Uart-SPI-Vergleich

UART vs SPI | Unterschiede und Ähnlichkeiten

Wenn Sie mit eingebetteten Systemen arbeiten, ist es wichtig, die Unterschiede zwischen den verschiedenen Technologien und Protokollen zu verstehen, die diese Systeme verwenden. UART und SPI sind wichtige Aspekte des Entwurfs und der Entwicklung eingebetteter Systeme. Wenn Sie die Unterschiede zwischen ihnen verstehen, können Sie besser verstehen, wie die Systeme funktionieren, die sie verwenden. In diesem Artikel erklären wir, was UART und SPI sind, erläutern die Unterschiede zwischen UART und SPI, erläutern einige gängige Anwendungen, die UART und SPI verwenden, und stellen Ihnen Informationen zur Verfügung, die Sie beim Debuggen und Programmieren eingebetteter Systeme mit UART unterstützen oder SPI.

Was ist UART?

UART steht für Universal Asynchronous Receiver Transmitter. Auf hoher Ebene ist ein UART einfach ein Mikrochip, der die Kommunikation zwischen einem Computergerät (PC, eingebettetes System usw.) und anderen Geräten ermöglicht.

Um genauer zu verstehen, was ein UART tut, ist es hilfreich, die serielle Kommunikation und die parallele Kommunikation zu verstehen. Wir werden hier einen Crashkurs zu diesen beiden Themen anbieten.

Bei der seriellen Kommunikation werden Daten in einfachen Worten bitweise über einen bestimmten Kommunikationsbus gesendet. Während RS-232 (beachten Sie, dass UART häufig für RS-232 verwendet wird) und RS-485 die beiden Protokolle sind, die wir am häufigsten mit dem Begriff „serielle Kommunikation“ assoziieren, sind viele andere moderne Technologien wie USB (Universal Serial Bus) und SATA (Serial ATA) und Firewire / IEEE 1394 sind ebenfalls serielle Protokolle. Einer der Vorteile der seriellen Kommunikation besteht darin, dass Daten mit höheren Frequenzen übertragen werden können, wodurch die Datenmenge erhöht wird, die gesendet werden kann, obwohl im Vergleich zur parallelen Kommunikation weniger Daten gleichzeitig gesendet werden.

Parallele Kommunikation sendet andererseits mehrere Datenbits gleichzeitig über einen gegebenen Kommunikationsbus. Beispielsweise würde ein 32-Bit-Parallelkommunikationsmedium wie eine herkömmliche PCI (Peripheral Component Interconnect) 32-Bit-Daten pro Taktzyklus senden. Während man denken würde, dass dies der parallelen Kommunikation erhebliche Geschwindigkeitsvorteile gegenüber der seriellen geben würde, ist die serielle Kommunikation in der Praxis schneller, da sie mehr Taktzyklen pro Sekunde (z. B. GHz-Geschwindigkeiten) aufnehmen kann.

Was genau hat das überhaupt mit UART zu tun? Einfache UART-Chips werden verwendet, um eingehende serielle Daten in parallele Daten umzuwandeln, damit das System ausgehende parallele Daten lesen und umgekehrt in serielle Daten umwandeln kann, bevor sie an andere Systeme weitergeleitet werden. Anders ausgedrückt ermöglicht ein UART einem System, als DTE-Gerät (Data Terminal Equipment) zu fungieren.

Bevor wir zu SPI übergehen, wollen wir kurz einige andere wichtige Details zur UART-Kommunikation behandeln:

  • UART verwendet 2 Drähte: 1 für Senden (oder Tx) und einen für Empfangen (oder Rx).
  • Die UART-Kommunikation ist asynchron, dh sie wird nicht mit einer Uhr synchronisiert
  • UART hat eine maximale Kommunikationsentfernung von 15 Metern
  • UART nutzt Schieberegister, um serielle Kommunikation in parallele Kommunikation umzuwandeln
  • UART wird üblicherweise als „serielle Schnittstelle“ auf Computern oder in Mikrocontrollern verwendet
  • UART unterstützt Vollduplex-Kommunikation

Was ist SPI?

SPI (Serial Peripheral Interface) ist ein ursprünglich von Motorola entwickeltes serielles Kommunikationsprotokoll, das die Kommunikation zwischen nahezu jedem elektronischen Gerät ermöglicht, das getaktete serielle Streams unterstützt. SPI verwendet eine Master-Slave-Methode für die Kommunikation, die ein schnelles Daten-Streaming ermöglicht.

Im Gegensatz zur Verwendung von nur zwei Drähten muss SPI mindestens 4 Drähte verwenden. Da eine SPI-Implementierung mehrere Slave-Geräte enthalten kann, beträgt die tatsächlich verwendete Anzahl von Drähten oder Leiterbahnen n + 3, wobei n die Anzahl der verwendeten Slave-Geräte ist.

Einige zusätzliche wichtige Details zu SPI, bevor wir fortfahren:

  • SPI ist synchron
  • SPI ist ein einfaches Protokoll mit geringem Overhead
  • SPI unterstützt die Vollduplex-Kommunikation
  • Die SPI-Kommunikation verfügt nicht über ein Mittel zur Bestätigung oder Flusskontrolle
  • SPI belegt nicht viel Platz auf der Platine

UARTvs SPI - Unterschiede und Ähnlichkeiten

Während UART und SPI beide Vollduplex-Kommunikation unterstützen, verwenden beide die „serielle“ Kommunikation und beide sind nur für Kurzstrecken-Anwendungsfälle geeignet, darüber hinaus gibt es nicht allzu viele Ähnlichkeiten. Was sind die Unterschiede zwischen UART und SPI? Die Antwort ist, dass es viele gibt. Wir werden hier einige davon behandeln.

 

Hardware vs Protokoll

Einer der größten Unterschiede besteht darin, dass UART eine Art Hardware ist, während SPI ein Protokoll ist. Wenn Sie sich mit den Nuancen befassen, Dinge in einem eingebetteten System zum Laufen zu bringen, kann dies leicht übersehen werden. UART ist jedoch eine tatsächliche Hardware (ein Mikrochip), während SPI ein Protokoll oder eine Spezifikation für die Kommunikation ist.

 

Anzahl der Stifte

UARTs verwenden nur zwei Pins, während SPI-Geräte mindestens 4 benötigen. Wenn ein System entworfen wird, bedeutet dies, dass SPI möglicherweise keine attraktive Lösung ist, wenn Pins / Traces knapp sind.

 

Anzahl der Geräte, die angeschlossen werden können

Eine Folge der Anzahl der Pins, UARTs und SPI-Geräte unterstützt eine unterschiedliche Anzahl von Geräten. UART, das nur Tx und Rx für die ausgehende Kommunikation nutzt, ist effektiv auf die 1: 1-Kommunikation beschränkt. SPI hingegen kann sein Master / Slave-Paradigma nutzen, um zu viele Kommunikationen zu ermöglichen.

 

Kommunikationsgeschwindigkeit

SPI ist deutlich schneller als UART. In einigen Fällen kann eine SPI-Lösung dreimal schneller sein als eine UART-Lösung.

 

Preis

Bei jedem technischen Unterfangen sind die Kosten einer bestimmten Lösung ein wichtiger Treiber der Wahl. Im Allgemeinen ist SPI billiger als UART.

 

Asynchron vs Synchron

Wie Sie den früheren Beschreibungen entnehmen können, besteht ein weiterer wesentlicher Unterschied beim Vergleich von UART mit SPI darin, dass die UART-Kommunikation asynchron ist, während SPI synchron ist.

 

Größe

Im Allgemeinen nehmen SPI-Geräte relativ wenig Platz ein als UART-Chips. Dies bedeutet, dass Anwendungsfälle mit begrenztem Platz auf der Platine möglicherweise besser von SPI bedient werden können

TechnologyTransfer typeNumber of wires/pinsData Rate @DistanceCostScalabilityUse Cases
UARTAsynchronous220 kbps @ 15mModerately expensivePoor (point-to-point)Diagnostic displays
SPISynchronous4+250 Mbps @ .1mRelatively inexpensiveModerateHigh speed chip-to-chip links

UART vs SPI: Was soll ich verwenden?

Es gibt keine einheitliche Antwort auf "UART vs SPI: Was soll ich verwenden?" Frage. Mit den Informationen, die wir Ihnen hier gegeben haben, können Sie jetzt eine fundierte Entscheidung darüber treffen, welche Lösung für eine bestimmte Anwendung, an der Sie möglicherweise arbeiten, am besten geeignet ist.

Im Allgemeinen wird SPI in Anwendungen bevorzugt, die eine schnellere Kommunikation zwischen Chips erfordern, oder in Anwendungen, die eine Kommunikation zwischen mehreren Geräten erfordern. Andererseits ist UART möglicherweise besser für Anwendungen geeignet, die etwas mehr Entfernungen zurücklegen müssen, z. B. Diagnosedisplays oder andere Anwendungen, die RS-232-Unterstützung erfordern.

Tools zum Debuggen und Entwickeln von UART vs SPI

Wir stellen ihnen Lösungen zur Verfügung, die das Debuggen und Entwickeln eingebetteter Systeme ermöglichen. Angesichts der Verbreitung von SPI in eingebetteten Systemen ist es nicht verwunderlich, dass wir über eine Vielzahl von Lösungen verfügen, die beim Debuggen und Entwickeln von Systemen mit SPI helfen können.

Mit unserem SPI Development Kit können Entwickler beispielsweise Zielgeräte als Master-Gerät testen, ein Master-Gerät simulieren, SPI-basierte Flash-Geräte programmieren und einen SPI-Bus mit einer Granularität von bis zu 20 Nanosekunden überwachen.

Alternativ kann sich ein Total Phase-Protokollanalysator als nützlich erweisen, wenn Sie Daten debuggen müssen, die zu oder von einem UART übertragen werden. 

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