通讯协议 on Rancho's Notes

常用的通信协议

Mon, 09 May 2022 13:38:00 +0000

常用通讯协议(SPI、IIC、UART)；

一、USART和UART:

USART:通用同步异步收发器，USART是一个串行通信设备，可以灵活地与外部设备进行全双工数据交换。

UART: 通用异步收发器，异步串行通信口(UART)就是我们在嵌入式中常说的串口，它还是一种通用的数据通信议。

异步通讯时二者无区别，同步通讯时USART可以提供主动时钟。

均为全双工通信。

起始位：先发出一个逻辑”0”的信号，表示传输数据的开始。数据位：传输N bits。校验位(可选)：数据位加上这一位后，使得“1”的位数应为偶数(偶校验)或奇数(奇校验)，以此来校验数据传送的正确性。如传输“A”(01000001)为例,”A”字符的8个bit位中有两个1。当为奇数校验时该位为1；当为偶数校验时该位为0。停止位：它是一帧数据的结束标志。可以是1bit、1.5bit、2bit的空闲电平。空闲位：没有数据传输时线路上的电平状态。为逻辑1。传输方向：即数据是从高位(MSB)开始传输还是从低位(LSB)开始传输。比如传输“A”如果是MSB那么就是01000001，如果是LSB那么就是10000010 帧间隔：即传送数据的帧与帧之间的间隔大小，可以以位为计量也可以用时间(知道波特率那么位数和时间可以换算)。比如传送”A”完后，这为一帧数据，再传”B”，那么A与B之间的间隔即为帧间隔。波特率定义：有效数据信号调制载波的速率，每秒传输1或0的个数；例如：串口传输速率为9600bps，每秒可传输多少字节？起始位：1 数据位：8 停止位：1 校验位：0 传输1字节数据，需要传输10bit，因此： 9600 ÷ 10 = 960Byte

二、IIC通讯协议：

IIC协议为半双工协议。

全双工指在发送数据的同时也能够接收数据；

半双工就是指一个时间段内只有一个动作发生；

数据有效传输在scl信号的高电平期间，sda数据线保持稳定，在scl为低电平时允许sda数据线变化。

起始条件在scl为高电平期间，sda出现下降沿，则为起始信号。

结束条件在scl为高电平期间，sda出现上升沿，则为结束信号。

注意：注意起始和终止信号都是由主机发出的，总线在起始条件之后，视为忙状态，在停止条件之后被视为空闲状态。应答（ACK，Acknowledgement）。即确认字符，在数据通信中，接收站发给发送站的一种传输类控制字符。主机每向从机发送完一个字节的数据，主机总是需要等待从机给出一个应答信号，来确认从机是否成功接收到了数据，从机应答主机所需要的时钟也是由主机提供的，应答出现在每一次主机完成8个数据位传输后紧跟着的时钟周期，低电平0表示应答，1表示非应答。，需要应答时，数据发出方将SDA总线设置为3态输入，由于IIC总线上有上拉电阻，因此此时总线默认高电平，若数据接收方正确接收到数据，则数据接收方将SDA总线拉低，以示正确应答。

IIC传输时时从MSB开始传输到LSB结束。MSB是Most Significant Bit的缩写，最高有效位。在二进制数中，MSB是最高加权位。与十进制数字中最左边的一位类似。通常，MSB位于二进制数的最左侧，LSB位于二进制数的最右侧。LSB，英文 least significant bit，中文义最低有效位。

写时序：

ID_Address, REG_Address, W_REG_Data

产生start位；传送器件地址ID_Address，器件地址的最后一位为数据的传输方向位，R/W，低电平0表示主机往从机写数据（W），1表示主机从从机读数据（R）。ACK应答，应答是从机发送给主机的应答，这里不用管；传送写入器件寄存器地址，即数据要写入的位置。同样ACK应答不用管；传送要写入的数据。ACK应答不用管；产生stop信号；

读时序：

{ID_Address + REG_Address} + {ID_Address + R_REG_Data}

产生start信号传送器件地址（写ID_Address），ACK。传送字地址（写REG_Address），ACK。再次产生start信号再传送一次器件地址，ACK。读取一个字节的数据，读数据最后结束前无应答ACK信号。产生stop信号。

CAN通讯解析

Sun, 08 May 2022 02:52:45 +0000

CAN通讯解析；

控制器局域网 (Controller Area Network，简称CAN或者CAN bus) 是一种功能丰富的车用总线标准。被设计用于在不需要主机（Host）的情况下，允许网络上的单片机和仪器相互通信。它基于[消息传递协议，设计之初在车辆上采用复用通信线缆，以降低铜线使用量，后来也被其他行业所使用。

CAN创建在基于信息导向传输协定的广播机制（Broadcast Communication Mechanism）上。其根据信息的内容，利用信息标志符（Message Identifier，每个标志符在整个网络中独一无二）来定义内容和消息的优先顺序进行传递，而并非指派特定站点地址（Station Address）的方式。

因此，CAN拥有了良好的弹性调整能力，可以在现有网络中增加节点而不用在软、硬件上做出调整。除此之外，消息的传递不基于特殊种类的节点，增加了升级网络的便利性。

架构：

CAN是一个用于连接电子控制单元（ECU）的多主机串行总线标准。电子控制单元有时也被称作节点。CAN网络上需要至少两个节点才可进行通信。节点的复杂程度可以只是简单的输入输出设备，也可以是包含有CAN交互器并搭载了软件的嵌入式组件。节点还可能是一个网关，允许普通计算机通过USB或以太网端口与CAN网络上的设备通信。

所有节点通过两根平行的总线连接在一起。两条电线组成一条双绞线，并且接有120Ω的特性阻抗。

ISO 11898-2，也称为高速度CAN。它在总线的两端均接有120Ω电阻。

高速CAN网络 ISO 11898-2

高速CAN总线在传输显性（0）信号时，会将CAN_H端抬向5V高电平，将CAN_L拉向0V低电平。当传输隐性（1)信号时，并不会驱动CAN_H或者CAN_L端。显性信号CAN_H和CAN_L两端差分标称电压为2V。终端电阻在没有驱动时，将差分标称电压降回0V。显性信号（0）的共模电压需要在1.5V到3.5V之间。隐性信号（1）的共模电压需要在+/-12V。

高速CAN信令 ISO 11898-2

ISO 11898-3，也被称作低速或者容错CAN。它使用线性主线，星形主线或者连接到一个线性主线上的多星结构主线著称。每个节点都有终端电阻作为全局终端电阻的一部分。全局终端电阻不应低于100 Ω。

低速容错CAN网络 ISO 11898-3

低速/容错CAN信号在传输显性信号（0）时，驱动CANH端抬向5V，将CANL端降向0V。在传输隐性信号（1）时并不驱动CAN 总线的任何一端。在电源电压Vcc为5V时，显性信号差分电压需要大于2.3V，隐性信号的差分电压需要小于0.6V。CAN总线两端未被驱动时，终端电阻使CANL端回归到RTH电压（当电源电压Vcc为5V时，RTH电压至少为Vcc-0.3V=4.7V），同时使CANH端回归至RTL电压（RTL电压最大为0.3V）。两根线需要能够承受-27V至40V的电压而不被损坏。

低速CAN信令 ISO 11898-3

在高速和低速CAN中,从隐性信号向显性信号过渡的速度更快，因为此时CAN线缆被主动积极地驱动。显性向隐性的过渡速度主要取决于CAN网络的长度和导线的电容。

高速CAN通常被用于汽车和工业应用，在这些应用环境中，总线通常从一端横跨至另一端。容错CAN总线则经常被用在需要连接在一起的一组节点。

ISO规格只要求总线共模电压必须保持在最小和最大范围内，但不定义如何将总线电压保持在这个范围。

CAN总线必须使用终端电阻。终端电阻可以用来抑制信号反射，同时可以使总线电压回到隐性状态或者闲置状态。

高速CAN在总线两端使用120Ω电阻。低速CAN在每个节点均使用电阻。也有其他类型的终端，例如ISO 11783中定义了终端偏压电路。

终端偏压电路使用由4条导线组成的线缆，除了CAN信号线以外还有电源线和地线。这在每段总线两端提供自动偏压和终端功能。ISO11783网络是专为热拔插总线段和电子控制单元设计的。

CAN通信节点：

每个节点需要:

中央处理器、微处理器或主处理器处理主机决定收到的信息的意思以及想要传输的信息。
传感器、驱动器和控制设备可以与主处理器连接。
CAN控制器；通常是集成单片机的一部分接收：CAN控制器将从总线上接收的串位字节存储直到整个消息可用，之后主处理器可以获取这个消息（通常由于CAN控制器触发一个中断）。
发送：主处理器发送传递信息到CAN控制器，之后当总线空闲时将串位信息传递至总线。
收发器；由ISO11898-2/3介质访问单元（MAU）标准定义接收：把数据流从CAN总线层转换成CAN控制器可以使用的标准。 CAN控制器通常配有保护电路。
传输：把来自CAN控制器的数据流转换至CAN总线层。

每个节点能够发送和接收信息，但不是同时进行的。一个消息或帧主要包括标识符(ID)，它表示信息的优先级，最多八个数据字节。CRC、ACK和其他帧部分也是消息的一部分。改进了的CAN FD将每个帧拓展至最多64字节。消息采用不归零(NRZ)格式串联传送到主线并可被所有节点接收。

被CAN网络连接的设备通常是传感器，驱动器和其他控制设备。这些设备通过一个中央处理器、一个CAN控制器和一个CAN接收器连接至总线。

数据传输：

CAN数据传输如果出现争执，将会使用无损位仲裁解决办法。该仲裁法要求CAN网络上的所有节点同步，对每一位的采样都在同一时间。这就是为什么有人称之为CAN同步。然而，同步这个术语在此并不精确，因为数据以异步格式传输而不包含时钟信号。