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對于需要經常進行數據流傳輸的系統數據，SPI是首選，因為它擁有較快的時鐘速率，速率可從幾兆赫茲到幾十兆赫茲。然而，對于系統管理活動，如讀取溫度傳感器的讀數和查詢多個從器件的狀態，或者需要多個主器件共存于同一系統總線上(系統冗余常會要求這一點)，或者面向低功耗應用，這時I2C 或 SMBus將是首選接口。 圖1：數字溫度傳感器簡化框圖 下面幾部分將介紹每種串行總線及其優缺點。 1. SPI SPI 是一種四線制串行總線接口，為主/從結構，四條導線分別為串行時鐘(SCLK)、主出從入(MOSI)、主入從出(MISO)和從選(SS)信號。主器件為時鐘提供者，可發起讀從器件或寫從器件操作。這時主器件將與一個從器件進行對話。當總線上存在多個從器件時，要發起一次傳輸，主器件將把該從器件選擇線拉低，然后分別通過 MOSI 和 MISO 線啟動數據發送或接收。 SPI 時鐘速度很快，范圍可從幾兆赫茲到幾十兆赫茲，且沒有系統開銷。SPI 在系統管理方面的缺點是缺乏流控機制，無論主器件還是從器件均不對消息進行確認，主器件無法知道從器件是否繁忙。因此，必須設計聰明的軟件機制來處理確認問題。同時，SPI 也沒有多主器件協議，必須采用很復雜的軟件和外部邏輯來實現多主器件架構。每個從器件需要一個單獨的從選擇信號。總信號數最終為 n+3 個，其中 n 是總線上從器件的數量。因此，導線的數量將隨增加的從器件的數量按比例增長。同樣，在 SPI 總線上添加新的從器件也不方便。對于額外添加的每個從器件，都需要一條新的從器件選擇線或解碼邏輯。圖 2 顯示了典型的 SPI 讀/寫周期。在地址或命令字節后面跟有一個讀/寫位。數據通過 MOSI 信號寫入從器件，通過 MISO 信號自從器件中讀出。圖 3顯示了 I2C總線/SMBus以及SPI的系統框圖。 圖2：SPI 典型讀/寫周期 2C總線/SMBus系統接口;(b)SPI 系統接口"> 圖3：(a)I2C總線/SMBus系統接口;(b)SPI 系統接口 2. I2C總線 I2C 是一種二線制串行總線接口，工作在主/從模式。二線通信信號分別為開漏 SCL 和 SDA 串行時鐘和串行數據。主器件為時鐘源。數據傳輸是雙向的，其方向取決于讀/寫位的狀態。每個從器件擁有一個唯一的 7 或 10 位地址。主器件通過一個起始位發起一次傳輸，通過一個停止位終止一次傳輸。起始位之后為唯一的從器件地址，再后為讀/寫位。 I2C總線速度為從0Hz到3.4MHz。它沒有SPI 那樣快，但對于系統管理器件如溫度傳感器來說則非常理想。I2C 存在系統開銷，這些開銷包括起始位/停止位、確認位和從地址位，但它因此擁有流控機制。主器件在完成接收來自從器件的數據時總是發送一個確認位，除非其準備終止傳輸。從器件在其接收到來自主器件的命令或數據時總是發送一個確認位。當從器件未準備好時，它可以保持或延展時鐘，直到其再次準備好響應。 I2C允許多個主器件工作在同一總線上。多個主器件可以輕松同步其時鐘，因此所有主器件均采用同一時鐘進行傳輸。多個主器件可以通過數據仲裁檢測哪一個主器件正在使用總線，從而避免數據破壞。由于 I2C總線只有兩條導線，因此新從器件只需接入總線即可，而無需附加邏輯。 3. SMBus SMBus是一種二線制串行總線，1996年第一版規范開始商用。它大部分基于I2C總線規范。和 I2C一樣，SMBus不需增加額外引腳，創建該總線主要是為了增加新的功能特性，但只工作在100kHz且專門面向智能電池管理應用。它工作在主/從模式：主器件提供時鐘，在其發起一次傳輸時提供一個起始位，在其終止一次傳輸時提供一個停止位;從器件擁有一個唯一的7或10位從器件地址。 SMBus與I2C總線之間在時序特性上存在一些差別。首先，SMBus需要一定數據保持時間，而 I2C總線則是從內部延長數據保持時間。SMBus具有超時功能，因此當SCL太低而超過35 ms時，從器件將復位正在進行的通信。相反，I2C采用硬件復位。 SMBus具有一種警報響應地址(ARA)，因此當從器件產生一個中斷時，它不會馬上清除中斷，而是一直保持到其收到一個由主器件發送的含有其地址的ARA為止。SMBus只工作在從10kHz到最高100kHz。最低工作頻率10kHz是由SMBus超時功能決定的。 總結 SPI有較快的速度，但是只能單主多從，管理線比較復雜。 I2C等速度比較慢，數據比較臃余，但是主從管理好，也省電省控制管腳。 |
