介紹一下I2C和SPI兩種常見的通信協(xié)議之間區(qū)別

在與ECU或者嵌入式相關(guān)的工作中, 我們肯定會(huì)接觸到各種通信協(xié)議, 很多協(xié)議有很多類似的地方, 也容易混淆. 本文來(lái)介紹一下兩種常見的通信協(xié)議之間的區(qū)別.

I2C 和 SPI 都是允許用戶進(jìn)行短距離串行數(shù)據(jù)傳輸?shù)目偩€協(xié)議. I2C 是飛利浦（現(xiàn)在的 NXP）制定的兩線通信, 而 SPI 是由摩托羅拉制定的. 這兩種協(xié)議通常用于智能手機(jī)、電視和筆記本電腦等電子設(shè)備, 以控制電源管理芯片、存儲(chǔ)設(shè)備、輸入設(shè)備等外圍設(shè)備.

什么是I2C？

I2C 是一種串行通信協(xié)議. 它為慢速設(shè)備提供了良好的支持, 例如 EEPROM、ADC 和 RTC 等. I2c 不僅可以用于單板, 還可以用于其他通過電纜與板連接的外部組件.

I2C 基本上是一種兩線通信協(xié)議. 它僅使用兩線進(jìn)行通信. 其中一根線用于數(shù)據(jù)（SDA）, 另一根線用于時(shí)鐘（SCL).

在 I2C 中, 兩條總線都是雙向的, 這意味著主機(jī)能夠發(fā)送和接收來(lái)自從機(jī)的數(shù)據(jù). 時(shí)鐘總線由主機(jī)控制, 但在某些情況下, 從機(jī)也能夠抑制時(shí)鐘信號(hào).

此外，I2C總線用于各種控制架構(gòu), 例如SMBus（系統(tǒng)管理總線）、PMBus（電源管理總線）、IPMI（智能平臺(tái)管理接口）等.

I2C通信協(xié)議的優(yōu)點(diǎn)

I2C協(xié)議有很多優(yōu)點(diǎn), 讓用戶在很多應(yīng)用中不得不使用I2C協(xié)議. 下面是I2C的主要優(yōu)點(diǎn):

• 它是同步通信協(xié)議, 因此主從不需要精確的振蕩器.
• 它只需要兩根線, 一根線用于數(shù)據(jù)（SDA), 另一根線用于時(shí)鐘（SCL).
• 它為用戶提供了根據(jù)要求選擇傳輸速率的靈活性.
• 在 I2C 總線中, 總線上的每個(gè)設(shè)備都可以獨(dú)立尋址.
• 它遵循主從關(guān)系.
• 它能夠處理 I2C 總線上的多個(gè)主機(jī)和多個(gè)從機(jī).
• I2C 具有一些重要的特性, 例如仲裁、時(shí)鐘同步和時(shí)鐘延長(zhǎng).
• I2C 提供 ACK/NACK（確認(rèn)/不確認(rèn)）功能, 可幫助處理錯(cuò)誤.

I2C 通信協(xié)議的缺點(diǎn)

I2C 協(xié)議有很多優(yōu)點(diǎn), 但除此之外, I2C 也有一些限制:

• 由于開漏拓?fù)? 它比其他串行通信總線消耗更多的功率.
• 它僅適用于短距離.
• I2C 協(xié)議對(duì)從機(jī)的數(shù)量有一定的限制, 從機(jī)的數(shù)量取決于 I2C 總線的電容.
• 它只提供一些有限的通信速度, 如 100 kbit/s、400 kbit/s 等.
• 在 I2c 中, 設(shè)備可以設(shè)置它們的通信速度, 運(yùn)行速度較慢的設(shè)備可以延遲速度較快的設(shè)備的運(yùn)行.

什么是SPI？

串行外設(shè)接口是基于四線的全雙工通信協(xié)議, 這些線通常稱為 MOSI（主出從入）、MISO（主進(jìn)從出）、SCL（由主產(chǎn)生的串行時(shí)鐘）和 SS（從 選擇線, 用于在通信過程中選擇特定的從站).

SPI 遵循主從架構(gòu), 通信始終由主機(jī)啟動(dòng). 與 I2C 一樣, 它也是一種同步通信協(xié)議, 因?yàn)闀r(shí)鐘由主從共享.

SPI 只支持多從機(jī), 不支持多主機(jī), 從機(jī)由從機(jī)選擇信號(hào)選擇. 在 SPI 通信期間, 數(shù)據(jù)通過移位寄存器從主機(jī)移出, 反之亦然.

SPI通訊協(xié)議的優(yōu)點(diǎn)

• 沒有起始位和停止位, 因此數(shù)據(jù)可以不間斷地連續(xù)流式傳輸.
• 它支持全雙工.
• 從設(shè)備中不需要精密振蕩器, 因?yàn)樗褂弥鲿r(shí)鐘.
• 沒有像 I2C 這樣復(fù)雜的從機(jī)尋址系統(tǒng).
• 比 I2C 更高的數(shù)據(jù)傳輸速率（幾乎是 I2C 的兩倍).
• 將 MISO 和 MOSI 線分開, 因此可以同時(shí)發(fā)送和接收數(shù)據(jù).
• 簡(jiǎn)單的軟件實(shí)現(xiàn).

SPI通訊協(xié)議的缺點(diǎn)

• 如果通信中的從站不止一個(gè), 那么接線會(huì)很復(fù)雜.
• 使用四根線（I2C 和 UART 使用兩根).
• 不確認(rèn)數(shù)據(jù)已成功接收（I2C 具有此功能).
• 沒有像 UART 中的奇偶校驗(yàn)位那樣的錯(cuò)誤檢查形式.
• 它只允許一個(gè)主機(jī).

在嵌入式系統(tǒng)中, I2C和SPI都扮演著重要的角色. 這兩種通信協(xié)議都是同步通信的例子, 但仍然有一些重要的區(qū)別. 在下表中, 我指出了 SPI 和I2C（SPI 與 I2C)之間的一些常見差異.

下表直觀的對(duì)I2C 和 SPI 進(jìn)行一個(gè)對(duì)比: