各种总线协议

各种总线协议：

现场总线(如: Foundation Fieldbus(FF)、HART、Profibus PA、Profitbus DP、CANopen、Modbus、 ASI、I0-Link)

工业以太(如: Profinet、 EtherCAT、 SERCOSII、Powerlink、 EPA、Modbus TCP)

无线总线(如: WirelessHART、ISA100.11a、 WIA-PA、WISA、WIA-FA、IO-Link wireless)

WLAN (如: Wi-Fi, ZigBee、 Bluetooth)

蜂窝移动(如: 4G/LTE、 5G、NB-IoT、 LoRA)

1.SCI（通用异步收发器）

两线制，全双工，内部时钟提供速率，需要UART发送器接收器，两线，一根用于发送，一根用于接收。

SCI是包括UART的，UART是通信协议，SCI是接口；SCI用于串行通信，如RS422，RS485，RS232；

补充：关于RS422，RS485，RS232

RS232：全双工，单站（只能挂一个收发器），波特率20Kbps，电平是负逻辑，-15~-3V是逻辑1，对应的正的表示0，一般来说处理两线外还需要一根地线；

RS422：全双工，四线制，差分信号，抗干扰升级，逻辑0和逻辑1用电平差判断；

RS485：两线，半双工，最多可挂在128个收发器，最大速率10Mbps，差分，逻辑1差分为+2~+6（电压降低避免损坏芯片），距离可达到3000m

2.I2C

IIC最大的优势在于通过[开漏输出]和[上拉电阻两个物理特性简化了协议整体的设计和实现]

两线制长总线，半双工，用于连接微控制器和外设，由数据线SDA和SCL构成，正常速度为100kbits，高速IIC总线一般可达400kbps，多为半双工通信，多主机I2C总线系统需要将SDA和SCL两根线上拉电阻拉高。

上拉电阻：（两个连接到总线VCC的上拉电阻）因为开漏输出的特性，所以需要上拉电阻来提供高电平，当输出端输出高阻态时并且没有其它设备拉低总线时，总线被外部上拉电阻拉高，呈现高电平状态；（上拉电阻设涉及到通信速率和功耗的取舍，上拉电阻越大，信号上升时间越长，速率越低，阻值过小，低电平时功耗大，此外，电容也会影响上升时间I2C总线电容400pf限制）

开漏输出：开漏输出为低电平和高阻态两个状态，使得总线只受到输出低电平的影响，从而实现线与（当总线上只要有一个设备输出低电平，整条总线便处于低电平状态，此时总线被称为占用转态）的功能】；

程序设计时需要注意发送结束后要清除SCLK，否则设备就会认为还没有到响应结束，从而影响下一次开始时钟；

空闲状态：SDA和SCL两条信号同时处于高电平时，总线为空闲状态；

开始信号：SCL为高，SDA高到低；

结束信号：SCL为高，SDA低到高；

3.SPI

串行外设设备接口，高速（Mbits级别）可以达到30Mbits，全双工，同步的总线通信，四线制（MISO，MOSI，SCLK，CS-没有多设备的时刻可以不需要），主要应用在EEPROM，FLASH，时钟，AD转换，数字信号处理和信号解码器之间；

4.CAN总线

  • 双线差分信号；（1Mbits<=40m)；

  • 多主站结构（协议对点的数量没有限制，正常最多110个）；

  • 每个报文的内容通过标识符辨别，网络中唯一；性

显性电平为逻辑0，因为线与的机制，0的时候表示了总线处于非空闲的状态，显性位覆盖隐性位；

NRZ编码方式-保证相同带宽的情况下，NRZ包含的信息量更大；

此图上为高速CAN（500k），下为低速容错CAN（125k）；

高速CAN的容错性TJA1040：CAN_L对GND可以短路；

低速容错CANTJA1054：CAN_H和CAN_L可以分别开路短路；

？关于为什么汽车控制器很少有1M的CAN，从成本角度考虑，CAN收发器的成本会上升，此外500K足够使用了；

标准帧11位ID，扩展帧29位ID；

首位是SOF为一个显性位，逻辑0，用于数据同步；

DLC：数据长度码；

ACK:为了确保报文被至少一个节点正确接收，接收成功后置0，原本为1，回读为0后，确认被接收；

EOF：7干扰连续隐性位，表示数据结束，节点在检测到11个连续的隐性位后认为总线空闲；

数据链路层：

  • 回读机制：总线空闲发送，发送过程中回读，判断发送位和回读位是否一致，即检测是否有别的节点发报文；

  • 线与优先级：ID越小优先级越高；

  • 非破坏性仲裁：并行的发送变成了串行的发送，这样的机制存在的一是一是因为在A优先级高先发送后，BCD可能会同时检测发送，此时需要检测排队；

  • 接收多帧报文：过滤器-过滤到不要的ID；屏蔽-设置是否生效(不生效的位置，ID可变，可以检测多帧)

  • NRZ编码，存储量更大，但是边沿变化少，所以引入位填充；

LIN总线：

6位ID；单主节点，多从节点，最多16个节点；（基于UART/SCI接口，节省成本）

20Kbit/s;

进度表：规定帧ID的传输次序；规定帧时隙；

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