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在 ARM 板卡开发中常见的通讯协议主要包括 UART、I2C、SPI、CAN 和 Ethernet (TCP/IP)。协议工作原理优点缺点典型使用场景UART串行异步通过TX/RX线全双工通信简单仅需两根线速率低易出错GPS模块、蓝牙模块、调试串口I2C同步半双工地址寻址多设备挂载管脚少SCL/SDAUART的改进速率和距离有限温湿度传感器、EEPROMSPI同步全双工主从模式四线连接速率最快全双工占用引脚多SD卡、TFT屏幕、射频模块CAN多主总线差分信号CRC校验可靠性高实时性强远距离硬件成本稍高速率低于以太网汽车电子、工业自动化Ethernet基于数据帧MACPHY支持TCP/IP速度快覆盖广可远程控制成本功耗较高协议复杂工业网关、视频监控、Web服务器1. UART (通用异步收发传输器)工作原理一种串行异步通信协议。通信前发送“开始位”标识传输开始。数据通过 TX (发送) 和 RX (接收) 两条线进行全双工通信。优点硬件简单只需两根信号线即可实现点对点通信。缺点速率低且易出错。使用场景常用于连接GPS模块、蓝牙模块、调试串口等对速率要求不高的设备。2. I2C (Inter-Integrated Circuit)工作原理一种同步、半双工通信协议通过时钟线 (SCL) 控制数据传输采用地址寻址方式支持总线挂载多个设备。优点是 UART 的改进版占用管脚少两根线支持多设备连接。缺点由于是开漏输出通信速率和传输距离相对有限。使用场景常用于连接低速外设如温湿度传感器、加速度计、EEPROM 存储器等。3. SPI (串行外设接口)工作原理一种同步、全双工通信协议结合了 UART 和 I2C 的优点。采用主从模式通常需要四根线SCK, MOSI, MISO, CS优点传输速率最快是全双工通信硬件连接简单。缺点占用引脚较多不支持多主设备标准模式下。使用场景常用于高速数据传输场景如 SD 卡、TFT 液晶屏、射频模块等。4. CAN (控制器局域网)工作原理一种多主总线使用差分信号传输数据帧包含标识符用于仲裁并采用 CRC 校验确保可靠性。常见有 CAN 2.0B 标准及升级版 CAN-FD。优点可靠性高实时性强容错性好支持多节点远距离通信。缺点硬件成本相对串口稍高传输速率相比以太网较低。使用场景广泛应用于汽车电子、工业自动化、机器人等对实时性和可靠性要求极高的领域5. Ethernet / TCP/IP (以太网)工作原理基于数据帧的通信通过内置的 MAC 控制器和外部 PHY 芯片实现 10/100Mbps 数据传输。上层运行 TCP/IP 协议栈以实现网络通信部分 ARM 芯片还可支持 EtherCAT 等工业协议。优点传输速度快覆盖范围广可与现有网络基础设施无缝对接实现远程控制。缺点协议栈复杂硬件成本相对较高功耗较大。使用场景适用于需要高带宽和远程网络通信的场合如工业网关、嵌入式 Web 服务器、视频监控等。
