在车载电子控制装置中，设计用作汽车环境中的微控制器通信ECU之 交换信息，形成汽车电子控制网络。例如：发动机管理系统、变速箱控制器、仪表设备、电子主干系统等CAN控制装置。

一个由CAN 在由总线组成的单一网络中，理论上可以挂接无数节点。在实际应用中，节点数量受网络硬件电气特性的限制。例如，使用时Philips P82C250作为CAN接收器时，允许在同一网络中连接110个节点。CAN 可提供高达1Mbit/s数据传输速率使实时控制非常容易。此外，硬件的错误检定特性也增强了CAN抗电磁干扰能力。

CAN它是一种多主串行通信总线。基本设计规范要求高位速率、高抗电磁干扰性和检测错误。当信号传输距离达到10时Km时，CAN 高达50仍可提供Kbit/s数据传输速率。

由于CAN因此，总线实时性能高，CAN广泛应用于汽车工业、航空工业、工业控制、安全防护等领域。

CAN通信协议主要描述设备之间的信息传输方式。CAN层的定义与开放系统的互连模型（OSI）一致。每一层 与另一台设备上相同的通信层。

该设备仅通过模型物理层的物理介质进行连接。CAN该规范定义了模型的底部两层：数字 根据链路层和物理层。

下表显示OSI各层开放式互连模型。应用层协议可以由CAN将用户定义为任何适合特殊工业领域的解决方案。

表1 OSI 开放系统互连模型

7	应用层	用于信息交换的最高用户软件网络终端DeviceNet
6	表示层	将两个应用不同数据格式的系统信息转化为能共同理解的格式
5	会话层	依靠低层通信功能有效传输数据
4	传输层	数据传输控制操作如数据重发数据错误修复
3	网络层	规定了建立、维护和拆除网络连接的协议，如路由和寻址
2	数据链路层	介质上传输的数据位置的排列和组织，如数据验证和帧结构
1	物理层	电气特性和信号交换解释等规定通信介质的物理特性

CAN双绞线、光纤等光纤等多种物理介质。最常用的是双绞线。两条信号线被称为使用差分电压传输信号CAN_H”和“CAN_L”， 静态时均是2.5V此时状态表示为逻辑1，也可称为隐性。用CAN_H比CAN_L高表示逻辑0，称为显形 为：CAN_H = 3.5V 和CAN_L = 1.5V 。

CAN 有哪些特点？

CAN它具有非常优越的特点，使人们愿意选择。这些特点包括：

低成本

总线利用率极高

数据传输距离长达10Km)

数据传输速率高达1Mbit/s）

可根据报文ID决定接收或屏蔽报文

错误处理和检错机制可靠

发送的信息被破坏后，可以自动重新发送

当错误严重时，节点具有自动退出总线的功能

报纸不包括源地址或目标地址，只使用标志符指示功能信息和优先级信息

什么是CSMA/CD ?

CSMA/CD载波侦听多路访问/冲突检测（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detect）的缩写。

利 用CSMA访问总线可以输入总线上的信号检测，只有当总线处于空闲状态时，才允许发送。利用这种方法，可以允许多个节点挂接到同一网络上。当检测到一个冲 突位时，所有节点重新回到‘监听’总线状态，直到该冲突时间过后，才开始发送。在总线超载的情况下，这种技术可能会造成发送信号经过许多延迟。为了避免发 送时延，可利用CSMA/CD方式访问总线。当总线上有两个节点同时进行发送时，必须通过“无损的逐位仲裁”方法来使有最高优先权的的报文优先发送。在 CAN总线上发送的每一条报文都具有唯一的一个11位或29位数字的ID。CAN总线状态取决于二进制数‘0’而不是‘1’，所以ID号越小，则该报文拥 有越高的优先权。因此一个为全‘0’标志符的报文具有总线上的最高级优先权。可用另外的方法来解释：在消息冲突的位置，第一个节点发送0而另外的节点发送 1，那么发送0的节点将取得总线的控制权，并且能够成功的发送出它的信息。

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CAN的高层协议

CAN的高层协议（也可理 解为应用层协议）是一种在现有的底层协议（物理层和数据链路层）之上实现的协议。高层协议是在CAN规范的基础上发展起来的应用层。许多系统（像汽车工 业）中，可以特别制定一个合适的应用层，但对于许多的行业来说，这种方法是不经济的。一些组织已经研究并开放了应用层标准，以使系统的综合应用变得十分容 易。

一些可使用的CAN高层协议有：

制定组织 主要高层协议

CiA           CAL协议

CiA           CANOpen协议

ODVA       DeviceNet 协议

Honeywell  SDS 协议

Kvaser       CANKingdom协议

什么是标准格式CAN和扩展格式CAN?

标准CAN的标志符长度是11位，而扩展格式CAN的标志符长度可达29位。CAN 协议的2.0A版本规定CAN控制器必须有一个11位的标志符。同时，在2.0B版本中规定，CAN控制器的标志符长度可以是11位或29位。遵循 CAN2.0B协议的CAN控制器可以发送和接收11位标识符的标准格式报文或29位标识符的扩展格式报文。如果禁止CAN2.0B,则CAN 控制器只能发送和接收11位标识符的标准格式报文，而忽略扩展格式的报文结构，但不会出现错误。

目前，Philips公司主要推广的CAN独立控制器均支持CAN2.0B协议，即支持29位标识符的扩展格式报文结构。