Vestavné mikropočítačové systémy

7. Týden – Datové komunikace II(SPI, I2C, 1-Wire)

SPI – Serial Peripheral Interface• Duplexní single-masterová synchronní sériová sběrnice

• Komunikační signály jsou sdílené– MOSI – master-out, slave-in

– MISO – master-in, slave-out

– SCK – hodinový signál generovaný masterem

• Adresace se provádí pomocí zvláštních vodičůSS (slave-select) resp. CS (chip-select)

SPI – módy• Mód komunikace je určen dvěma parametry – CPOL a CPHA

• V µP lze zpravidla volit dle požadavků připojeného zařízení

I2C – Inter-Integrated Circuit• Poloduplexní multi-masterová synchronní sériová sběrnice (Philips)

• Používá se pro připojení nízkorychlostních periferií

• Umožňuje propojení až 128 různých zařízení pomocí dvou vodičů– SCL – hodinový signál (Synchronous Clock)

– SDA – datový kanál (Synchronous Data)

• Zařízení na směrnici může vystupovat v jedné ze dvou rolí– Master – zahajuje a ukončuje komunikaci, generuje hodiny

– Slave – zařízení adresované masterem

µP(master)

RTC(slave)

E2PROM(slave)

R-trim(slave)

teploměr(slave)

SDA

SCL

VCC

I2C – fyzická vrstva• Oba signály mají charakter otevřeného kolektoru – musí být připojeny

přes pull-up rezistor ke kladnému napájecímu napětí

• Délka vodičů je omezena jejich nejvyšší přípustnou kapacitou 400pF

• Maximální frekvence SCL je podle verze buď 100 kHz nebo 400 kHz

• Při běžném provozu platí, že stav signálu SDA se smí změnit pouze je li SCL v úrovni L

• Toto pravidlo je porušeno ve dvou speciálních případech – při vysílání tzv. START resp. STOP podmínky, které se používají pro signalizaci zahájení resp. ukončení přenosu

START STOP

SCL

SDA

I2C – linková vrstva• Přenosový rámec začíná značkou START, následuje 7 bitů adresy a

jeden bit, který specifikuje druh přenosu čtení/zápis

• Přenesení osmi bitů následuje tzv. ACK bit. Strana, která odeslal těch 8 bitů uvolní sběrnici (H) a přijímací strana potvrdí příjem tak, že sběrnici stáhne do L

• Po naadresovaní slave zařízení se přenáší vlastní data. Osmice datových bitů jsou rovněž prokládány ACK bitem

I2C – další vlastnosti• Arbitráž

– Používá se metoda sdílení sběrnice s detekcí kolizí;

– Každá stanice může zahájit vysílání, je-li sběrnice v klidovém stavu;

– Během vysílání se porovnává skutečný stav SDA s vysílanými daty;

– Začnou-li vysílat dvě zařízení, dříve nebo později dojde ke kolizi;

– Vzhledem k charakteru sběrnice (otevřený kolektor) lze kolie bezpečně detekovat. Pokud jedno zařízení vysílá H a druhé L, tak sběrnice je ve stavu L. Zařízení, které vysílalo H v takovém případě detekuje kolizi a musí okamžitě ukončit své vysílání.

• Adresace– Součástka má zpravidla z výroby přidělenu nějakou adresu – podléhá

licenčním podmínkám;

– Některé adresy jsou rezervované pro speciální účely: 0 – broadcast;

– Adresa 11110aa indikuje 10-ti bitové adresování. aa jsou nejvyšší dva bity adresy. Zbývajících 8 bitů následuje.

1-Wire• Poloduplexní single-masterová asynchronní sériová sběrnice (Maxim)

• 1 signálový vodič, může sloužit zároveň i k napájení slave

• Používá se pro připojení nízkorychlostních periferií– Standardní rychlost: 15,4kbps

– Overdrive: 125kbps

• Každé zařízení má z výroby neměnitelnou unikátní 64 bitovou adresu

1-Wire – fyzická vrstva• Komunikaci zahajuje a řídí master

• Sběrnice má charakter otevřeného kolektoru (povinný pull-up rezistor)

• Slave zařízení mají obvykle zabudovaný kapacitor, který jim umožňuje napájení přímo ze sběrnice – není třeba samostatný napájecí vodič

• Slave zařízení jsou synchronizována sestupnou hranou

1-Wire – princip time-slotů• Data (bity) jsou přenášeny v tzv. time-slotech

– 1 odpovídá krátkému pulsu

– 0 odpovídá dlouhému pulsu

• Time-slot (T)– Standardní rychlost: 60µs

– Overdrive: 8µs

1-Wire – komunikace• Komunikace na sběrnici 1-Wire se skládá ze tří

cyklicky se opakujících fází:– Reset/Synchronizace zařízení

– Výběr zařízení (ROM-level Command)

– Funkce zařízení (Device-level Command)

1-Wire – Reset/Presence• Synchronizační fáze uvádí sběrnici do výchozího stavu a master

dostává informaci, že na sběrnici je připojen nějaký slave.

1-Wire – Čtení/zápis bitu

1-Wire – ROM-level Commands

• Skip ROM – přeskočí výběr zařízení (na sběrnici je pouze 1 slave)

• Read ROM – čtení identifikace zařízení (na sběrnici je pouze 1 slave)

• Match ROM – výběr zařízení

• Resume – použije předchozí vybrané zařízení

• Overdrive-skip ROM – přeskočí výběr a přepne sběrnici do overdrive

• Search ROM – prohledávání sběrnice (algoritmus viz tutoriál)