MCU之间通信的主要方式
今天分享的是关于mcu之间相互通信的文章，目前很多项目都是集成度比较高的系统，往往包括非常多的主控芯片，而芯片之间传递数据不同的方式会有不同特点，速度、稳定性、数据吞吐量等等，不同的方式也就适应了不同的应用场景，今天的内容或许是大家都需要了解的~
mcu之间通信的主要方式
1、采用硬件uart进行异步串行通信
这是一种占用口线少，有效、可靠的通信方式；但遗憾的是许多小型单片机没有硬件uart，有些也只有1个uart，如果系统还要与上位机通信的话，硬件资源是不够的。这种方法一般用于单片机有硬件uart且不需与外界进行串行通信或采用双uart单片机的场合。
2、采用片内spi接口或i2c总线模块串行通信形式
spi/i2c接口具有硬件简单、软件编程容易等特点，但目前大多数低端的单片机不具备硬件spi/i2c外设。
3、可以利用软件模拟spi/i2c模式通信
这种方式很难模拟从机模式，通信双方对每一位要做出响应，通信速率与软件资源的开销会形成一个很大的矛盾，处理不好会导致系统整体性能急剧下降。这种方法只能用于通信量极少的场合。
4、口对口并行通信
利用单片机的口线直接相连，加上1～2条握手信号线。这种方式的特点是通信速度快，1次可以传输4位或8位，甚至更多，但需要占用大量的口线，而且数据传递是准同步的。在一个单片机向另一个单片机传送1个字节以后，必须等到另一个单片机的接收响应信号后才能传送下一个数据。一般用于一些硬件口线比较富裕的场合。
5、利用双口ram作为缓冲器通信
这种方式的最大特点就是通信速度快，两边都可以直接用读写存储器的指令直接操作；但这种方式需要大量的口线，而且双口ram的价格很高，一般只用于一些对速度有特殊要求的场合。
总 结
从上面几种方案来看，各种方法对硬件都有很大的要求与限制，特别是难以在功能简单的单片机上实现，因此寻求一种简单、有效的，能在各种单片机之间通信的方法具有重要的意义。③、④方案中，双方单片机要传递的每一位或每一个字节做出响应，通信数据量较大时会耗费大量的软件资源，这在一些实时性要求高的地方是不允许的。
针对这一问题，假设在单片机之间增加1个数据缓冲器，大批数据先写入缓冲区，然后再让对方去取，各个单片机对数据缓冲器都是主控模式，这样必然会大大提高通信效率。
谈到数据缓冲，我们马上会想到并行ram，但是并行ram需要占用大量的口线（数据线+地址线+读写线+片选线+握手线），一般在16条以上。这是一个让人望而生畏的数字，而且会大大增加pcb面积并给布线带来一定的困难，极少有人采用这种方式。
串行接口的ram在市场上很少见，不但难以买到而且价格很高。移位寄存器也可以做数据缓冲器，但目前容量最大的也只128位，因为是“先进先出”结构，所以不管传递数据多少，接收方必须移完整个寄存器，灵活性差而且大容量的移位寄存器也是少见难买的。一种被称为“铁电存储器”芯片的出现，给我们带来了解决方法。
采用铁电存储器
利用铁电存储器作为数据缓冲器的通信方式，铁电存储器是美国ramtran公司推出的一种非易失性存储器件，简称fram。
与普通eeprom、flash-rom相比，它具有不需写入时间、读写次数无限，没有分布结构可以连续写放的优点，因此具有ram与eeprom的双得特性，而且价格相对较低。
现在大多数的单片机系统配备串行eeprom（如24cxx、93cxx等）用来存储参数。如果用1片fram代替原有eeprom，使它既能存储参数，又能作串行数据通信的缓冲器。
2个（或多个）单片机与1片fram接成多主-从的i2c总线方式，增加几条握手线，即可得到简单高效的通信硬件电路。
在软件方面，只要解决好i2c多主-从的控制冲突与通信协议问题，即可实现简单、高效、可靠的通信了。
通讯实例
实例（双单片机结构，多功能低功耗系统）
（1）硬件
w78le52与emc78p458组成一个电池供电、可远程通信的工业流量计。
78p458采用32.768khz晶振，工作电流低，不间断工作，实时采集传感器的脉冲及温度、压力等一些模拟量。
w78le52采用11.0592mhz晶振，由于它的工作电流较大，采用间断工作，负责流量的非线性校正、参数输入、液晶显示、与上位机通信等功能，它的uart用于远程通信。
2个单片机共用1片i2c接口的fram（fm24cl16）组成二主一从的i2c总线控制方式，w78le52的p3.5、p3.2分别与78p458的p51、p50连接作握手信号线a与b。
我们把握手线a（简称a线）定义为总线控制、指示线，主要用于获取总线控制权与判别总线是否“忙”；握手线b（简称b线）定义为通知线，主要用于通知对方取走数据。
（2）i2c总线仲裁
由于我们采用的是二主一从的i2c总线方式，因此防止2个主机同时去操作从机（防冲突）是一个非常重要的问题。
带有硬件i2c模块的器件一般是这样的，器件内部有1个总线仲裁器与总线超时定时器：当总线超时定时器超时后指示总线空闲，这时单片机可以发出获取总线命令，总线仲裁器通过一系列操作后确认获取总线成功或失败；超时定时器清零，以后的每一个scl状态变化对总线所有主机的超时定时器进行清零，以防止它溢出，指示总线正处于“忙”状态，直到一个主机对总线控制结束不再产生scl脉冲；超时定时器溢出，总线重新回到“空闲”状态。
但是目前大多数单片机没有配备硬件i2c模块，而且当2个主机的工作频率相差较大时，超时定时器定时值只能设为较大的值，这样也会影响总线的使用效率。
下面介绍一种用软件模拟i2c总线仲裁的方式（i2c读写操作程序的软件模拟十分多见，这里不再多述）
用1条握手线a，当a线高电平时，指示总线空闲；当其中一个主机要获取总线控制权时，先查询总线是否空闲，“忙”则退出，空闲则向a线发送一个测试序列（如：1000101011001011），在每次发送位“1”后读取的a线状态。
如果读取状态为“0”，马上退出，说明有其它器件已经抢先获取总线；如果一个序列读取的a线状态都正确，则说明已成功获得总线控制权，这时要拉低a线以指示总线“忙”，直到读写高a线，使总线回到“空闲”状态。不同的主机采用不同的测试序列，或产生随机测试序列，测试序列长度可以选得长一些，这样可以增加仲裁的可靠性。
（3）通信协议
一个可靠通信体系，除了好的硬件电路外，通信协议也至关重要。在单片机系统ram资源与执行速度都非常有限的情况下，一个简捷有效的协议是非常重要的。下面具体介绍一种比较适用于单片机通信的协议，数据以包的形式传送。
数据包结构：
① 包头——指示数据包的开始，有利于包完整性检测，有时可省略；
② 地址——数据包要传送的目标地址，若只有双机通信或硬件区分地址可以省略；
③ 包长度——指示整个数据包的长度；
④ 命令——指示本数据包的作用；
⑤ 参数——需要传送的数据与参数；
⑥ 校验——验证数据包的正确性，可以是和校验、异或校验、crc校验等或者是它们的组合；
⑦ 包尾——指示数据包的结尾，有利于包完整性检测，有时可省略。
（4）通信流程
首先，要在fram里划分好各个区域，各个单片机的参数区、数据接收区等。
然后，单片机可以向另一个单片机发送数据包，发送完毕之后通过向握手线b发送1个脉冲通知对方取走数据；接收方读取数据并进行处理后，向fram内发送方的数据接收区写入回传数据或通信失败标志，再向握手线b发送1个脉冲回应发送方。
如果需要单片机2发送的话，只需交换一下操作过程即可。
项目小节
通过实践可知，以上方法是可行的。与其它方法相比具有发下优点：
① 简单
占用单片机口线少（scl、sda、握手线a、握手线b）。
② 通用
软件模拟i2c主机方式，可以在任何种类的单片机之间通信。
③ 高效
由于采用数据缓冲，可以在不同时钟频率、不同速度的单片机之间通信；读写数据时，可以i2c总线的最高速度进行，可以实现1次传送大量数据；在一个单片机向fram传送数据时，另一个单片机无须一一作出响应或等待，可以进行其它程序操作，提高软件工作效率。
④ 灵活
通信硬件接口对于各个单片机是对等的，通过软件配置，每个单片机既可以根据需要主动发送通信，也可以只响应其它单片机的呼叫。
⑤容易扩展
通过增加地址识别线，修改通信协议，即可做到多机通信。
以下是需要注意的地方：
① 为了提高通信效率，握手线b最好使用中断端口，负脉冲宽度一定要满足速度较低单片机中断信号要求。如果没有中断的话应增加1条口线，用改变端口状态的方法通知对方，等待对方查询，而不是负脉冲。
② 向对方发送负脉冲时，应屏蔽自己的中断。
③ 由于参数与通信缓冲区同时设在同一片fram内，要避免对参数部分的误操作。一个较好的解决办法是把参数存放在地址的后半部分（a2=1），在进行通信操作时，把fram的wp引脚拉高（地址在后半部分的单元写保护），这样可以有效地防止测验时对参数区误操作。
④ 由于i2c总线在一个时间段内只有1个主机和1个从机，所以当1个单片机正在写通信数据时，另一个单片机是不能对fram进行操作的。如果需要实时、频繁地读取fram中参数的话，请预先将参数读入ram单元使用或另外增加专门存放参数的芯片。
爆料称AMD欲将芯片制造业务外包给台积电
【科普】电压和接地真的存在吗？如何测试？
华为SD-WAN再获2项大奖，持续促进行业数字化
数控机床领域的“铿锵玫瑰” 盖立亚又将迎来新的机遇和挑战
中兴高能8GWh动力电池项目一期规划已落实并试投产
MCU之间通信的主要方式
一种改进的流水线级运放共享电路设计
二线/三线/四线对讲电话电路图
对汽车尾气进行处理的尿素喷射系统中压力传感器有什么重要作用？
汽车发动机cvvt、dvvt、vvt、VVT-i都是什么意思？
中控智慧科技考勤机iClock980简介
解读光伏供应链现状和市场需求，分析产业链未来的市场趋势
多轴机器人和机床应用中的时序挑战
户外灯具气密性检测
第四届物联网产业发展与技术合作研讨会在西安召开
炒作？噱头？“石墨烯电池”技术到底存不存在？
传感器工作原理以及传感器种类详解
AEE一电科技隆重展出全球首架海陆空三栖飞机
霍尔传感器的检测与测试方法
安富利：告别盲人摸象，传感器融合才是智能社会的标配
mcu之间通信的主要方式
1、采用硬件uart进行异步串行通信
这是一种占用口线少，有效、可靠的通信方式；但遗憾的是许多小型单片机没有硬件uart，有些也只有1个uart，如果系统还要与上位机通信的话，硬件资源是不够的。这种方法一般用于单片机有硬件uart且不需与外界进行串行通信或采用双uart单片机的场合。
2、采用片内spi接口或i2c总线模块串行通信形式
spi/i2c接口具有硬件简单、软件编程容易等特点，但目前大多数低端的单片机不具备硬件spi/i2c外设。
3、可以利用软件模拟spi/i2c模式通信
这种方式很难模拟从机模式，通信双方对每一位要做出响应，通信速率与软件资源的开销会形成一个很大的矛盾，处理不好会导致系统整体性能急剧下降。这种方法只能用于通信量极少的场合。
4、口对口并行通信
利用单片机的口线直接相连，加上1～2条握手信号线。这种方式的特点是通信速度快，1次可以传输4位或8位，甚至更多，但需要占用大量的口线，而且数据传递是准同步的。在一个单片机向另一个单片机传送1个字节以后，必须等到另一个单片机的接收响应信号后才能传送下一个数据。一般用于一些硬件口线比较富裕的场合。
5、利用双口ram作为缓冲器通信
这种方式的最大特点就是通信速度快，两边都可以直接用读写存储器的指令直接操作；但这种方式需要大量的口线，而且双口ram的价格很高，一般只用于一些对速度有特殊要求的场合。
总 结
从上面几种方案来看，各种方法对硬件都有很大的要求与限制，特别是难以在功能简单的单片机上实现，因此寻求一种简单、有效的，能在各种单片机之间通信的方法具有重要的意义。③、④方案中，双方单片机要传递的每一位或每一个字节做出响应，通信数据量较大时会耗费大量的软件资源，这在一些实时性要求高的地方是不允许的。
针对这一问题，假设在单片机之间增加1个数据缓冲器，大批数据先写入缓冲区，然后再让对方去取，各个单片机对数据缓冲器都是主控模式，这样必然会大大提高通信效率。
谈到数据缓冲，我们马上会想到并行ram，但是并行ram需要占用大量的口线（数据线+地址线+读写线+片选线+握手线），一般在16条以上。这是一个让人望而生畏的数字，而且会大大增加pcb面积并给布线带来一定的困难，极少有人采用这种方式。
串行接口的ram在市场上很少见，不但难以买到而且价格很高。移位寄存器也可以做数据缓冲器，但目前容量最大的也只128位，因为是“先进先出”结构，所以不管传递数据多少，接收方必须移完整个寄存器，灵活性差而且大容量的移位寄存器也是少见难买的。一种被称为“铁电存储器”芯片的出现，给我们带来了解决方法。
采用铁电存储器
利用铁电存储器作为数据缓冲器的通信方式，铁电存储器是美国ramtran公司推出的一种非易失性存储器件，简称fram。
与普通eeprom、flash-rom相比，它具有不需写入时间、读写次数无限，没有分布结构可以连续写放的优点，因此具有ram与eeprom的双得特性，而且价格相对较低。
现在大多数的单片机系统配备串行eeprom（如24cxx、93cxx等）用来存储参数。如果用1片fram代替原有eeprom，使它既能存储参数，又能作串行数据通信的缓冲器。
2个（或多个）单片机与1片fram接成多主-从的i2c总线方式，增加几条握手线，即可得到简单高效的通信硬件电路。
在软件方面，只要解决好i2c多主-从的控制冲突与通信协议问题，即可实现简单、高效、可靠的通信了。
通讯实例
实例（双单片机结构，多功能低功耗系统）
（1）硬件
w78le52与emc78p458组成一个电池供电、可远程通信的工业流量计。
78p458采用32.768khz晶振，工作电流低，不间断工作，实时采集传感器的脉冲及温度、压力等一些模拟量。
w78le52采用11.0592mhz晶振，由于它的工作电流较大，采用间断工作，负责流量的非线性校正、参数输入、液晶显示、与上位机通信等功能，它的uart用于远程通信。
2个单片机共用1片i2c接口的fram（fm24cl16）组成二主一从的i2c总线控制方式，w78le52的p3.5、p3.2分别与78p458的p51、p50连接作握手信号线a与b。
我们把握手线a（简称a线）定义为总线控制、指示线，主要用于获取总线控制权与判别总线是否“忙”；握手线b（简称b线）定义为通知线，主要用于通知对方取走数据。
（2）i2c总线仲裁
由于我们采用的是二主一从的i2c总线方式，因此防止2个主机同时去操作从机（防冲突）是一个非常重要的问题。
带有硬件i2c模块的器件一般是这样的，器件内部有1个总线仲裁器与总线超时定时器：当总线超时定时器超时后指示总线空闲，这时单片机可以发出获取总线命令，总线仲裁器通过一系列操作后确认获取总线成功或失败；超时定时器清零，以后的每一个scl状态变化对总线所有主机的超时定时器进行清零，以防止它溢出，指示总线正处于“忙”状态，直到一个主机对总线控制结束不再产生scl脉冲；超时定时器溢出，总线重新回到“空闲”状态。
但是目前大多数单片机没有配备硬件i2c模块，而且当2个主机的工作频率相差较大时，超时定时器定时值只能设为较大的值，这样也会影响总线的使用效率。
下面介绍一种用软件模拟i2c总线仲裁的方式（i2c读写操作程序的软件模拟十分多见，这里不再多述）
用1条握手线a，当a线高电平时，指示总线空闲；当其中一个主机要获取总线控制权时，先查询总线是否空闲，“忙”则退出，空闲则向a线发送一个测试序列（如：1000101011001011），在每次发送位“1”后读取的a线状态。
如果读取状态为“0”，马上退出，说明有其它器件已经抢先获取总线；如果一个序列读取的a线状态都正确，则说明已成功获得总线控制权，这时要拉低a线以指示总线“忙”，直到读写高a线，使总线回到“空闲”状态。不同的主机采用不同的测试序列，或产生随机测试序列，测试序列长度可以选得长一些，这样可以增加仲裁的可靠性。
（3）通信协议
一个可靠通信体系，除了好的硬件电路外，通信协议也至关重要。在单片机系统ram资源与执行速度都非常有限的情况下，一个简捷有效的协议是非常重要的。下面具体介绍一种比较适用于单片机通信的协议，数据以包的形式传送。
数据包结构：
① 包头——指示数据包的开始，有利于包完整性检测，有时可省略；
② 地址——数据包要传送的目标地址，若只有双机通信或硬件区分地址可以省略；
③ 包长度——指示整个数据包的长度；
④ 命令——指示本数据包的作用；
⑤ 参数——需要传送的数据与参数；
⑥ 校验——验证数据包的正确性，可以是和校验、异或校验、crc校验等或者是它们的组合；
⑦ 包尾——指示数据包的结尾，有利于包完整性检测，有时可省略。
（4）通信流程
首先，要在fram里划分好各个区域，各个单片机的参数区、数据接收区等。
然后，单片机可以向另一个单片机发送数据包，发送完毕之后通过向握手线b发送1个脉冲通知对方取走数据；接收方读取数据并进行处理后，向fram内发送方的数据接收区写入回传数据或通信失败标志，再向握手线b发送1个脉冲回应发送方。
如果需要单片机2发送的话，只需交换一下操作过程即可。
项目小节
通过实践可知，以上方法是可行的。与其它方法相比具有发下优点：
① 简单
占用单片机口线少（scl、sda、握手线a、握手线b）。
② 通用
软件模拟i2c主机方式，可以在任何种类的单片机之间通信。
③ 高效
由于采用数据缓冲，可以在不同时钟频率、不同速度的单片机之间通信；读写数据时，可以i2c总线的最高速度进行，可以实现1次传送大量数据；在一个单片机向fram传送数据时，另一个单片机无须一一作出响应或等待，可以进行其它程序操作，提高软件工作效率。
④ 灵活
通信硬件接口对于各个单片机是对等的，通过软件配置，每个单片机既可以根据需要主动发送通信，也可以只响应其它单片机的呼叫。
⑤容易扩展
通过增加地址识别线，修改通信协议，即可做到多机通信。
以下是需要注意的地方：
① 为了提高通信效率，握手线b最好使用中断端口，负脉冲宽度一定要满足速度较低单片机中断信号要求。如果没有中断的话应增加1条口线，用改变端口状态的方法通知对方，等待对方查询，而不是负脉冲。
② 向对方发送负脉冲时，应屏蔽自己的中断。
③ 由于参数与通信缓冲区同时设在同一片fram内，要避免对参数部分的误操作。一个较好的解决办法是把参数存放在地址的后半部分（a2=1），在进行通信操作时，把fram的wp引脚拉高（地址在后半部分的单元写保护），这样可以有效地防止测验时对参数区误操作。
④ 由于i2c总线在一个时间段内只有1个主机和1个从机，所以当1个单片机正在写通信数据时，另一个单片机是不能对fram进行操作的。如果需要实时、频繁地读取fram中参数的话，请预先将参数读入ram单元使用或另外增加专门存放参数的芯片。
爆料称AMD欲将芯片制造业务外包给台积电
【科普】电压和接地真的存在吗？如何测试？
华为SD-WAN再获2项大奖，持续促进行业数字化
数控机床领域的“铿锵玫瑰” 盖立亚又将迎来新的机遇和挑战
中兴高能8GWh动力电池项目一期规划已落实并试投产
MCU之间通信的主要方式
一种改进的流水线级运放共享电路设计
二线/三线/四线对讲电话电路图
对汽车尾气进行处理的尿素喷射系统中压力传感器有什么重要作用？
汽车发动机cvvt、dvvt、vvt、VVT-i都是什么意思？
中控智慧科技考勤机iClock980简介
解读光伏供应链现状和市场需求，分析产业链未来的市场趋势
多轴机器人和机床应用中的时序挑战
户外灯具气密性检测
第四届物联网产业发展与技术合作研讨会在西安召开
炒作？噱头？“石墨烯电池”技术到底存不存在？
传感器工作原理以及传感器种类详解
AEE一电科技隆重展出全球首架海陆空三栖飞机
霍尔传感器的检测与测试方法
安富利：告别盲人摸象，传感器融合才是智能社会的标配