背景

 接触了一些芯片，发现所有的芯片而言，库和API接口随着芯片，开发环境甚至开发情况，公司都有着明显的区别。基于这种情况的话，了解协议的底层个人觉得是十分必要的，同时也是找工作的必备选项。所以对常见的嵌入式协议做一个个人的总结。

本章节仅仅用于个人的学习和记录。

常见的协议类型

常用的协议（必备）：SPI、IIC、USART、FSMC、8086
相比较少一点协议（特定）：485、CAN、I2S

协议如何学习？

个人学习了多家的嵌入式视频，觉得有一个方法觉得比较清楚：就是一个协议的话，一定是分为协议层和物理层的，所以物理层就是他的接线方式和电器特性，协议层的话就是他的时序。这个说法不一定准确，应为部分协议无所谓接线方式，都能用。

串口

用处：
1.用作打印功能，调试 2.部分的模块的话适用串口，如有名的ESP8266 等
基本知识（自行了解）：
可以看这个
https://blog.csdn.net/weixin_46468790/article/details/107198486
RS-232 标准的COM口(电脑后面的COM口)
电平转换芯片，比较有名的CH340
物理层：
接线比较简单，分为RX和TX，两个IO，其中RX用于接收，TX用于发送数据。
在这里插入图片描述
这里提一个小技巧，串口作为作为比较简单的总线，排查很简答：1.接线有问题 2.波特率有问题 3.挂载的总线时钟设置有问题 4.串口调试软件出问题

协议层：在这里插入图片描述

波特率（我觉得可以理解为解码方式，双方约定的）
用虚线分开的每一格就是代表一个码元。
通讯的起始和停止信号
数据包的起始信号由一个逻辑0 的数据位表示，而数据包的停止信号可由0.5、1、1.5 或2 个逻辑1 的数据位表示
有效数据
有效数据的长度常被约定为5、6、7 或8 位长。
数据校验
奇校验(odd)、偶校验(even)、0 校验(space)、1 校验(mark)以及无校验(noparity)，它
奇校验(odd)就是有效数据1的个数+校验位 =奇数同理
偶校验(even)为有效数据1的个数+校验位 =偶数
0 校验(space)始终为0 01校验(space)始终为1 在无校验的情况下，数据包中不包含校验位。

IIC

用处：作为常见的通信协议，常用于控制传感器和外设
基本知识（自行了解）：
硬件IIC
软件IIC
硬件IIC和软件IIC的区别？为什么常使用软件IIC而不是硬件IIC？
两种方式的区别和优势弱点
物理层：
由于我自己一般都是使用的软件IIC，所以是直接的GPIO控制。这里提一个知识点：IIC可以接多个设备码？答案是可以的。
在这里插入图片描述
一般的话我们只需要2根线，SDA作为数据线，SCL作为时钟。
协议层：

S代表的起始信号和停止信号，用电平表示

有效数据电平表示

SCL拉高的时候,SDA为有效数据，然后SCL拉低，开始传输。

在这里插入图片描述
这个代表的是读写的设备地址+读写模式选择，R/W为1的话是读，为0的话就是写，你要分辨是谁往谁发，比如我和你说话，那我就是向你写，你和我说话，那我就是读，所以你要确定谁往谁发。

同理这里的设备地址的话，由两种情况，7 位或10 位，所以有个知识点：假如我的写地址是0x48，那我的读地址就是0x48，应为就差1. （有些API提供的地址原本就是7位的，读写区分开了）

在这里插入图片描述
这个代表协议中的A，这里有两个情况：应答，表示我还需要接收，你继续；另外非应答，就是可以停止发送了。

SPI

用处：作为常见的通信协议，常用于控制传感器和外设
基本知识（自行了解）：
软件SPI，相比于软件IIC，来说，用的比较少
物理层：
在这里插入图片描述
MOSI：主输出从输入
MISO：主输入从输出
SCK：时钟
SS:片选引脚，一般对应芯片的CS引脚，低时有效，选中器件，开始。拉高，终止。
协议层：

通讯的起始和停止信号
NSS拉低作为起始信号，拉高作为停止信号。
数据有效性
在SCK 的下降沿时刻，MOSI 及MISO 的数据有效，高电平时表示数据“1”，为低电平时表示数据“0”。在其它时刻，数据无效，MOSI 及MISO为下一次表示数据做准备。
CPOL/CPHA 及通讯模式
在这里插入图片描述

FSMC

用处：控制SRAM，用作内存管理；作为8086时序
物理层：
在这里插入图片描述
协议层：

    对于FSMC来说，和IIC有一个很大的不同，就是我们不需要实现各个时序的具体逻辑，我们实现具体的物理层接线，Stm32内部会自动实现功能和时序。

8086

物理层：
在这里插入图片描述
FSMC 的A 地址线根据不同的情况产生对应的电平，那么就完全可以使用FSMC 来产生8080 接口需要的时序了
协议层
该8086时序和FSMC基本保持一致。

485

在这里插入图片描述
物理层
相比于串口通信而言，添加了485收发器，这个是明显的物理层区别，同时有如下的变化：抗干扰能力强、传输距离远。
MAX485 芯片中有“RE”和“DE”两个引脚，用于控制485 芯片的收发工作状态的，当RE 引脚为低电平时，485 芯片处于接收状态，当DE 引脚为高电平时芯片处于发送状态。
协议层
和串口协议类似。

CAN

物理层：
只有两根线：CAN_High 和CAN_Low 两条信号线同时需要一个CAN收发器
寻址机制：不同于其它类型的总线，CAN总线不设定节点的地址，而是通过消息的标识符（Identifier）来区别消息。这种机制虽然会增加消息的复杂度（增加标识符），但是节点在此情况下可以无需了解其他节点的状况，而相互间独立工作。在总线上增加节点时仅需关注消息类型，而非系统上其他节点的状况。这种以消息标识符寻址的方式，让总线上增加节点变得更加灵活。
CAN总线具有两种接线方式：

协议层：

在这里插入图片描述
数据帧以一个显性位(逻辑0)开始，以7 个连续的隐性位(逻辑1)结束，在它们之间，
分别有仲裁段、控制段、数据段、CRC 段和ACK 段。
. 帧起始
SOF 段(Start Of Frame)，译为帧起始，帧起始信号只有一个数据位，是一个显性电平，
它用于通知各个节点将有数据传输，其它节点通过帧起始信号的电平跳变沿来进行硬同步。
. 仲裁段
当同时有两个报文被发送时，总线会根据仲裁段的内容决定哪个数据包能被传输，这也是它名称的由来。
仲裁段的内容主要为本数据帧的ID 信息(标识符)，数据帧具有标准格式和扩展格式两
种，区别就在于ID 信息的长度，标准格式的ID 为11 位，扩展格式的ID 为29 位，它在标
准ID 的基础上多出18 位。在CAN 协议中，ID 起着重要的作用，它决定着数据帧发送的
优先级，也决定着其它节点是否会接收这个数据帧。CAN 协议不对挂载在它之上的节点分
配优先级和地址，对总线的占有权是由信息的重要性决定的，即对于重要的信息，我们会
给它打包上一个优先级高的ID，使它能够及时地发送出去。也正因为它这样的优先级分配
原则，使得CAN 的扩展性大大加强，在总线上增加或减少节点并不影响其它设备。
报文的优先级，是通过对ID 的仲裁来确定的。根据前面对物理层的分析我们知道如果
总线上同时出现显性电平和隐性电平，总线的状态会被置为显性电平，CAN 正是利用这个
特性进行仲裁。
若两个节点同时竞争CAN 总线的占有权，当它们发送报文时，若首先出现隐性电平，
则会失去对总线的占有权，进入接收状态。见图 44-10，在开始阶段，两个设备发送的电
平一样，所以它们一直继续发送数据。到了图中箭头所指的时序处，节点单元1 发送的为
RTR 位(Remote Transmission Request Bit)，译作远程传输请求位，它是用于区分数据帧
和遥控帧的，当它为显性电平时表示数据帧，隐性电平时表示遥控帧。
IDE 位(Identifier Extension Bit)，译作标识符扩展位，它是用于区分标准格式与扩展格
式，当它为显性电平时表示标准格式，隐性电平时表示扩展格式。
SRR 位(Substitute Remote Request Bit)，只存在于扩展格式，它用于替代标准格式中的
RTR 位。由于扩展帧中的SRR 位为隐性位，RTR 在数据帧为显性位，所以在两个ID
相同的标准格式报文与扩展格式报文中，标准格式的优先级较高。
. 控制段
在控制段中的r1 和r0 为保留位，默认设置为显性位。它最主要的是DLC 段(Data
Length Code)，译为数据长度码，它由4 个数据位组成，用于表示本报文中的数据段含有多
少个字节，DLC 段表示的数字为0~8。
. 数据段
数据段为数据帧的核心内容，它是节点要发送的原始信息，由0~8 个字节组成，MSB
先行。
. CRC 段
为了保证报文的正确传输，CAN 的报文包含了一段15 位的CRC 校验码，一旦接收节
点算出的CRC 码跟接收到的CRC 码不同，则它会向发送节点反馈出错信息，利用错误帧
请求它重新发送。CRC 部分的计算一般由CAN 控制器硬件完成，出错时的处理则由软件
控制最大重发数。
在CRC 校验码之后，有一个CRC 界定符，它为隐性位，主要作用是把CRC 校验码与
后面的ACK 段间隔起来。
ACK 段
ACK 段包括一个ACK 槽位，和ACK 界定符位。类似I2C 总线，在ACK 槽位中，发
送节点发送的是隐性位，而接收节点则在这一位中发送显性位以示应答。在ACK 槽和帧
结束之间由ACK 界定符间隔开。
帧结束
EOF 段(End Of Frame)，译为帧结束，帧结束段由发送节点发送的7 个隐性位表示结束。

I2S

用处：作为常见的通信协议，常用于音频
物理层：
I2S有3个主要信号：
I2S 总线接口有3 个主要信号，但只能实现数据半双工传输，后来为实现全双工传输有
些设备增加了扩展数据引脚。STM32f4xx 系列控制器支持扩展的I2S 总线接口。
(1) SD(Serial Data)：串行数据线，用于发送或接收两个时分复用的数据通道上的数据(仅
半双工模式)，如果是全双工模式，该信号仅用于发送数据。
(2) WS(Word Select)：字段选择线，也称帧时钟(LRC)线，表明当前传输数据的声道，不
同标准有不同的定义。WS 线的频率等于采样频率(FS)。
(3) CK(Serial Clock)：串行时钟线，也称位时钟(BCLK)，数字音频的每一位数据都对应有
一个CK 脉冲，它的频率为：2采样频率量化位数，2 代表左右两个通道数据。
(4) ext_SD(extend Serial Data)：扩展串行数据线，用于全双工传输的数据接收。
另外，有时为使系统间更好地同步，还要传输一个主时钟(MCK)，STM32F4xx 系列控
制器固定输出为256* FS。
协议层：
在这里插入图片描述