SPI、I2C、UART、I2S、GPIO、SDIO、CAN，你能分清楚嗎

外圍裝置的io控制方式分哪幾類 各有什麼特點

匯流排，匯流排，總要陷進裡面。這世界上的訊號都一樣，但是匯流排卻成千上萬，讓人頭疼。

總的來說，匯流排有三種：內部匯流排、系統匯流排和外部匯流排。內部匯流排是微機內部各外圍晶片與處理器之間的匯流排，用於晶片一級的互連；而系統匯流排是微機中各外掛板與系統板之間的匯流排，用於外掛板一級的互連；外部匯流排則是微機和外部裝置之間的匯流排，微機作為一種裝置，透過該匯流排和其他裝置進行資訊與資料交換，它用於裝置一級的互連。

除了匯流排外，還有一些介面，它們是多種匯流排的集合體，或者說來者不拒。

SPI (Serial Peripheral Interface)：MOTOROLA公司提出的同步序列匯流排方式。高速同步序列口。3～4線介面，收發獨立、可同步進行。

因其硬體功能強大而被廣泛應用。在微控制器組成的智慧儀器和測控系統中。如果對速度要求不高，採用SPI匯流排模式是個不錯的選擇。它可以節省I/O埠，提高外設的數目和系統的效能。標準SPI匯流排由四根線組成：序列時鐘線（SCK）、主機輸入/從機輸出線（MISO）。主機輸出/從機輸入線（MOSI）和片選訊號（CS）。有的SPI介面晶片帶有中斷訊號線或沒有MOSI。

SPI匯流排由三條訊號線組成：序列時鐘（SCLK）、序列資料輸出（SDO）、序列資料輸入（SDI）。SPI匯流排可以實現多個SPI裝置互相連線。提供SPI序列時鐘的SPI裝置為SPI主機或主裝置（Master），其他裝置為SPI從機或從裝置（Slave）。主從裝置間可以實現全雙工通訊，當有多個從裝置時，還可以增加一條從裝置選擇線。如果用通用IO口模擬SPI匯流排，必須要有一個輸出口（SDO），一個輸入口（SDI），另一個口則視實現的裝置型別而定，如果要實現主從裝置，則需輸入輸出口，若只實現主裝置，則需輸出口即可，若只實現從裝置，則只需輸入口即可。

I2C (Inter－Integrated Circuit)：由PHILIPS公司開發的兩線式序列匯流排，用於連線微控制器及其外圍裝置。

I2C匯流排用兩條線（SDA和SCL）在匯流排和裝置之間傳遞資訊，在微控制器和外部裝置之間進行序列通訊或在主裝置和從裝置之間的雙向資料傳送。I2C是OD輸出的，大部分I2C都是2線的（時鐘和資料），一般用來傳輸控制訊號。

I2C是多主控匯流排，所以任何一個裝置都能像主控器一樣工作，並控制匯流排。總線上每一個裝置都有一個獨一無二的地址，根據裝置它們自己的能力，它們可以作為發射器或接收器工作。多路微控制器能在同一個I2C總線上共存。

UART：通用非同步序列口，按照標準波特率完成雙向通訊，速度慢。

UART匯流排是非同步串列埠，因此一般比前兩種同步串列埠的結構要複雜很多，一般由波特率產生器（產生的波特率等於傳輸波特率的16倍）、UART接收器、UART傳送器組成，硬體上由兩根線，一根用於傳送，一根用於接收。

UART是用於控制計算機與序列裝置的晶片。有一點要注意的是，它提供了RS-232C資料終端裝置介面，這樣計算機就可以和調變解調器或其它使用RS-232C介面的序列裝置通訊了。作為介面的一部分，UART還提供以下功能：

將由計算機內部傳送過來的並行資料轉換為輸出的序列資料流。將計算機外部來的序列資料轉換為位元組，供計算機內部使用並行資料的器件使用。在輸出的序列資料流中加入奇偶校驗位，並對從外部接收的資料流進行奇偶校驗。在輸出資料流中加入啟停標記，並從接收資料流中刪除啟停標記。處理由鍵盤或滑鼠發出的中斷訊號（鍵盤和滑鼠也是序列裝置）。可以處理計算機與外部序列裝置的同步管理問題。有一些比較高檔的UART還提供輸入輸出資料的緩衝區，現在比較新的UART是16550，它可以在計算機需要處理資料前在其緩衝區記憶體儲16位元組資料，而通常的UART是8250。現在如果您購買一個內建的調變解調器，此調變解調器內部通常就會有16550 UART。

SPI、I2C和UART做個比較

SPI 和I2C這兩種通訊方式都是短距離的，晶片和晶片之間或者其他元器件如感測器和晶片之間的通訊。SPI和IIC是板上通訊，IIC有時也會做板間通訊，不過距離甚短，不過超過一米，例如一些觸控式螢幕，手機液晶屏那些薄膜排線很多用IIC，I2C能用於替代標準的並行匯流排，能連線的各種積體電路和功能模組。I2C是多主控匯流排，所以任何一個裝置都能像主控器一樣工作，並控制匯流排。總線上每一個裝置都有一個獨一無二的地址，根據裝置它們自己的能力，它們可以作為發射器或接收器工作。多路微控制器能在同一個I2C總線上共存這兩種線屬於低速傳輸。

而UART是應用於兩個裝置之間的通訊，如用微控制器做好的裝置和計算機的通訊。這樣的通訊可以做長距離的。UART速度比上面兩者者快，最高達100K左右，用與計算機與裝置或者計算機和計算之間通訊，但有效範圍不會很長，約10米左右，UART優點是支援面廣，程式設計結構很簡單，隨著USB的發展，UART也逐漸走向下坡。

I2S（Inter-IC Sound Bus）是飛利浦公司為數字音訊裝置之間的音訊 資料傳輸而制定的一種匯流排標準。

I2S則大部分是3線的（除了時鐘和資料外，還有一個左右聲道的選擇訊號），I2S主要用來傳輸音訊訊號。如STB、DVD、MP3等常用

I2S標準中，既規定了硬體介面規範，也規定了數字音訊資料的格式。I2S有3個主要訊號：1）序列時鐘SCLK，也叫位時鐘（BCLK），即對應數字音訊的每一位資料，SCLK都有1個脈衝。SCLK的頻率=2×取樣頻率×取樣位數。2）幀時鐘LRCK，（也稱WS），用於切換左右聲道的資料。LRCK為“1”表示正在傳輸的是左聲道的資料，為“0”則表示正在傳輸的是右聲道的資料。LRCK的頻率等於取樣頻率。3） 序列資料SDATA，就是用二進位制補碼錶示的音訊資料。

有時為了使系統間能夠更好地同步，還需要另外傳輸一個訊號MCLK，稱為主時鐘，也叫系統時鐘（Sys Clock），是取樣頻率的256倍或384倍。

GPIO (General Purpose Input Output 通用輸入/輸出)或匯流排擴充套件器，利用工業標準I2C、SMBus或SPI介面簡化了I/O口的擴充套件。

當微控制器或晶片組沒有足夠的I/O埠，或當系統 需要採用遠端序列通訊或控制時，GPIO產品能夠提供額外的控制和監視功能。每個GPIO埠可透過軟體分別配置成輸入或輸出。Maxim的GPIO產品線包括8埠至28埠的GPIO，提供推輓式輸出或漏極開路輸出。提供微型3mm x 3mm QFN封裝。

GPIO的優點(埠擴充套件器)：

低功耗：GPIO具有更低的功率損耗（大約1μA，μC的工作電流則為100μA）。

整合IIC從機介面：GPIO內建IIC從機介面，即使在待機模式下也能夠全速工作。

小封裝：GPIO器件提供最小的封裝尺寸 ― 3mm x 3mm QFN！

低成本：您不用為沒有使用的功能買單！

快速上市：不需要編寫額外的程式碼、文件，不需要任何維護工作！

靈活的燈光控制：內建多路高解析度的PWM輸出。

可預先確定響應時間：縮短或確定外部事件與中斷之間的響應時間。

更好的燈光效果：匹配的電流輸出確保均勻的顯示亮度。

佈線簡單：僅需使用2條IIC匯流排或3條SPI匯流排

SDIO

SDIO是SD型的擴充套件介面，除了可以接SD卡外，還可以接支援SDIO介面的裝置，插口的用途不止是插儲存卡。支援 SDIO介面的PDA，膝上型電腦等都可以連線象GPS接收器，Wi-Fi或藍芽介面卡，調變解調器，區域網介面卡，條型碼讀取器，FM無線電，電視接收 器，射頻身份認證讀取器，或者數碼相機等等採用SD標準介面的裝置。

SDIO協議是由SD卡的協議演化升級而來的，很多地方保留了SD卡的讀寫協議，同時SDIO協議又在SD卡協議之上添加了CMD52和CMD53命令。由於這個，SDIO和SD卡規範間的一個重要區別是增加了低速標準，低速卡的目標應用是以最小的硬體開始來支援低速I/O能力。低速卡支援類似調變解調器，條形碼掃描器和GPS接收器等應用。高速卡支援網絡卡，電視卡還有“組合”卡等，組合卡指的是儲存器+SDIO。

SDIO和SD卡的SPEC間的又一個重要區別是增加了低速標準。SDIO卡只需要SPI和1位SD傳輸模式。低速卡的目標應用是以最小的硬體開支來支援低速I/O能力，低速卡支援類似MODEM，條形掃描器和GPS接收器等應用。對組合卡來說，全速和4BIT操作對卡記憶體儲器和SDIO部分都是強制要求的。

在非組合卡的SDIO裝置裡，其最高速度要只有達到25M，而組合卡的最高速度同SD卡的最高速度一樣，要高於25M。

CAN

CAN，全稱為“Controller Area Network”，即控制器區域網，是國際上應用最廣泛的現場匯流排之一。最初，CAN被設計作為汽車環境中的微控制器通訊，在車載各電子控制裝置ECU之 間交換資訊，形成汽車電子控制網路。比如：發動機管理系統、變速箱控制器、儀表裝備、電子主幹系統中，均嵌入CAN控制裝置。

一個由CAN 匯流排構成的單一網路中，理論上可以掛接無數個節點。實際應用中，節點數目受網路硬體的電氣特性所限制。例如，當使用Philips P82C250作為CAN收發器時，同一網路中允許掛接110個節點。CAN 可提供高達1Mbit/s的資料傳輸速率，這使實時控制變得非常容易。另外，硬體的錯誤檢定特性也增強了CAN的抗電磁干擾能力。

CAN匯流排的特點：

1）可以多主方式工作，網路上任意一個節點均可以在任意時刻主動地向網路上的其他節點發送資訊，而不分主從，通訊方式靈活。

2）網路上的節點可分成不同的優先順序，可以滿足不同的實時要求。

3）採用非破壞性位仲裁匯流排結構機制，當兩個節點同時向網路上傳送資訊時，優先順序低的節點主動停止資料傳送，而優先順序高的節點可不受影響地繼續傳送資料。

4）可以點對點，一點對多點及全域性廣播幾種傳送方式接收資料。

5）直接通訊距離最遠可達10km（速率4Kbps以下）。

6）通訊速率最高可達1MB/s（此時距離最長40m）。

終於講完這些像繞口令一樣的名詞了，問題是你明白了嗎？