大家好，又到了每日學習的時候了。今天我們來聊一聊總線接口。
一、I2C總線
I2C總線是PHLIPS公司推出的一種串行總線，是具備多主機系統(tǒng)所需的總線裁決和高低速器件同步功能的高性能串行總線,使用兩根雙向I/O線：SCL（串行時鐘線）和SDA（串行數(shù)據(jù)線）。 該總線主要是用來連接整體電路(ICS) ，I2C是一種多向控制總線，也就是說多個芯片可以連接到同一總線結(jié)構(gòu)下，同時每個芯片都可以作為實施數(shù)據(jù)傳輸?shù)目刂圃?。這種方式簡化了信號傳輸總線。主從之分，可以掛在多個slave設(shè)備。每一個I2C總線器件內(nèi)部的SDA、SCL引腳電路結(jié)構(gòu)都是一樣的，引腳的輸出驅(qū)動與輸入緩沖連在一起。其中輸出為漏極開路的場效應(yīng)管、輸入緩沖為一只高輸入阻抗的同相器。


這種電路具有兩個特點：
（1）由于 SDA、SCL 為漏極開路結(jié)構(gòu)，借助于外部的上拉電阻實現(xiàn)了信號的“線與”邏輯；
（2）引腳在輸出信號的同時還將引腳上的電平進行檢測，檢測是否與剛才輸出一致。為 “時鐘同步”和“總線仲裁”提供硬件基礎(chǔ)。
如果從機希望主機降低傳送速度可以通過將SCL主動拉低延長其低電平時間的方法來通知主機，當主機在準備下一次傳送發(fā)現(xiàn)SCL的電平被拉低時就進行等待，直至從機完成操作并釋放SCL線的控制控制權(quán)。這樣以來，主機實際上受到從機的時鐘同步控制?？梢奡CL線上的低電平是由時鐘低電平最長的器件決定；高電平的時間由高電平時間最短的器件決定。這就是時鐘同步，它解決了I2C總線的速度同步問題。

二、SPI總線
SPI(Serial Peripheral Interface--串行外設(shè)接口)總線系統(tǒng)是一種同步串行外設(shè)接口，它可以使MCU與各種外圍設(shè)備以串行方式進行通信以交換信息。該接口一般使用4條線。SPI的三個寄存器為：控制寄存器SPCR，狀態(tài)寄存器SPSR，數(shù)據(jù)寄存器SPDR。
SPI接口是在CPU和外圍低速器件之間進行同步串行數(shù)據(jù)傳輸，在主器件的移位脈沖下，數(shù)據(jù)按位傳輸，高位在前，低位在后，為全雙工通信，數(shù)據(jù)傳輸速度總體來說比I2C總線要快，速度可達到幾Mbps。

SPI總線定義：
（1）MOSI – 主器件數(shù)據(jù)輸出，從器件數(shù)據(jù)輸入
（2）MISO – 主器件數(shù)據(jù)輸入，從器件數(shù)據(jù)輸出
（3）SCLK –時鐘信號，由主器件產(chǎn)生,最大為fPCLK/2，從模式頻率最大為fCPU/2
（4）NSS – 從器件使能信號，由主器件控制,有的IC會標注為CS(Chip select)
在點對點的通信中，SPI接口不需要進行尋址操作，且為全雙工通信，顯得簡單高效。在多個從器件的系統(tǒng)中，每個從器件需要獨立的使能信號，硬件上比I2C系統(tǒng)要稍微復雜一些。
SPI接口在內(nèi)部硬件實際上是兩個簡單的移位寄存器，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)為8位，在主器件產(chǎn)生的從器件使能信號和移位脈沖下，按位傳輸，高位在前，低位在后。數(shù)據(jù)在SCLK的上升沿上改變，同時一位數(shù)據(jù)被存入移位寄存器。
SPI有四種工作模式, CPOL和CPHA分別都可以是0或時1：
CPOL: (Clock Polarity),時鐘極性。當CPOL為0時,時鐘空閑時電平為低;當CPOL為1時,時鐘空閑時電平為高;
CPHA Clock Phase),時鐘相位。當CPHA為0時,時鐘的上升沿采集數(shù)據(jù)，時鐘周期的下降沿輸出數(shù)據(jù);當CPHA為1時,時鐘的下降沿采集數(shù)據(jù)，時鐘周期的上升沿輸出數(shù)據(jù);

三、RS232、RS422、RS485總線
RS232：由電子工業(yè)協(xié)會(Electronic Industries Association，EIA) 所制定的異步傳輸標準接口。通常 RS-232 接口以9個引腳 (DB-9) 或是25個引腳 (DB-25) 的型態(tài)出現(xiàn)，一般個人計算機上會有兩組 RS-232 接口，分別稱為 COM1 和 COM2。它定義了數(shù)據(jù)終端設(shè)備(DTE)和數(shù)據(jù)通信設(shè)備(DCE)之間的串行連結(jié)。是串行通信接口標準。
RS-422：是平衡電壓數(shù)字接口電路。在相同傳輸線上連接多個接收節(jié)點，最多可接256個節(jié)點。即一個主設(shè)備（Master），其余為從設(shè)備（Slave）。RS-422支持點對多的雙向通信。是并行通信接口標準。
RS485：是兩線制（多采用屏蔽雙絞線）傳輸。是主從通信方式，即一個主機帶多個從機。很多情況下，連接RS-485通信鏈路時只是簡單地用一對雙絞線將各個接口的“A”、“B”端連接起來。RS485接口連接器采用DB-9的9芯插頭座，與智能終端RS485接口采用DB-9（孔），與鍵盤連接的鍵盤接口RS485采用DB-9（針）。

RS232、RS422、RS485的區(qū)別：
a.通信距離的不同：
1.RS232最多傳輸15米。
2.RS-422是差模傳輸，抗干擾能力強，能傳1200米。
3.RS485最大的通信距離約為1219m。
b.邏輯表示的不同：
1.RS232使用-12V表示邏輯1，12V表示0，全雙工，最少3條通信線（RX,TX,GND），因為使用絕對電壓表示邏輯，由于干擾，導線電阻等原因，通訊距離不遠。
2.RS422，使用TTL差動電平表示邏輯，就是兩根的電壓差表示邏 輯，RS422定義為全雙工的，所以最少要4根通信線（一般額外地多一根地線），一個驅(qū)動器可以驅(qū)動最多10個接收器（即接收器為1/10單位負載），通訊距離與通訊速率有關(guān)系，一般距離短時可以使用高速率進行通信，速率低時可以進行較遠距離通信。
3.RS485，絕大部分繼承了422，主要的差別是RS485可以是半雙工的，而且一個驅(qū)動器的驅(qū)動能力至少可以驅(qū)動32個接收器（即接收器為1/32單位負載），當使用阻抗更高的接收器時可以驅(qū)動更多的接收器。所以現(xiàn)在大多數(shù)全雙工485驅(qū)動/接收器對都是標：RS422/485的，因為全雙工RS485的驅(qū)動/接收器對一定可以用在RS422網(wǎng)絡(luò)。

四、USB
USB，是英文Universal Serial Bus（通用串行總線）的縮寫，是一個外部總線標準，用于規(guī)范電腦與外部設(shè)備的連接和通訊。是應(yīng)用在PC領(lǐng)域的接口技術(shù)。USB接口支持設(shè)備的即插即用和熱插拔功能。USB是一種統(tǒng)一的傳輸規(guī)范，但是接口有許多種，最常見的就是咱們電腦上用的那種扁平的，這叫做A型口，里面有4根連線，根據(jù)誰插接誰分為公母接口，一般線上帶的是公口，機器上帶的是母口。USB信號使用分別標記為D+和D-的雙絞線傳輸，它們各自使用半雙工的差分信號并協(xié)同工作，以抵消長導線的電磁干擾。


USB1.1是較為普遍的USB規(guī)范，其高速方式的傳輸速率為12Mbps，低速方式的傳輸速率為1.5Mbps（b是bit的意思），1MB/s（兆字節(jié)/秒）=8MBPS（兆位/秒），12Mbps=1.5MB/s。當前，大部分MP3為此類接口類型。
USB2.0規(guī)范是由USB1.1規(guī)范演變而來的。它的傳輸速率達到了480Mbps，折算為MB為60MB/s，足以滿足大多數(shù)外設(shè)的速率要求。USB 2.0中的“增強主機控制器接口”（EHCI）定義了一個與USB 1.1相兼容的架構(gòu)。它可以用USB 2.0的驅(qū)動程序驅(qū)動USB 1.1設(shè)備。也就是說，所有支持USB 1.1的設(shè)備都可以直接在USB 2.0的接口上使用而不必擔心兼容性問題，而且像USB線、插頭等等附件也都可以直接使用。

五、PCI
PCI即Peripheral Component Interconnect，是一種局部并行總線標準。是由ISA總線發(fā)展而來的。從結(jié)構(gòu)上看，PCI是在CPU的供應(yīng)商和原來的系統(tǒng)總線之間插入的一級總線，具體由一個橋接電路實現(xiàn)對這一層的管理，并實現(xiàn)上下之間的接口以協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)的傳送。
PCI總線是一種樹型結(jié)構(gòu)，并且獨立于CPU總線，可以和CPU總線并行操作。PCI總線上可以掛接PCI設(shè)備和PCI橋片，PCI總線上只允許有一個PCI主設(shè)備，其他的均為PCI 從設(shè)備，而且讀寫操作只能在主從設(shè)備之間進行，從設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換需要通過主設(shè)備中轉(zhuǎn)。PCI總線結(jié)構(gòu)如下圖所示。


PCI總線是一種同步的獨立于處理器的32位或64位局部總線，最高工作頻率為33MHz，峰值速度在32位時為132MB/s，64位時為264MB/s，總線規(guī)范由PCISIG發(fā)布。ISA總線相比，PCI總線和有如下顯著的特點：
（1）高速性
PCI局部總線以33MHz的時鐘頻率操作，采用32位數(shù)據(jù)總線，數(shù)據(jù)傳輸速率可高達132MB/s，遠超過以往各種總線。另外，PCI總線的主設(shè)備（Master）可與微機內(nèi)存直接交換數(shù)據(jù)。
（2）即插即用性
PCI板卡的硬件資源則是由微機根據(jù)其各自的要求統(tǒng)一分配，決不會有任何的沖突問題。
（3）可靠性
與原先微機常用的ISA總線相比，PCI總線增加了奇偶校驗錯（PERR）、系統(tǒng)錯（SERR）、從設(shè)備結(jié)束（STOP）等控制信號及超時處理等可靠性措施，使數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃源鬄樵黾印?br /> （4）復雜性
PCI總線強大的功能大大增加了硬件設(shè)計和軟件開發(fā)的實現(xiàn)難度。硬件上要采用大容量、高速度的CPLD或FPGA芯片來實現(xiàn)PCI總線復雜的功能。軟件上則要根據(jù)所用的操作系統(tǒng)，用軟件工具編制支持即插即用功能酶設(shè)備驅(qū)動程序。
（5）自動配置
當PCI插卡插入系統(tǒng)，BIOS將根據(jù)讀到的有關(guān)該卡的信息，結(jié)合系統(tǒng)的實際情況為插卡分配存儲地址、中斷和某些定時信息。
（6）共享中斷
PCI總線是采用低電平有效方式，多個中斷可以共享一條中斷線，而ISA總線是邊沿觸發(fā)方式。
（7）擴展性好
由于PCI的設(shè)計是要輔助現(xiàn)有的擴展總線標準，因此與ISA，EISA及MCA總線完全兼容。
（8）多路復用
在PCI總線中為了優(yōu)化設(shè)計采用了地址線和數(shù)據(jù)線共用一組物理線路，即多路復用。PCI接插件尺寸小，又采用了多路復用技術(shù)，減少了元件和管腳個數(shù)，提高了效率。
（9）嚴格規(guī)范
PCI總線對協(xié)議、時序、電氣性能、機械性能等指標都有嚴格的規(guī)定，保證了PCI的可靠性和兼容性。

六、PCIE
PCI-Express(peripheral component interconnect express)是一種高速串行計算機擴展總線標準。
在概念上，PCI Express總線是較舊的PCI/ PCI-X總線的高速串行替換。PCI Express總線與舊PCI之間的主要區(qū)別之一是總線拓撲。 PCI使用共享并行總線架構(gòu)，其中PCI主機和所有設(shè)備共享一組通用的地址，數(shù)據(jù)和控制線。 相比之下，PCI Express基于點到點拓撲，單獨的串行鏈路將每個設(shè)備連接到根系統(tǒng)（主機）。 由于其共享總線拓撲，可以對單個方向上的PCI總線進行仲裁（在多個主機的情況下），并且一次限制為一個主機。 此外，舊的PCI時鐘方案將總線時鐘限制在總線上最慢的外設(shè)（不管總線事務(wù)中涉及的設(shè)備如何）。 相比之下，PCI Express總線鏈路支持任何兩個端點之間的全雙工通信，同時跨多個端點的并發(fā)訪問沒有固有的限制。
在總線協(xié)議方面，PCI Express通信封裝在數(shù)據(jù)包中。打包和解包數(shù)據(jù)和狀態(tài)消息流量的工作由PCI Express端口的事務(wù)層處理，電信號和總線協(xié)議的根本差異需要使用不同的機械外形尺寸和擴展連接器（因此，需要新的主板和新的適配器板）; PCI插槽和PCI Express插槽不可互換。
在軟件級別，PCI Express保留與PCI的向后兼容性; 傳統(tǒng)的PCI系統(tǒng)軟件可以檢測和配置較新的PCI Express設(shè)備，而無需顯式支持PCI Express標準，但是新的PCI Express功能無法訪問。兩個設(shè)備之間的PCI Express鏈路可以由1個到32個通道組成。 在多通道鏈路中，分組數(shù)據(jù)在通道上條帶化，并且峰值數(shù)據(jù)吞吐量與整個鏈路寬度成比例。通道計數(shù)在設(shè)備初始化期間自動協(xié)商，并且可以被任一端點限制。
PCI Express在消費者，服務(wù)器和工業(yè)應(yīng)用中運行，作為主板級互連（連接主板外圍設(shè)備），無源背板互連以及作為附加板的擴展卡接口。主要應(yīng)用：外部GPU，存儲設(shè)備，群集互連。

七、網(wǎng)口
網(wǎng)口是網(wǎng)絡(luò)的高速發(fā)展已經(jīng)進入了G時代。主要分為千兆網(wǎng)口和百兆網(wǎng)口，千兆網(wǎng)口是向下兼容的，和百兆的網(wǎng)口也可以連接。
RJ45接口是常用的以太網(wǎng)接口，支持10兆和100兆自適應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)連接速度，RJ45型網(wǎng)線插頭又稱水晶頭，共有八芯做成，廣泛應(yīng)用于局域網(wǎng)和ADSL寬帶上網(wǎng)用戶的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備間網(wǎng)線（稱作五類線或雙絞線）的連接。在具體應(yīng)用時，RJ45型插頭和網(wǎng)線有兩種連接方法（線序），分別稱作T568A線序和T568B線序。


常見的RJ45接口有兩類：用于以太網(wǎng)網(wǎng)卡、路由器以太網(wǎng)接口等的DTE（數(shù)據(jù)終端設(shè)備）類型和用于交換機等的DCE（數(shù)字通信設(shè)備）類型。當兩個類型一樣的設(shè)備使用RJ45接口連接通信時，必須使用交叉線連接。如果DTE類型接口和DTE類型接口相連時不交叉相連引腳，對觸的引腳都是數(shù)據(jù)接收（發(fā)送）引腳，不能進行通信。另外：一些DCE類型設(shè)備會和對方自動協(xié)商，此時連接用直通線或平行線均可。