常见协议对比#

1. UART：简单方便，只需要TX、RX线两两相连（记得共地），即可通讯。缺点是只能供两个设备之间通讯，假如想实现三个设备之间的通讯，从机可以收到MCU发送的数据，但发送可能会受到影响
2. IIC：多设备通讯，相较于UART两个设备之间的通讯，IIC可以实现多个设备之间的通信，通讯时一般是一个主设备，多个从设备，主设备用来控制通讯的开始和中断，需要发送地址位来确定与哪个设备建立通讯，同时为了保证通信正确传输到从机，每次需要从机应答，才会继续传输，这导致通讯速率较低。
3. SPI：速度快，使用四根线完成通信，使用CS片选线选择通讯的对象。相较于IIC，无需发送通讯地址，也不需要从机发送应答信号，这就能大大提升通讯效率，但是缺点是占用4条线，消耗的资源比IIC多。
4. CAN：安全第一，为了保证传输的安全性，相较于前面三种方法，使用了大量的手段保证数据及时、准确的传输。同时使用识别码，解决总线冲突的问题。这保证的优先级高的设备，先通讯。这也是为什么CAN能够用于工业、汽车等需要安全性高的领域。

串行通信：数据通过单一通道按位顺序传输，适用于长距离和低成本的通信需求。

并行通信：数据通过多条通道同时传输多个位，适用于短距离和高速度的通信需求。

全双工：通信双方可以同时发送和接收信息，就像电话通话一样，通话的双方可以同时说话和听对方说话。

半双工：通信双方可以发送和接收信息，但同一时间只能进行一项操作，要么发送要么接收，就像对讲机一样，一方说话时另一方必须等待。

同步通信：同步通信是指发送和接收设备通过共享时钟信号来同步数据传输，确保数据在固定的时间间隔内准确无误地传递。

异步通信：异步通信是指发送和接收设备之间不依赖共享时钟信号，数据传输可以独立于时钟信号进行，每个数据包携带自己的时钟信息。

CAN#

完整内容请点击这里 https://zhuanlan.zhihu.com/p/162708070

原理介绍#

CAN总线结构都有CAN_H，CAN_L两根线和多个节点。其中CAN_H和CAN_L线是以双绞形式缠绕，每个节点都有CAN收发器（transceiver）和CAN控制器（controller），CAN收发器和CAN控制器可能集成在芯片，也可能是独立于芯片。

多主工作方式 非破坏性仲裁机制 系统的柔软性 通信速度统一 远程数据请求 信息广播

数据帧

遥控帧

总结：

• CAN标准帧的总长度随数据段中的数据量变化而变化，但其他各段长度固定。
• 帧起始是数据帧传输的起始标志，用于同步总线上的节点。
• 仲裁段确定帧的优先级和类型，通过11位标识符和RTR位实现。
• 控制段指示数据段的长度，并包含两个保留位。
• 数据段是实际传输的数据内容，长度可变，但每次传输的最大长度为8字节。
• CRC段用于检查帧的传输错误，确保数据的完整性和正确性。
• ACK段用于确认接收方是否正常接收了数据帧。
• 帧结束标志着数据帧的传输结束。

总线仲裁

• RTR：保证数据帧优先级高于遥控帧；
• SRR ：保证标准数据帧的优先级高于扩展数据帧；
• IDE ：保证标准遥控帧的优先级高于扩展遥控帧。

报文过滤

相关问题#

1. CAN总线抗干扰的6条“军规”

   1. CAN接口增加隔离与保护
   2. CAN线提高双绞程度
   3. CAN线保证屏蔽效果与正确接地
   4. CAN线远离干扰源
   5. 增加磁环或者共模电感
   6. CAN转为光纤传输

2. 在同一个CAN网络中，DLC可以设置多种吗，可以

CAN_FD#

CAN FD是传统CAN协议的升级版，提供了更高的数据传输速率和更大的数据载荷能力，同时保持与传统CAN的兼容性。

CAN FD（CAN with Flexible Data-Rate）是传统CAN总线协议的升级版，它在保留了传统CAN帧的基本特性的同时，引入了更高的数据传输速率和更大的数据载荷能力。以下是CAN与CAN FD的一些主要区别：

1. 传输速率：

   • CAN：最大传输速率通常为1Mbps。
   • CAN FD：支持更高的数据传输速率，仲裁阶段速率最高1Mbps，数据阶段速率最高可达8Mbps。

2. 数据长度：

   • CAN：一帧数据最长8字节。
   • CAN FD：一帧数据最长64字节。

3. 帧格式：

   • CAN：包括帧起始、仲裁段、控制段、数据段、CRC段、确认段和帧结束。
   • CAN FD：在CAN的基础上增加了FDF（Flexible Data-rate Format）、BRS（Bit Rate Switch）、ESI（Error State Indicator）位。FDF位用于区分CAN报文和CAN FD报文，BRS位用于指示数据段的速率是否可变，ESI位用于指示发送节点的错误状态。

4. ID长度：

   • CAN：标准帧ID长度最长11位。
   • CAN FD：标准帧ID长度可扩展至12位。

5. CRC计算：

   • CAN：使用15位CRC。
   • CAN FD：根据数据长度，使用17位或21位CRC。

6. 位填充法：

   • CAN FD：在CRC校验场中，填充位被放置在固定的位位置，这称为固定填充位（Fixed Stuff Bit FSB），并且CRC计算包括来自SOF的Stuff Count和填充位。

7. 远程帧：

   • CAN：存在远程帧，用于请求发送数据帧。
   • CAN FD：不存在远程帧，远程请求功能通过其他方式实现。

8. 向后兼容性：

   • CAN FD：设计上兼容传统CAN设备，但CAN设备不能正确解析CAN FD帧。

这些改进使得CAN FD在汽车和工业自动化领域中，能够更有效地处理更大的数据量和更高的数据传输需求。

SPI#

参考资料1 参考资料2

SPI（Serial Peripheral Interface，串行外围设备接口）是一种高速、全双工、同步通信总线。SPI 通讯协议的优点是支持全双工通信，通讯方式较为简单，且相对数据传输速率较快；缺点是没有指定的流控制，没有应答机制，在数据可靠性上有一定缺陷。

来自主机或者从机的数据在clk上升沿或下降沿同步，主机和从机可以通过MOSI、MISO线路同时传输数据。SPI接口可以是3线式（SCLK、CS、DIO）或者4线式（SCLK、CS、MOSI、MISO）

SPI采用主从控制模式，通常由一个主模块和一个或多个从模块组成（不支持多主机），来自主机或者从机的数据在clk上升沿或下降沿同步，一般使用四条线进行通信SCLK、CS、MOSI、MISO） 。

MISO ( Master Input Slave Output ) : 主设备数据输入，从设备数据输出； MOSI ( Master OutputsSlave Input ) : 主设备数据输出，从设备数据输入； SCLK ( Serial Clock ) : 时钟信号，由主设备产生； CS/SS ( Chip Select/Slave Select ) : 从设备片选信号，由主设备控制，通常低电平有效。

SPI 的优点在于它有着比 I2C 更高的吞吐量，不被最大时钟速度所限制，可实现潜在的高速、极为简单的硬件接口，外围电路使用的上拉电阻是比 I2C 协议更少的，这意味着它具有比I2C的功耗更低、从机的时钟来源来自主机设备，无需新增精密振荡器、从机不需要唯一的地址、相对于并行接口而言，使用的引脚数目大大减少等优点。

但同时有着一定的缺点，例如SPI没有带内寻址、当使用多个不同模式的从机设备时，主机设备切换模式时重新初始化，会使得访问从机设备速度变慢、SPI从机设备没有硬件流控，只能通过主机自主的延迟下个时钟周期到来的时间、仅能在短距离通信等缺点。但能在避免SPI的缺点的方向来应用SPI的话，SPI的优点让它远远优于其他协议。

SPI（Serial Peripheral Interface）是一种常见的串行通信协议，用于微控制器和其他集成电路之间的短距离通信。在嵌入式系统中，SPI广泛应用于多种场景和设备，以下是一些主要的应用：

1. 存储设备：SPI闪存和EEPROM（电可擦除可编程只读存储器）是常见的存储设备，用于存储程序数据或配置信息。

2. 传感器：许多类型的传感器，如温度传感器、压力传感器、加速度计、陀螺仪和磁力计，都使用SPI接口与微控制器通信。

3. 显示器：OLED和LCD显示器通常通过SPI接口与控制器通信，用于显示图形和文本。

4. 无线通信模块：如Wi-Fi模块、蓝牙模块和Zigbee模块，它们使用SPI与主机微控制器进行数据传输。

5. 音频设备：例如数字麦克风和音频编解码器，它们通过SPI接口传输音频数据。

6. 安全模块：如智能卡读卡器和加密模块，它们使用SPI进行数据的安全传输。

7. 电机控制：步进电机和直流电机的驱动器可以通过SPI接口接收控制命令。

8. 接口扩展：SPI可以用于扩展微控制器的I/O端口，例如通过SPI接口的GPIO扩展器。

9. 电源管理：电源管理集成电路（PMIC）可能使用SPI来监控和控制电源状态。

10. 工业控制：在自动化和机器人技术中，SPI用于控制各种执行器和传感器。

11. 汽车电子：在现代汽车中，SPI用于连接各种电子控制单元（ECU）和传感器。

12. 可穿戴设备：智能手表、健康监测设备等可穿戴设备中，SPI用于连接各种传感器和显示器。

SPI协议因其简单、高效和灵活的特点，在嵌入式系统中得到了广泛的应用。

I2C#

I2C 是一种多主机、两线制、低速串行通信总线，广泛用于微控制器和各种外围设备之间的通信。它使用两条线路：串行数据线（SDA）和串行时钟线（SCL）进行双向传输。

特点#

1. 两线制总线：I2C 仅使用两条线——串行数据线（SDA）和串行时钟线（SCL）进行通信，有效降低了连接复杂性。
2. 多主多从设备支持：I2C 支持多个主设备和多个从设备连接到同一总线上。每个设备都有唯一的地址。
3. 可变的时钟速率：I2C 总线支持不同的速率模式，如标准模式（100kbps）、快速模式（400kbps）和高速模式（3.4Mbps）。
4. 同步通信：I2C 是一种同步通信协议，数据传输由时钟信号（SCL）来控制。
5. 简单的连接：I2C 通信对硬件的要求比较低，很容易在微控制器和外围设备间实现连接。
6. 地址分配：每个 I2C 设备都通过一个 7 位或 10 位的地址来识别，这使得总线上可以连接多个设备。
7. 阻塞传输：I2C 支持阻塞传输机制，即主设备可以在传输过程中控制总线，防止其他设备发送数据。
8. 应用广泛：由于其简单和灵活性，I2C 被广泛应用于各种电子产品中，如传感器、LCD 显示器、EEPROM 等。
9. 总线仲裁和冲突检测：在多主模式下，I2C 能够处理多个主设备同时尝试控制总线的情况。
10. 低功耗：I2C 总线的设计使其成为低功耗的通信方式，适用于电池供电的设备。

数据传输流程#

数据信号以 8 位的序列传输。所以在特殊的开始条件发生后，就会出现第一个 8 位序列，它指示了数据被发送到哪个从设备的地址。每个 8 位序列之后都会跟随一个称为确认的位。

设备地址 7 + RW 1

每一个放在 SDA 线上的字节必须是 8 位长。每次传输可以传输的字节数是没有限制的。每一个字节后面必须跟一个确认位。数据以最有效位 (MSB) 为首进行传输(见图 6)。

仲裁#

这里与CAN类似

发生仲裁的前提是，一条总线上挂载了多个主机，并且这些主机都支持多主机模式，即每一个主机都可以实时监测SDA以及SCL的情况，从而通过start和stop位来确定总线的情况（被占用还是空闲）。当多个主机检测到当前总线处于空闲状态时（这里以2个主机为例），可能会同时发出启动标志位（发出的时间间隔很短，因此无法检测到其他节点产生的电平变化，误认为总线是空闲的），这时候仲裁机制开始生效。

总线归属权的仲裁是通过SDA线完成的。由于I2C的总线设计是线与（wired-AND），因此低电平是显性电平。只要有一个节点将SDA拉低，那么整条总线都会拉至低电平。在两个主机都认为总线空闲并开始通信之后，当遇到第一个两者发送的不同的位时，会决出总线的归属者。

注意点#

经常软件模拟实现

1. 双线制：I2C总线仅由两根线组成，这使得它非常适合于连接多个设备，因为它减少了所需的物理连接数量。

2. 开漏输出：I2C的数据线（SDA）和时钟线（SCL）通常使用开漏（Open Drain）输出。这意味着每个设备的SDA和SCL引脚都连接到总线上，并且每个设备都有一个上拉电阻连接到电源。开漏输出允许多个设备共享同一总线，并且可以有效地进行通信。

3. 上拉电阻：为了确保SDA和SCL线在空闲状态时保持高电平，每个设备都需要通过一个上拉电阻连接到电源。这些电阻的值通常根据总线的速率和长度来选择。

4. 总线仲裁：在多主机系统中，I2C总线支持总线仲裁机制，以防止两个主机同时尝试控制总线。如果两个主机同时尝试发送数据，总线仲裁机制会确保只有一个主机能够控制总线。

5. 地址识别：每个I2C设备都有一个唯一的地址，用于在通信过程中被识别。在通信开始时，主机发送设备地址，以便目标设备知道数据是发送给它的。

6. 应答机制：I2C协议使用应答（ACK）和非应答（NACK）机制来确保数据传输的可靠性。接收器在成功接收到一个字节后会发送一个ACK信号，如果接收器无法接收数据或通信出错，则发送NACK信号。

7. 多主设备支持：I2C总线允许多个设备同时作为主机，这在某些应用中非常有用，例如在多个微控制器共享同一传感器或显示器时。

8. 速率：I2C支持不同的速率模式，包括标准模式（最高100 kbps）、快速模式（最高400 kbps）、高速模式（最高3.4 Mbps）和超高速模式（最高5 Mbps）。不同的速率模式可能需要不同的硬件设计，例如不同的上拉电阻值。

9. 总线电容：I2C总线的电容对通信性能有影响，特别是在高速模式下。总线的电容应该保持在规格范围内，以确保信号的完整性。

10. 电源和地线：虽然I2C总线只需要两根线，但所有设备都需要共享相同的电源和地线，以确保信号的一致性和稳定性。

UART#

UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，通用异步收发器）是一种通信协议和硬件接口，用于在计算机系统和外部设备之间进行异步数据传输。它是一种简单且常见的串行通信方式，广泛应用于嵌入式系统、单片机和通信设备中。它在全双工模式下工作。

UART通过设置波特率来控制数据传输的速率。波特率表示每秒传输的位数。

在 UART中，传输模式为数据包形式。数据包由起始位、数据帧、奇偶校验位和停止位组成。

数据以最低有效位优先方式发送。

RS232 RS485 RS422#

• UART：通用异步接收/发送器，是一种用于异步通信的串行通信协议，它定义了数据的格式和传输方式，但不定义物理层的电气特性。
• RS232：是一种单端信号的串行通信接口，使用负逻辑电平，通常用于短距离通信，如计算机与调制解调器之间的连接。
• RS485：是一种差分信号的串行通信标准，支持多点通信，具有较长的传输距离和较强的抗干扰能力。
• RS422：与RS485类似，也是一种差分信号的串行通信标准，但电气特性略有不同，通常用于较近的距离和较低的速率。

(1)狭义上的串口：指的是串口协议，就是时序图、数据收发先后顺序等，是抽象出来的协议； (2)广义上的串口：指的是符合串口协议的接口，UART、RS232、RS485在实际工作中都叫做串口； (3)UART：主要指的是Soc端的串口控制器和引脚，也是串口编程主要考虑的； (4)RS232和RS485是在两个Soc的串口引脚相连的中间电路，负责做转换，解决传输距离和电压不匹配的问题；

为什么还要有RS232、RS422、RS485

(1)串口协议只是规定了数据传输时的协议，也就是规定了先传输1还是先传输0的问题，但是什么电压表示数据1，什么电压表示0，这并没有做规定； (2)UART是相对于Soc这端来说的，Soc端集成了串口控制器，控制器支持串口协议(比如开始位、停止位、数据位、校验位等)，用的是TTL电平； (3)实际中两个设备的串口控制器要通信，中间是有一段距离的，Soc的引脚一般电平都比较低，数据能传输的有效距离很短；并且不同的设备所使用的电压也不一样，不能直接相连； (4)需要中间电路负责来解决电压不匹配、传输距离等问题，于是有了RS232、RS422、RS485； (5)RS232、RS422、RS485都是从电气层面(也就是物理器件)来区分的，具体的通信协议都是串口协议，但是使用的电压范围、是电平信号还是差分信号等不同；

软件编程上的区分 (1)UART和RS232只是在电平上有区别，在软件编程上没有差别； (2)RS485支持挂载多个设备、半双工、全双工，所以串口编程半双工时需要考虑总线的总裁，也就是主从模式，类似I2C；

TCP/UDP#

应用层#

应用层做为 TCP/IP 协议的最高层级 运行在 TCP 协议上的协议：

• HTTP（Hypertext Transfer Protocol，超文本传输协议）主要用于普通浏览。
• HTTPS（Hypertext Transfer Protocol over Secure Socket Layer, or HTTP over SSL，安全超文本传输协议）HTTP 协议的安全版本。
• FTP（File Transfer Protocol，文件传输协议） 由名知义，用于文件传输。
• POP3（Post Office Protocol, version 3，邮局协议）收邮件用。
• SMTP（Simple Mail Transfer Protocol，简单邮件传输协议）用来发送电子邮件。
• TELNET（Teletype over the Network，网络电传） 通过一个终端（terminal）登陆到网络。
• SSH（Secure Shell，用于替代安全性差的 TELNET）用于加密安全登陆用。 运行在 UDP 协议上的协议：
• BOOTP（Boot Protocol，启动协议） 应用于无盘设备。
• NTP（Network Time Protocol，网络时间协议）用于网络同步。
• DHCP（Dynamic Host Configuration Protocol，动态主机配置协议）动态配置 IP 地址。 其他：
• DNS（Domain Name Service，域名服务）用于完成地址查找，邮件转发等工作（运行在 TCP 和 UDP 协议上）。
• ECHO（Echo Protocol，回绕协议） 用于查错及测量应答时间（运行在 TCP 和 UDP 协议上）。
• SNMP（Simple Network Management Protocol，简单网络管理协议）用于网络信息的收集和网络管理。
• ARP（Address Resolution Protocol，地址解析协议）用于动态解析以太网硬件的地址。

传输层#

传输层提供了两种到达目标网络的方式： （1）用户数据报协议 UDP：
只提供了基本的错误检测，是一个无连接的协议。
特点：把数据打包，数据大小有限制（64k），不建立连接，速度快，但可靠性低。 （2）传输控制协议 TCP：
提供了完善的错误控制和流量控制，能够确保数据正常传输，是一个面向连接的协议。 特点：建立连接通道，数据大小无限制速度慢，但是可靠性高。由于传输层涉及的东西比较多，比如端口，Socket 等。

TCP#

第1次握手：客户端发送一个带有SYN（synchronize）标志的数据包给服务端； 第2次握手：服务端接收成功后，回传一个带有SYN/ACK标志的数据包传递确认信息，表示我收到了； 第3次握手：客户端再回传一个带有ACK标志的数据包，表示我知道了，握手结束。

🌸为什么需要第三次通信 ？ 在第一次通信过程中，A向B发送信息之后，B收到信息后可以确认自己的收信能力和A的发信能力没有问题。 在第二次通信中，B向A发送信息之后，A可以确认自己的发信能力和B的收信能力没有问题，但是B不知道自己的发信能力到底如何，所以就需要第三次通信。 在第三次通信中，A向B发送信息之后，B就可以确认自己的发信能力没有问题。

四次挥手​​​​​​​原理 第1次挥手：客户端发送一个FIN，用来关闭客户端到服务端的数据传送，客户端进入FIN_WAIT_1状态； 第2次挥手：服务端收到FIN后，发送一个ACK给客户端，确认序号为收到序号+1（与SYN相同，一个FIN占用一个序号），服务端进入CLOSE_WAIT状态； 第3次挥手：服务端发送一个FIN，用来关闭服务端到客户端的数据传送，服务端进入LAST_ACK状态； 第4次挥手：客户端收到FIN后，客户端t进入TIME_WAIT状态，接着发送一个ACK给Server，确认序号为收到序号+1，服务端进入CLOSED状态，完成四次挥手。 其中：FIN标志位数置1，表示断开TCP连接。

确认应答机制（安全机制） 超时重传机制（安全机制） 连接管理（安全机制） 滑动窗口（效率机制） 流量控制（安全机制） 拥塞控制（安全机制） 延迟应答（效率机制） 捎带应答（效率机制）

参考