1、 裘千丈輕功水上漂之UART

射雕英雄傳中的裘千丈說，UART就是我的輕功水上漂過河。想從河上過(通信)，提前布暗樁，行走時步伐按樁距固定(波特率提前確定)，步幅太大或太小都會落水。為了不被二弟裘千仞識破，可以安排侍衛在對岸監視通知，沒風險才開始表演(流控)。為了保證踩點準確，隔一段距離定個特殊標記的粗木樁。

UART 通用異步收發傳輸器(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)，通信雙方接三根線，RX、TX和GND，TX用于發送數據，RX用于接受數據，雙方收發交叉對接，支持全雙工方式。

因為沒有時鐘控制，什么時機開始發數據，且保證對方正確接收?

如A發數據到B，平時空閑時A.TX 和 B.RX.保持1，當A.TX先發0作為起始位，告訴B請注意，我要發數據了。然后就開始發數據，數據位可配置，通常是5位，6位，7位，8位，一幀數據發完后，A.TX給個高電平告訴B.RX我發完了一幀。如果開啟校驗位，在發停止位之前發送個校驗位，一般都不需要校驗位了，短距離有線傳輸出錯的概率非常小。如果還有數據，則重復前面的操作。

一般軟件配置串口，有波特率，數據位、停止位、校驗位、流控。分別表示傳輸速度，一幀數據的長度，以及發完告知停止，發完是否校驗，是否進行發送控制。看起來參數很多，針對個人經驗，一般都是固定8位數據位，1位停止位、無校驗、無流控，只是配置波特率。

UART沒有時鐘控制數據捕獲時機，依靠通信前就定義波特率，雙方按定義的頻率讀寫數據位，正如裘千丈的水上漂，一旦暗樁安裝固定，就得按固定的步長行走，否則就會出錯落水。

UART在水上漂項目可以，但是傳輸效率有限，一般高到921600，如果再高可能出現誤碼，繼續加高，就是高空飛行，最后裘千丈就是期望在高空也行走自如，想攀上黃蓉乘坐的大雕逃命，不慎墜落，死于飛行事故。

2、叫你一聲你敢答應嗎之I2C

作為太上老君看銀爐的童子，銀角大王最懂I2C，萬千人中我叫你一聲，你答應了就倒霉(從機地址正確才能通信)。IIC(Inter Integrated Circuit)兩根線，一條時鐘線SCL和一條數據線SDA，所以是半雙工通信，主從模式，支持一對多，一個銀角大王可以對付一群猴子，每個猴子名字不同(從設備的I2C地址不同)，點名叫到誰，誰就被紫金葫蘆帶走。

假設主機A給從機B發數據(A.SCL接B.SCL，A.SDA接B.SDA)，根據應用，A可以同時接B,C,D。空閑時SDA和SCL上的電平都為高電平。

起始和停止起始條件S：當SCL高電平時，SDA由高電平向低電平轉換;停止條件P：當SCL高電平時，SDA由低電平向高電平轉換。起始和停止條件一般由主機產生，總線在起始條件后處于busy的狀態，在停止條件的某段時間后，總線才再次處于空閑狀態。

空閑時SDA和SCL上的電平都為高電平。A先把SDA拉低，等SDA變為低電平后再把SCL拉低(以上兩個動作構成了I2C的起始位)，此時SDA就可以發送數據了，與此同時，SCL發送一定周期的脈沖，SDA發送數據和SCL發送脈沖的要符合的關系是：SDA必須在SCL是高電平時保持有效，在SCL是低電平時發送下一位(SCL會在上升沿對SDA進行采樣)。

傳輸與響應一次傳8位數據，8位數據傳輸結束后A釋放SDA，SCL再發一個脈沖(這是第九個脈沖)，觸發B將SDA置為低電平表示確認(該低電平稱為ACK)。最后SCL先變為高電平，SDA再變為高電平(以上兩個動作稱為結束標志)，如果B沒有將SDA置為0 ，則A停止發送下一幀數據.。

整體時序I2C總線上的每個設備都有唯一地址，數據包傳輸時先發送地址位，接著才是數據。一個地址字節由7個地址位(可以掛128個設備)和1個指示位組成(7位尋址模式)，0表示寫，1表示讀。一般芯片手冊I2C地址都是7位地址，有些與某個引腳的電平相關，主機控制最后讀寫位。

實際項目一般都是采用I2C庫，有的庫要求傳入的是8位的寫的地址，有的是7位，由接口函數再區分讀寫補位。當然，最愚蠢的辦法是從0到255定時循環讀某個寄存器地址，讀到正確值時的地址就是正確的從機地址。

一般情況下使用I2C庫，除了配置從機地址，其他的起始、結束等時序等其實不太關注，只需要配置時鐘頻率，一般看從機最大支持多少，以及主機的系統時鐘，太高會偶爾出現錯誤，再沒有時間要求的情況下，時鐘越低越穩定。

3、慕容復斗轉星移之SPI

天龍八部的慕容復：雖然我不如喬峰可以使出降龍十八掌，但是他對我出手，我也以彼之道還施彼身，對方輸出時也會被反噬，互相傷害，他停止時鐘我也無可奈何。正如SPI，主機開啟了時鐘發數據，從機也在同時輸出，時鐘停，大家都收手。SPI 串行外設接口(Serial Peripheral Interface)主從模式，一種高速的，全雙工同步的通信總線。標準SPI是4條線。SDI(數據輸入)、SDO(數據輸出)、SCLK(時鐘)、CS(片選，有些也稱為SS)。

SDO/MOSI – 主設備數據輸出，從設備數據輸入 ，master output slave input;SDI/MISO – 主設備數據輸入，從設備數據輸出，master input slave output;SCLK – 時鐘信號，由主設備產生;CS/SS – 從設備使能信號，由主設備控制。當有多個從設備的時候，主設備通過片選引腳選擇其中一個從設備進行通信。(I2C是通過軟件協議實現多選一，SPI是通過硬件實現)。

當主機控制CS，開啟時鐘閘門，主從雙方就可以開始放數據位或者取數據位進行交互了，但是在什么時機開始，就有標準了。根據外設工作要求，其輸出串行同步時鐘極性和相位可以進行配置。

CPOL：時鐘極性選擇，為0時SPI總線空閑為低電平，為1時SPI總線空閑為高電平

CPHA：時鐘相位選擇，為0時在SCK第一個跳變沿采樣，為1時在SCK第二個跳變沿采樣

這樣就有四種模式。以模式1為例，空閑時為低，第一次時鐘跳變采樣，也就是上升沿讀數采樣，對著下降沿放數據。如果實在分不清，還有愚蠢的辦法，四種模式全部嘗試一次，就可知道正確模式。

SPI傳輸數據沒有位數限制，只要定義收發高位在前還是低位在前，可以持續高速傳輸。

正如前面，若是喬峰收手，慕容復就沒法使出降龍十八掌的效果，但是他可以當面罵喬峰是契丹狗，喬峰一怒之下就發功，慕容復就奸計得逞。這契丹狗三字翻譯為軟件術語就是觸發中斷，從機發中斷告知主機我有事來找我；主機定時查詢也可實現，只是使用情況更少。

4、裘千尺的吐棗核絕技與1-wire

裘千丈的三妹裘千尺被囚地下，她以口噴射棗核釘打在棗樹，樹的搖晃就會掉下棗子充饑。這棗核釘是單向操作，用力過猛，棗核透過棗樹，用力太輕或者射偏了，棗樹沒有反應，這樣棗核用完了就悲劇了。可見這絕技，看起來簡便，實則背后隱藏了精確控制，對時機、位置控制要完美，如1-wire通信，單線控制，時鐘精準。1-wire總線接口簡單，一根線就可以，一般內部開漏輸出，外部硬件上拉。

這樣就有四種模式。以模式1為例，空閑時為低，第一次時鐘跳變采樣，也就是上升沿讀數采樣，對著下降沿放數據。如果實在分不清，還有愚蠢的辦法，四種模式全部嘗試一次，就可知道正確模式。

SPI傳輸數據沒有位數限制，只要定義收發高位在前還是低位在前，可以持續高速傳輸。

正如前面，若是喬峰收手，慕容復就沒法使出降龍十八掌的效果，但是他可以當面罵喬峰是契丹狗，喬峰一怒之下就發功，慕容復就奸計得逞。這契丹狗三字翻譯為軟件術語就是觸發中斷，從機發中斷告知主機我有事來找我;主機定時查詢也可實現，只是使用情況更少。

4、裘千尺的吐棗核絕技與1-wire

裘千丈的三妹裘千尺被囚地下，她以口噴射棗核釘打在棗樹，樹的搖晃就會掉下棗子充饑。這棗核釘是單向操作，用力過猛，棗核透過棗樹，用力太輕或者射偏了，棗樹沒有反應，這樣棗核用完了就悲劇了。可見這絕技，看起來簡便，實則背后隱藏了精確控制，對時機、位置控制要完美，如1-wire通信，單線控制，時鐘精準。1-wire總線接口簡單，一根線就可以，一般內部開漏輸出，外部硬件上拉。

1-wire使用一條線來傳送的四種信令組成，包括復位脈沖和在線應答脈沖的復位序列、寫 0 時隙、寫 1 時隙、讀時隙。除在線應答脈沖以外，所有其它信號都由總線主機發出，并且發送的所有數據和命令都是字節的低位在前。主機與從機的數據通信是通過時隙完成的，在每個時隙只能傳送一位數據。通過寫時隙可把數據從主機傳送給從機，通過讀時隙可把數據由從器件傳送給主機，將完成一位傳輸的時間稱為一個時隙。

一般操作流程參考外設芯片手冊，主要是不同平臺的延時處理，需要軟件實現1us延時的接口，否則數據通信異常。

5、秘籍功法

四種接口，每個都有合適的應用場景，對硬件端口的占用、對軟件的控制要求、通信效率也不相同。尤其前3種屬于常用協議，一般都支持硬件接口，廠家也一般提供hal庫，對軟件開發人員的要求逐漸降低。這也導致代碼應用很溜，實際底層原理略微欠缺，一旦通信異常或者有特殊需求就無從下手。如使用GPIO模擬出UART，使用SPI實現AT功能。

武林人士一般都追求失傳的武林秘籍，正如軟件開發人員，有問題總是寄希望與其他人的經驗總結，或者廠家的技術支持或源碼，而不是創造新的功法。笑傲江湖的岳不群本是華山派掌門，精通紫霞神功，武功屬于一流，但是沒繼續專研自家內功，為了辟邪劍譜自宮了，軟件開發人員想重蹈覆轍么?

不論劍宗、氣宗，先把功能跑通再反推代碼原理和實現流程，還是先理清時序和原理再編碼實現功能，短期內劍宗效率高，加工資快;氣宗則可能被淘汰，尤其在勢利的小公司，不注重新人培養。如果合二為一，項目緊急則拿來就用，空閑時專研總結，取長補短，則是完美開發人員的素質。

軟件開發沒有秘笈功法，全靠個人學習總結。

原文標題：神解釋：UART/I2C/SPI/1-wire四大通信接口

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審核編輯：湯梓紅