大家好，又到了每日學習的時候了。今天我們來聊一聊總線接口。
一、I2C總線
I2C總線是PHLIPS公司推出的一種串行總線，是具備多主機系統所需的總線裁決和高低速器件同步功能的高性能串行總線,使用兩根雙向I/O線：SCL（串行時鐘線）和SDA（串行數據線）。 該總線主要是用來連接整體電路(ICS) ，I2C是一種多向控制總線，也就是說多個芯片可以連接到同一總線結構下，同時每個芯片都可以作為實施數據傳輸的控制源。這種方式簡化了信號傳輸總線。主從之分，可以掛在多個slave設備。每一個I2C總線器件內部的SDA、SCL引腳電路結構都是一樣的，引腳的輸出驅動與輸入緩沖連在一起。其中輸出為漏極開路的場效應管、輸入緩沖為一只高輸入阻抗的同相器。


這種電路具有兩個特點：
（1）由于 SDA、SCL 為漏極開路結構，借助于外部的上拉電阻實現了信號的“線與”邏輯；
（2）引腳在輸出信號的同時還將引腳上的電平進行檢測，檢測是否與剛才輸出一致。為 “時鐘同步”和“總線仲裁”提供硬件基礎。
如果從機希望主機降低傳送速度可以通過將SCL主動拉低延長其低電平時間的方法來通知主機，當主機在準備下一次傳送發現SCL的電平被拉低時就進行等待，直至從機完成操作并釋放SCL線的控制控制權。這樣以來，主機實際上受到從機的時鐘同步控制。可見SCL線上的低電平是由時鐘低電平最長的器件決定；高電平的時間由高電平時間最短的器件決定。這就是時鐘同步，它解決了I2C總線的速度同步問題。

二、SPI總線
SPI(Serial Peripheral Interface--串行外設接口)總線系統是一種同步串行外設接口，它可以使MCU與各種外圍設備以串行方式進行通信以交換信息。該接口一般使用4條線。SPI的三個寄存器為：控制寄存器SPCR，狀態寄存器SPSR，數據寄存器SPDR。
SPI接口是在CPU和外圍低速器件之間進行同步串行數據傳輸，在主器件的移位脈沖下，數據按位傳輸，高位在前，低位在后，為全雙工通信，數據傳輸速度總體來說比I2C總線要快，速度可達到幾Mbps。

SPI總線定義：
（1）MOSI – 主器件數據輸出，從器件數據輸入
（2）MISO – 主器件數據輸入，從器件數據輸出
（3）SCLK –時鐘信號，由主器件產生,最大為fPCLK/2，從模式頻率最大為fCPU/2
（4）NSS – 從器件使能信號，由主器件控制,有的IC會標注為CS(Chip select)
在點對點的通信中，SPI接口不需要進行尋址操作，且為全雙工通信，顯得簡單高效。在多個從器件的系統中，每個從器件需要獨立的使能信號，硬件上比I2C系統要稍微復雜一些。
SPI接口在內部硬件實際上是兩個簡單的移位寄存器，傳輸的數據為8位，在主器件產生的從器件使能信號和移位脈沖下，按位傳輸，高位在前，低位在后。數據在SCLK的上升沿上改變，同時一位數據被存入移位寄存器。
SPI有四種工作模式, CPOL和CPHA分別都可以是0或時1：
CPOL: (Clock Polarity),時鐘極性。當CPOL為0時,時鐘空閑時電平為低;當CPOL為1時,時鐘空閑時電平為高;
CPHA Clock Phase),時鐘相位。當CPHA為0時,時鐘的上升沿采集數據，時鐘周期的下降沿輸出數據;當CPHA為1時,時鐘的下降沿采集數據，時鐘周期的上升沿輸出數據;

三、RS232、RS422、RS485總線
RS232：由電子工業協會(Electronic Industries Association，EIA) 所制定的異步傳輸標準接口。通常 RS-232 接口以9個引腳 (DB-9) 或是25個引腳 (DB-25) 的型態出現，一般個人計算機上會有兩組 RS-232 接口，分別稱為 COM1 和 COM2。它定義了數據終端設備(DTE)和數據通信設備(DCE)之間的串行連結。是串行通信接口標準。
RS-422：是平衡電壓數字接口電路。在相同傳輸線上連接多個接收節點，最多可接256個節點。即一個主設備（Master），其余為從設備（Slave）。RS-422支持點對多的雙向通信。是并行通信接口標準。
RS485：是兩線制（多采用屏蔽雙絞線）傳輸。是主從通信方式，即一個主機帶多個從機。很多情況下，連接RS-485通信鏈路時只是簡單地用一對雙絞線將各個接口的“A”、“B”端連接起來。RS485接口連接器采用DB-9的9芯插頭座，與智能終端RS485接口采用DB-9（孔），與鍵盤連接的鍵盤接口RS485采用DB-9（針）。

RS232、RS422、RS485的區別：
a.通信距離的不同：
1.RS232最多傳輸15米。
2.RS-422是差模傳輸，抗干擾能力強，能傳1200米。
3.RS485最大的通信距離約為1219m。
b.邏輯表示的不同：
1.RS232使用-12V表示邏輯1，12V表示0，全雙工，最少3條通信線（RX,TX,GND），因為使用絕對電壓表示邏輯，由于干擾，導線電阻等原因，通訊距離不遠。
2.RS422，使用TTL差動電平表示邏輯，就是兩根的電壓差表示邏 輯，RS422定義為全雙工的，所以最少要4根通信線（一般額外地多一根地線），一個驅動器可以驅動最多10個接收器（即接收器為1/10單位負載），通訊距離與通訊速率有關系，一般距離短時可以使用高速率進行通信，速率低時可以進行較遠距離通信。
3.RS485，絕大部分繼承了422，主要的差別是RS485可以是半雙工的，而且一個驅動器的驅動能力至少可以驅動32個接收器（即接收器為1/32單位負載），當使用阻抗更高的接收器時可以驅動更多的接收器。所以現在大多數全雙工485驅動/接收器對都是標：RS422/485的，因為全雙工RS485的驅動/接收器對一定可以用在RS422網絡。

四、USB
USB，是英文Universal Serial Bus（通用串行總線）的縮寫，是一個外部總線標準，用于規范電腦與外部設備的連接和通訊。是應用在PC領域的接口技術。USB接口支持設備的即插即用和熱插拔功能。USB是一種統一的傳輸規范，但是接口有許多種，最常見的就是咱們電腦上用的那種扁平的，這叫做A型口，里面有4根連線，根據誰插接誰分為公母接口，一般線上帶的是公口，機器上帶的是母口。USB信號使用分別標記為D+和D-的雙絞線傳輸，它們各自使用半雙工的差分信號并協同工作，以抵消長導線的電磁干擾。


USB1.1是較為普遍的USB規范，其高速方式的傳輸速率為12Mbps，低速方式的傳輸速率為1.5Mbps（b是bit的意思），1MB/s（兆字節/秒）=8MBPS（兆位/秒），12Mbps=1.5MB/s。當前，大部分MP3為此類接口類型。
USB2.0規范是由USB1.1規范演變而來的。它的傳輸速率達到了480Mbps，折算為MB為60MB/s，足以滿足大多數外設的速率要求。USB 2.0中的“增強主機控制器接口”（EHCI）定義了一個與USB 1.1相兼容的架構。它可以用USB 2.0的驅動程序驅動USB 1.1設備。也就是說，所有支持USB 1.1的設備都可以直接在USB 2.0的接口上使用而不必擔心兼容性問題，而且像USB線、插頭等等附件也都可以直接使用。

五、PCI
PCI即Peripheral Component Interconnect，是一種局部并行總線標準。是由ISA總線發展而來的。從結構上看，PCI是在CPU的供應商和原來的系統總線之間插入的一級總線，具體由一個橋接電路實現對這一層的管理，并實現上下之間的接口以協調數據的傳送。
PCI總線是一種樹型結構，并且獨立于CPU總線，可以和CPU總線并行操作。PCI總線上可以掛接PCI設備和PCI橋片，PCI總線上只允許有一個PCI主設備，其他的均為PCI 從設備，而且讀寫操作只能在主從設備之間進行，從設備之間的數據交換需要通過主設備中轉。PCI總線結構如下圖所示。


PCI總線是一種同步的獨立于處理器的32位或64位局部總線，最高工作頻率為33MHz，峰值速度在32位時為132MB/s，64位時為264MB/s，總線規范由PCISIG發布。ISA總線相比，PCI總線和有如下顯著的特點：
（1）高速性
PCI局部總線以33MHz的時鐘頻率操作，采用32位數據總線，數據傳輸速率可高達132MB/s，遠超過以往各種總線。另外，PCI總線的主設備（Master）可與微機內存直接交換數據。
（2）即插即用性
PCI板卡的硬件資源則是由微機根據其各自的要求統一分配，決不會有任何的沖突問題。
（3）可靠性
與原先微機常用的ISA總線相比，PCI總線增加了奇偶校驗錯（PERR）、系統錯（SERR）、從設備結束（STOP）等控制信號及超時處理等可靠性措施，使數據傳輸的可靠性大為增加。
（4）復雜性
PCI總線強大的功能大大增加了硬件設計和軟件開發的實現難度。硬件上要采用大容量、高速度的CPLD或FPGA芯片來實現PCI總線復雜的功能。軟件上則要根據所用的操作系統，用軟件工具編制支持即插即用功能酶設備驅動程序。
（5）自動配置
當PCI插卡插入系統，BIOS將根據讀到的有關該卡的信息，結合系統的實際情況為插卡分配存儲地址、中斷和某些定時信息。
（6）共享中斷
PCI總線是采用低電平有效方式，多個中斷可以共享一條中斷線，而ISA總線是邊沿觸發方式。
（7）擴展性好
由于PCI的設計是要輔助現有的擴展總線標準，因此與ISA，EISA及MCA總線完全兼容。
（8）多路復用
在PCI總線中為了優化設計采用了地址線和數據線共用一組物理線路，即多路復用。PCI接插件尺寸小，又采用了多路復用技術，減少了元件和管腳個數，提高了效率。
（9）嚴格規范
PCI總線對協議、時序、電氣性能、機械性能等指標都有嚴格的規定，保證了PCI的可靠性和兼容性。

六、PCIE
PCI-Express(peripheral component interconnect express)是一種高速串行計算機擴展總線標準。
在概念上，PCI Express總線是較舊的PCI/ PCI-X總線的高速串行替換。PCI Express總線與舊PCI之間的主要區別之一是總線拓撲。 PCI使用共享并行總線架構，其中PCI主機和所有設備共享一組通用的地址，數據和控制線。 相比之下，PCI Express基于點到點拓撲，單獨的串行鏈路將每個設備連接到根系統（主機）。 由于其共享總線拓撲，可以對單個方向上的PCI總線進行仲裁（在多個主機的情況下），并且一次限制為一個主機。 此外，舊的PCI時鐘方案將總線時鐘限制在總線上最慢的外設（不管總線事務中涉及的設備如何）。 相比之下，PCI Express總線鏈路支持任何兩個端點之間的全雙工通信，同時跨多個端點的并發訪問沒有固有的限制。
在總線協議方面，PCI Express通信封裝在數據包中。打包和解包數據和狀態消息流量的工作由PCI Express端口的事務層處理，電信號和總線協議的根本差異需要使用不同的機械外形尺寸和擴展連接器（因此，需要新的主板和新的適配器板）; PCI插槽和PCI Express插槽不可互換。
在軟件級別，PCI Express保留與PCI的向后兼容性; 傳統的PCI系統軟件可以檢測和配置較新的PCI Express設備，而無需顯式支持PCI Express標準，但是新的PCI Express功能無法訪問。兩個設備之間的PCI Express鏈路可以由1個到32個通道組成。 在多通道鏈路中，分組數據在通道上條帶化，并且峰值數據吞吐量與整個鏈路寬度成比例。通道計數在設備初始化期間自動協商，并且可以被任一端點限制。
PCI Express在消費者，服務器和工業應用中運行，作為主板級互連（連接主板外圍設備），無源背板互連以及作為附加板的擴展卡接口。主要應用：外部GPU，存儲設備，群集互連。

七、網口
網口是網絡的高速發展已經進入了G時代。主要分為千兆網口和百兆網口，千兆網口是向下兼容的，和百兆的網口也可以連接。
RJ45接口是常用的以太網接口，支持10兆和100兆自適應的網絡連接速度，RJ45型網線插頭又稱水晶頭，共有八芯做成，廣泛應用于局域網和ADSL寬帶上網用戶的網絡設備間網線（稱作五類線或雙絞線）的連接。在具體應用時，RJ45型插頭和網線有兩種連接方法（線序），分別稱作T568A線序和T568B線序。


常見的RJ45接口有兩類：用于以太網網卡、路由器以太網接口等的DTE（數據終端設備）類型和用于交換機等的DCE（數字通信設備）類型。當兩個類型一樣的設備使用RJ45接口連接通信時，必須使用交叉線連接。如果DTE類型接口和DTE類型接口相連時不交叉相連引腳，對觸的引腳都是數據接收（發送）引腳，不能進行通信。另外：一些DCE類型設備會和對方自動協商，此時連接用直通線或平行線均可。