PART1 總線概述橫河大學講義

　　在現(xiàn)今的嵌入式系統(tǒng)設計開發(fā)中，串行總線越來越多地代替了并行總線，串行總線具有很多優(yōu)勢，但在測試和調(diào)試上仍有一些挑戰(zhàn)。本次直播課從總線的基本概念開始，介紹幾種常見的低速串行總線(UART/I2C/CAN等等)，并對CAN總線進行實際測試的演示，讓您了解橫河測試儀器解決串行總線測試問題的方法，對儀器的分析功能有更進一步的理解。

　　總線“BUS”概念最初來自于計算機系統(tǒng)，是連接多個設備或者接入點的數(shù)據(jù)傳輸通路。打個比方，總線就是公共汽車線路，連接的設備就是公交站。傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包就是乘客。每個乘客都要知道自己從哪站上，到哪站下，然后等到站的時候就下車進入另一個設備進行處理。公交車需要個調(diào)度室，所以總線需要有個控制器。

　　總線按照傳輸方式分為并行總線和串行總線，顧名思義，并行總線傳輸多少位數(shù)據(jù)就需要多少根數(shù)據(jù)線;而串行總線只需要一對數(shù)據(jù)線就能完成傳輸。按照時鐘信號是否獨立，串行總線可以分為同步總線和異步總線。同步總線的時鐘信號獨立于數(shù)據(jù)，而異步總線的時鐘信號是從數(shù)據(jù)中提取出來的。SPI、I2C是同步串行總線，RS232采用異步串行總線。

　　并行總線

　　串行總線

　　總線、接口、協(xié)議

　　通常我們提到的"XX總線"、"XX接口"和"XX協(xié)議"，這三者之間既有聯(lián)系又有區(qū)別:“總線”定義如前文所述;接口是一種連接標準，是設備之間的連接電路，常常稱之為物理接口;協(xié)議就是傳輸數(shù)據(jù)的規(guī)則。協(xié)議定義了接口設備、器件及信號、總線及通道之間需要滿足的關系，即要實現(xiàn)信號的傳輸，所有這些成員必須通力合作，滿足協(xié)議要求的各種必要條件。簡單概況就是不同設備接口不同，但接口是連接在總線上面的，要按照協(xié)議來傳輸數(shù)據(jù)。

　　USB

　　我們以USB總線為例，USB是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)范電腦與外部設備的連接和通訊。我們通過下面的表格簡單了解一下三者間的關系：

　　最早我們使用是USB1.1協(xié)議的設備，后續(xù)使用USB2.0協(xié)議設備較多，現(xiàn)在最新的都是使用USB3.1(5G/10G)協(xié)議的設備，而新的USB4協(xié)議也已經(jīng)開發(fā)完成。

　　上圖是常用的USB接口的類型，在早期的數(shù)碼相機上我們還能見到其他一些類型的USB接口。

　　常見低速串行總線UART

　　RS232和RS485是關于UART通訊的機械和電氣接口標準，RS232標準規(guī)定采用帶25個腳的DB-25 連接器，對連接器的每個引腳的信號內(nèi)容加以規(guī)定，還對各種信號的電平加以規(guī)定。后來IBM的PC 機將RS-232 接口簡化成了DB-9 連接器，從而成為今天的事實標準。而工業(yè)控制的RS-232 接口一般只使用RXD(2)、TXD(3)、GND(5)三條線。RS485標準的接口用于多點互連時非常方便，可以省掉許多信號線。在要求通信距離為幾十米到上千米時，被廣泛采用，此處不再贅述。

　　常見低速串行總線-CAN

　　Controller Area Network(控制器局域網(wǎng)絡)，縮寫為CAN，由德國博世公司于上世紀80年代提出。目前CAN總線已經(jīng)是國際上應用最廣泛的現(xiàn)場總線之一。CAN的主要特點：差分傳輸——抗噪性能好;多主控——所有節(jié)點沒有主從之分;柔性系統(tǒng)——節(jié)點沒有“地址”的概念，增加節(jié)點時，不會對已有節(jié)點的軟硬件造成影響;通信速度靈活——可以配合網(wǎng)絡的規(guī)模和系統(tǒng)的機能進行設定;錯誤處理能力強——所有的節(jié)點都可以檢測出錯誤;檢測出錯誤的節(jié)點會立即通知總線上其它所有的節(jié)點;數(shù)據(jù)可請求——某個節(jié)點可以通過發(fā)送“遠程幀”的方式，請求某個節(jié)點來發(fā)送指定的報文。