在嵌入式开发中,MCU单片机之间如何高效、稳定地交换数据,是很多工程师常会遇到的问题。不同的通信方式,在硬件资源、传输速度、开发难度上各有取舍。下面整理了五种在实际项目中较为常见的MCU间通信方案,供大家参考。
一、硬件UART异步串行通信
这种方式只需占用少量I/O口线,实现简单且传输可靠,是不少成熟产品的首选。不过它的局限性也很明显:很多低成本的MCU单片机并未集成硬件UART模块,即便有,通常也只有一个。如果系统还需要同时与上位机通信,一个UART就不够用了。因此,这种方法更适合那些自带双UART的MCU,或者不需要对外通信的封闭系统。
二、片内SPI/I2C接口通信
SPI和I2C都是芯片上常见的串行总线,硬件结构简单,软件编程也不复杂。尤其是I2C,只用两根线就能挂多个设备。但问题在于,大量入门级的MCU单片机并不带硬件SPI或I2C外设,这时就只能另寻他法。
三、软件模拟SPI/I2C通信
当硬件不支持时,用普通I/O口模拟SPI或I2C时序也是一种思路。不过实际做起来并不轻松——特别是模拟从机模式时,通信双方几乎每一个位都要靠软件响应,对MCU单片机的运算资源消耗很大。如果数据量稍多,整个系统的响应速度会明显下降。所以这种方式只适合数据交换极少的场合,比如偶尔传一个配置参数。
四、口对口的并行通信
直接把两个MCU的多个I/O口线连起来,再加一两根握手信号线,就可以实现4位、8位甚至更宽的数据传输。并行通信最大的优点是快,一次传一个字节。但它需要占用大量口线,对于引脚紧张的小封装MCU单片机来说不太现实。而且传输属于准同步方式,发完一个字节后必须等待对方确认才能发下一个。适合那些I/O资源充裕、对实时性有一定要求但不追求极致速度的场景。
五、双口RAM缓冲通信
这种方式用双口RAM作为共享数据缓冲区,两边MCU单片机都可以像读写普通存储器一样直接操作,速度极快,几乎不需要握手等待。但代价也很高:双口RAM芯片价格不菲,同时也要占用两边大量地址和数据口线。所以通常只在某些对数据传输速度有苛刻要求的特殊设备中才会采用,比如高速数据采集或图像处理系统。