介绍一下I2C和SPI两种常见的通信协议之间区别

在与ECU或者嵌入式相关的工作中, 我们肯定会接触到各种通信协议, 很多协议有很多类似的地方, 也容易混淆. 本文来介绍一下两种常见的通信协议之间的区别.

I2C 和 SPI 都是允许用户进行短距离串行数据传输的总线协议. I2C 是飞利浦（现在的 NXP）制定的两线通信, 而 SPI 是由摩托罗拉制定的. 这两种协议通常用于智能手机、电视和笔记本电脑等电子设备, 以控制电源管理芯片、存储设备、输入设备等外围设备.

什么是I2C？

I2C 是一种串行通信协议. 它为慢速设备提供了良好的支持, 例如 EEPROM、ADC 和 RTC 等. I2c 不仅可以用于单板, 还可以用于其他通过电缆与板连接的外部组件.

I2C 基本上是一种两线通信协议. 它仅使用两线进行通信. 其中一根线用于数据（SDA）, 另一根线用于时钟（SCL).

在 I2C 中, 两条总线都是双向的, 这意味着主机能够发送和接收来自从机的数据. 时钟总线由主机控制, 但在某些情况下, 从机也能够抑制时钟信号.

此外，I2C总线用于各种控制架构, 例如SMBus（系统管理总线）、PMBus（电源管理总线）、IPMI（智能平台管理接口）等.

I2C通信协议的优点

I2C协议有很多优点, 让用户在很多应用中不得不使用I2C协议. 下面是I2C的主要优点:

• 它是同步通信协议, 因此主从不需要精确的振荡器.
• 它只需要两根线, 一根线用于数据（SDA), 另一根线用于时钟（SCL).
• 它为用户提供了根据要求选择传输速率的灵活性.
• 在 I2C 总线中, 总线上的每个设备都可以独立寻址.
• 它遵循主从关系.
• 它能够处理 I2C 总线上的多个主机和多个从机.
• I2C 具有一些重要的特性, 例如仲裁、时钟同步和时钟延长.
• I2C 提供 ACK/NACK（确认/不确认）功能, 可帮助处理错误.

I2C 通信协议的缺点

I2C 协议有很多优点, 但除此之外, I2C 也有一些限制:

• 由于开漏拓扑, 它比其他串行通信总线消耗更多的功率.
• 它仅适用于短距离.
• I2C 协议对从机的数量有一定的限制, 从机的数量取决于 I2C 总线的电容.
• 它只提供一些有限的通信速度, 如 100 kbit/s、400 kbit/s 等.
• 在 I2c 中, 设备可以设置它们的通信速度, 运行速度较慢的设备可以延迟速度较快的设备的运行.

什么是SPI？

串行外设接口是基于四线的全双工通信协议, 这些线通常称为 MOSI（主出从入）、MISO（主进从出）、SCL（由主产生的串行时钟）和 SS（从 选择线, 用于在通信过程中选择特定的从站).

SPI 遵循主从架构, 通信始终由主机启动. 与 I2C 一样, 它也是一种同步通信协议, 因为时钟由主从共享.

SPI 只支持多从机, 不支持多主机, 从机由从机选择信号选择. 在 SPI 通信期间, 数据通过移位寄存器从主机移出, 反之亦然.

SPI通讯协议的优点

• 没有起始位和停止位, 因此数据可以不间断地连续流式传输.
• 它支持全双工.
• 从设备中不需要精密振荡器, 因为它使用主时钟.
• 没有像 I2C 这样复杂的从机寻址系统.
• 比 I2C 更高的数据传输速率（几乎是 I2C 的两倍).
• 将 MISO 和 MOSI 线分开, 因此可以同时发送和接收数据.
• 简单的软件实现.

SPI通讯协议的缺点

• 如果通信中的从站不止一个, 那么接线会很复杂.
• 使用四根线（I2C 和 UART 使用两根).
• 不确认数据已成功接收（I2C 具有此功能).
• 没有像 UART 中的奇偶校验位那样的错误检查形式.
• 它只允许一个主机.

在嵌入式系统中, I2C和SPI都扮演着重要的角色. 这两种通信协议都是同步通信的例子, 但仍然有一些重要的区别. 在下表中, 我指出了 SPI 和I2C（SPI 与 I2C)之间的一些常见差异.

下表直观的对I2C 和 SPI 进行一个对比: