常用的接口有spi,I2c,uart等，他们都有自己的协议规定，下面谈谈它们之间的联系与区别：

1 I2C总线

   涉及到I2C的编程主要涉及到两种情况：有专用控制器的arm芯片，无控制器的单片机芯片。有控制器的arm芯片，主要就是依据数据手册，通过设置相应的寄存器（控制寄存器，状态寄存器等）来实现相应的操作；然而对于没有控制器的单片机芯片，只有通过相应的引脚根据I2c协议来予以模拟实现。

   首先来谈谈I2c协议。涉及到的信号主要分为三类：开始信号，停止信号，发送数据。既然是协议，就是双方事先约定好的规定，通信双方按照这个标准来进行数据的传输就可以了。保证数据传输的一致性的话，还有在某些时候发送一些附带的检查信息，例如ack信号，非ack信号； 

      开始信号：SCL为高电平时，SDA由高电平向低电平跳变，开始传送数据。
      结束信号：SCL为高电平时，SDA由低电平向高电平跳变，结束传送数据。 
      应答信号：接收数据的IC在接收到8bit数据后，向发送数据的IC发出特定的低电平脉冲，表示已收到数据。CPU向受控单元发出一个信号后，等待受控单元发出一个应答信号，CPU接收到应答信号后，根据实际情况作出是否继续传递信号的判断。若未收到应答信号，由判断为受控单元出现故障。

    基于单片机的模拟I2C的信号，应该严格按照以上的时序进行研究实现。

    接下来看看带有I2C的控制器的arms3c2410,s3c2440芯片的i2c的控制。主要包括四个相关的寄存器的设置：通过它们之间的相互配合，实现i2c的数据传输。

    IICON：控制寄存器。主要是用于控制是否发出ＡＣＫ信号，设置发送器的时钟，开启Ｉ２ｃ中断，并标示中断是否发生。

　　IISTAT: 状态寄存器。选择I2C的工作模式，发出S信号，P信号，使能接受/发送功能，并标示各种状态，比如总线仲裁是否成功，作为从机时是否被寻址，是否接收到0地址，是否接收到ACK信号。

    IICADD：多主机I2C地址寄存器；

    IICDS:发送、接受数据移位寄存器；

    接下来按照数据手册，根据其主机发送器的工作流程来编写相应的代码。

    三个函数就可以实现简单的I2C协议：  读取，写入，中断；

    编程思路如下：

      写函数，读函数，仅仅是启动I2C传输，然后等待，直到数据在中断服务程序中传输完毕后再返回。

2 SPI总线协议的认识（SPI中的极性CPOL和相位CPHA）

  【背景】

最近在看关于Silicon Labs的C8051F347的某个驱动中，关于SPI部分初始化的代码，看到其对于SPI的设置为CPOL=1，CPHA=0，对于CPOL及CPHA的含义不了解，想要搞懂，这两个参数到底是什么意思，以及为何要这么设置。所以才去找了SPI的极性和相位的相关资料，整理如下。

 【SPI基础知识简介】

设备与设备之间通过某种硬件接口通讯，目前存在很多种接口，SPI接口是其中的一种。

SPI中分Master主设备和Slave从设备，数据发送都是由Master控制。

一个master可以接一个或多个slave。

常见用法是一个Master接一个slave，只需要4根线：

SCLK：Serial Clock，（串行）时钟

MISO：Master In Slave Out，主设备输入，从设备输出

MOSI：Master Out Slave In，主设备输出，从设备输入

SS: Slave Select，选中从设备，片选

    SPI由于接口相对简单（只需要4根线），用途算是比较广泛，主要应用在 EEPROM，FLASH，实时时钟，AD转换器，还有数字信号处理器和数字信号解码器之间。即一个SPI的Master通过SPI与一个从设备，即上述的那些Flash，ADC等，进行通讯。
     而主从设备之间通过SPI进行通讯，首先要保证两者之间时钟SCLK要一致，互相要商量好了，要匹配，否则，就没法正常通讯了，即保证时序上的一致才可正常讯。而这里的SPI中的时钟和相位，指的就是SCLk时钟的特性，即保证主从设备两者的时钟的特性一致了，以保证两者可以正常实现SPI通讯。

 【SPI相关的缩写或说法】

 

先简单说一下，关于SPI中一些常见的说法：

SPI的极性Polarity和相位Phase，最常见的写法是CPOL和CPHA，不过也有一些其他写法，简单总结如下：

(1) CKPOL (Clock Polarity) = CPOL = POL = Polarity = （时钟）极性；

(2) CKPHA (Clock Phase) = CPHA = PHA = Phase = （时钟）相位；

(3) SCK=SCLK=SPI的时钟；

(4) Edge=边沿，即时钟电平变化的时刻，即上升沿(rising edge)或者下降沿(falling edge)；

对于一个时钟周期内，有两个edge，分别称为：

Leading edge=前一个边沿=第一个边沿，对于开始电压是1，那么就是1变成0的时候，对于开始电压是0，那么就是0变成1的时候；

Trailing edge=后一个边沿=第二个边沿，对于开始电压是1，那么就是0变成1的时候（即在第一次1变成0之后，才可能有后面的0变成1），对于开始电压是0，那么就是1变成0的时候；

 

本文采用如下用法：

极性=CPOL

相位=CPHA

SCLK=时钟

第一个边沿和第二个边沿

 

【SPI的相位和极性】

CPOL和CPHA，分别都可以是0或时1，对应的四种组合就是：

Mode 0	CPOL=0, CPHA=0
Mode 1	CPOL=0, CPHA=1
Mode 2	CPOL=1, CPHA=0
Mode 3	CPOL=1, CPHA=1

  

    结合这个图已经很清楚的认识到，极性和相位主要是控制什么东东了.cpol等于0时，时钟的空闲电平就是0；cpol等于1时，空闲电平就是1；而cpha决定了数据采样的时刻，是第一个边沿的时候，还是第二个边沿的时候。

 

【如何看懂和记忆CPOL和CPHA】

所以，关于在其他地方介绍的，看似多么复杂难懂难记忆的CPOL和CPHA，其实经过上面解释，就很容易看懂了：

去看时序图，如果起始的始终SCLK的电平是0，那么CPOL=0，如果是1，那么CPOL=1，

然后看数据采样时刻，即时序图数据线上的数据那个矩形区域的中间所对应的位置，对应到上面SCLK时钟的位置，对应着是第一个边沿或是第二个边沿，即CPHA是0或1。（对应的是上升沿还是还是下降沿，要根据对应的CPOL的值，才能确定）。

 

即：

（1）如何判断CPOL：SCLK的空闲时候的电压，是0还是1，决定了CPOL是0还是1；

（2）如何判断CPHA：而数据采样时刻对应着的SCLK的电平，是第一个边沿还是第二个边沿，对应着CPHA为0还是1。

 

【软件中如何设置SPI的极性和相位】

SPI分主设备和从设备，两者通过SPI协议通讯。

而设置SPI的模式，是从设备的模式，决定了主设备的模式。

所以要先去搞懂从设备的SPI是何种模式，然后再将主设备的SPI的模式，设置和从设备相同的模式，即可正常通讯。

对于从设备的SPI是什么模式，有两种：

 

（1）固定的，有SPI从设备硬件决定的

SPI从设备，具体是什么模式，相关的datasheet中会有描述，需要自己去datasheet中找到相关的描述，即：

关于SPI从设备，在空闲的时候，是高电平还是低电平，即决定了CPOL是0还是1；

然后再找到关于设备是在上升沿还是下降沿去采样数据，这样就是，在定了CPOL的值的前提下，对应着可以推算出CPHA是0还是1了。

 

举例1：

CC2500 - Low-Cost Low-Power 2.4 GHz RF Transceiver的datasheet中SPI的时序图是：

从图中可以看到，最开始的SCLK和结束时候的SCLK，即空闲时刻的SCLK，是低电平，推导出CPOL=0，然后可以看到数据采样的时候，即数据最中间的那一点，对应的是SCLK的第一个边沿，所以CPHA=0（此时对应的是上升沿）。

举例2： 

  SSD1289 - 240 RGB x 320 TFT LCD Controller Driver的datasheet中提到：

“SDI is shifted into 8-bit shift register on every rising edge of SCK in the order of data bit 7, data bit 6 …… data bit 0.”

意思是，数据是在上升沿采样，所以可以断定是CPOL=0，CPHA=0，或者CPOL=1，CPHA=1的模式，但是至于是哪种模式。

按理来说，接下来应该再去确定SCLK空闲时候是高电平还是低电平，用以确定CPOL是0还是1，但是datasheet中没有提到这点。

所以，此处，目前不太确定，是两种模式都支持，还是需要额外找证据却确定CPOL是0还是1.

    （2）可配置的，由软件自己设定

从设备也是一个SPI控制器，4种模式都支持，此时只要自己设置为某种模式即可。

然后知道了从设备的模式后，再去将SPI主设备的模式，设置为和从设备模式一样，即可。

对于如何配置SPI的CPOL和CPHA的话，不多细说，多数都是直接去写对应的SPI控制器中对应寄存器中的CPOL和CPHA那两位，写0或写1即可。[page]

举例：

     此处遇到的C8051F347中的SPI就是一个SPI的controller控制器，即支持软件配置CPOL和CPHA的值，四种模式都支持，此处C8051F347作为SPI从设备，设置了CPOL=1，CPHA=0的模式，因此，此处对应主芯片Blackfin F537中的SPI控制器，作为Master主设备，其SPI的模式也要设置为CPOL=1，CPHA=0。   

     【待解决问题】

     对于软件去如何设置主设备（和 从设备）的CPOL和CPHA的值，是搞懂了，知道两者要匹配才可以正常通讯，但是对于CPOL和CPHA这四种模式，不同的模式之间，相对来说有何优缺点，比如是否哪种模式更稳定，数据更不容易出错等等，还是不清楚，如果有懂行的。 

     举例：  通过spi flash 写，读取相应的数据。

有待继续写：

3 uart接口

   串行通信

     串行通信的基本特征是数据逐位顺序进行传送串行通信的格式及约定（如：同步方式、通讯速率、数据块格式、信号电平……等）不同，形成了多种串行通信的协议与接口标准。

常见的有：

 1 通用异步收发器(UART) 2 通用串行总线（USB） 3 I2C总线 4 CAN总线 5 SPI总线 6 RS-485，RS-232C，RS422A标准……等等。

 

全双工串行接口 全双工串行接口(UART)

 数据通信的几个术语：

    并行：数据各位同时进行传送；

    串行：数据逐位顺序进行传送；

    全双工:(串行通信)收/发可同时进行；

    半双工:(串行通信)收/发不可同时进行；

    异步串行通信:以字符为单位进行传送；

    同步串行通信:以数据块为单位进行传送；

    波特率(bps.):单位时间传送的位数；

   单片机的uart大家已经接触过，接下来我们看看arm2440的uart如何使用和操作。

    主要就是几个寄存器的应用：一般包括相应的控制寄存器，状态寄存器。通过两者之间的配合实现数据的发送和接受。通过查询相关的状态，查看是否发送完毕。通过设置相应的中断，在中断处理程序中处理相应的数据。

 

接下来结合以上三种常用的接口谈谈它们之间的相同和不同之处：

    区别:

        SPI：高速同步串行口。3～4线接口，收发独立、可同步进行
        UART：通用异步串行口。按照标准波特率完成双向通讯，速度慢
        I2C:一种串行传输方式,三线制,网上可找到其通信协议和用法的 

3根线实现数据双向传输 
串行外围接口 Serial peripheral interface
UART:通用异步收发器
    UART是用于控制计算机与串行设备的芯片。有一点要注意的是，它提供了RS-232C数据终端设备接口，这样计算机就可以和调制解调器或其它使用RS-232C接口的串行设备通信了。作为接口的一部分，UART还提供以下功能：
       将由计算机内部传送过来的并行数据转换为输出的串行数据流。将计算机外部来的串行数据转换为字节，供计算机内部使用并行数据的器件使用。在输出的串行数据流中加入奇偶校验位，并对从外部接收的数据流进行奇偶校验。在输出数据流中加入启停标记，并从接收数据流中删除启停标记。处理由键盘或鼠标发出的中断信号（键盘和鼠票也是串行设备）。可以处理计算机与外部串行设备的同步管理问题。有一些比较高档的UART还提供输入输出数据的缓冲区，现在比较新的UART是16550，它可以在计算机需要处理数据前在其缓冲区内存储16字节数据，而通常的UART是8250。现在如果您购买一个内置的调制解调器，此调制解调器内部通常就会有16550 UART。

I2C:能用于替代标准的并行总线，能连接的各种集成电路和功能模块。I2C是多主控总线，所以任何一个设备都能像主控器一样工作，并控制总线。 总线上每一个设备都有一个独一无二的地址，根据设备它们自己的能力，它们可以作为发射器或接收器工作。多路微控制器能在同一个I2C总线上共存。
 

更详细的区别：

第一个区别当然是名字：
SPI(Serial Peripheral Interface：串行外设接口);
I2C(INTER IC BUS：意为IC之间总线)
UART(Universal Asynchronous Receiver Transmitter：通用异步收发器)

第二，区别在电气信号线上：  

    SPI总线由三条信号线组成：串行时钟(SCLK)、串行数据输出(SDO)、串行数据输入(SDI)。SPI总线可以实现 多个SPI设备互相连接。提供SPI串行时钟的SPI设备为SPI主机或主设备(Master)，其他设备为SPI从机或从设备(Slave)。主从设备间可以实现全双工通信，当有多个从设备时，还可以增加一条从设备选择线。
    如果用通用IO口模拟SPI总线，必须要有一个输出口(SDO)，一个输入口(SDI)，另一个口则视实现的设备类型而定，如果要实现主从设备，则需输入输出口，若只实现主设备，则需输出口即可，若只实现从设备，则只需输入口即可。

    I2C总线是双向、两线(SCL、SDA)、串行、多主控（multi-master）接口标准，具有总线仲裁机制，非常适合在器件之间进行近距离、非经常性的数据通信。在它的协议体系中，传输数据时都会带上目的设备的设备地址，因此可以实现设备组网。

    

    UART总线是异步串口，因此一般比前两种同步串口的结构要复杂很多，一般由波特率产生器(产生的波特率等于传输波特率的16倍)、UART接收器、UART发送器组成，硬件上由两根线，一根用于发送，一根用于接收。
    显然，如果用通用IO口模拟UART总线，则需一个输入口，一个输出口。

    第三，从第二点明显可以看出，SPI和UART可以实现全双工，但I2C不行；

第四，看看牛人们的意见吧！
     wudanyu：I2C线更少，我觉得比UART、SPI更为强大，但是技术上也更加麻烦些，因为I2C需要有双向IO的支持，而且使用上拉电阻，我觉得抗干扰能力较弱，一般用于同一板卡上芯片之间的通信，较少用于远距离通信。SPI实现要简单一些，UART需要固定的波特率，就是说两位数据的间隔要相等，而SPI则无所谓，因为它是有时钟的协议。
quickmouse：I2C的速度比SPI慢一点，协议比SPI复杂一点，但是连线也比标准的SPI要少。

   

       SPI 是一种允许一个主设备启动一个与从设备的同步通讯的协议，从而完成数据的交换。也就是SPI是一种规定好的通讯方式。这种通信方式的优点是占用端口较少，一般4根就够基本通讯了。同时传输速度也很高。一般来说要求主设备要有SPI控制器（但可用模拟方式），就可以与基于SPI的芯片通讯了。

      SPI 的通信原理很简单，它需要至少4根线，事实上3根也可以。也是所有基于SPI的设备共有的，它们是SDI（数据输入），SDO（数据输出），SCK（时 钟），CS（片选）。其中CS是控制芯片是否被选中的，也就是说只有片选信号为预先规定的使能信号时（高电位或低电位），对此芯片的操作才有效。这就允许 在同一总线上连接多个SPI设备成为可能。

     接下来就负责通讯的3根线了。通讯是通过数据交换完成的，这里先要知道SPI是串行通讯协议，也就是说数据是一位一位的传输的。这就是SCK时钟线存在的原 因，由SCK提供时钟脉冲，SDI，SDO则基于此脉冲完成数据传输。数据输出通过SDO线，数据在时钟上沿或下沿时改变，在紧接着的下沿或上沿被读取。 完成一位数据传输，输入也使用同样原理。这样，在至少8次时钟信号的改变（上沿和下沿为一次），就可以完成8位数据的传输。

     要注意的是，SCK信号线只由主设备控制，从设备不能控制信号线。同样，在一个基于SPI的设备中，至少有一个主控设备。

     这样传输的特点：这样的传输方式有一个优点，与普通的串行通讯不同，普通的串行通讯一次连续传送至少8位数据，而SPI允许数据一位一位的传送，甚至允许暂停，因为SCK时钟线由主控设备控制，当没有时钟跳变时，从设备不采集或传送数据。也就是说，主设备通过对SCK时钟线的控制可以完成对通讯的控制。

          SPI还是一个数据交换协议：因为SPI的数据输入和输出线独立，所以允许同时完成数据的输入和输出。

     不同的SPI设备的实现方式不尽相同，主要是数据改变和采集的时间不同，在时钟信号上沿或下沿采集有不同定义，具体请参考相关器件的文档。

I2C

只要求两条总线线路：一条串行数据线SDA 一条串行时钟线SCL

每个连接到总线的器件都可以通过唯一的地址和一直存在的简单的主机从机关系软件设定地址主机可以作为主机发送器或主机接收器

它是一个真正的多主机总线如果两个或更多主机同时初始化数据传输可以通过冲突检测和仲裁，防止数据被破坏

串行的8 位双向数据传输位速率在标准模式下可达100kbit/s 快速模式下可达400kbit/s 高速模式下可达3.4Mbit/s

片上的滤波器可以滤去总线数据线上的毛刺波保证数据完整

连接到相同总线的IC 数量只受到总线的最大电容400pF 限制

 

UART

UART总线是异步串口，因此一般比前两种同步串口的结构要复杂很多，一般由波特率产生器(产生的波特率等于传输波特率的16倍)、UART接收器、UART发送器组成，硬件上由两根线，一根用于发送，一根用于接收。

显然，如果用通用IO口模拟UART总线，则需一个输入口，一个输出口。

UART常用于控制计算机与串行设备的芯片。有一点要注意的是，它提供了RS-232C数据终端设备接口，这样计算机就可以和调制解调器或其它使用RS-232C接口的串行设备通信了。

明显可以看出，SPI和UART可以实现全双工，但I2C不行。