橫河測試測量直播課干貨分享：利用波形儀器進行串行總線調試

　　PART1 總線概述橫河大學講義

　　在現今的嵌入式系統設計開發中，串行總線越來越多地代替了并行總線，串行總線具有很多優勢，但在測試和調試上仍有一些挑戰。本次直播課從總線的基本概念開始，介紹幾種常見的低速串行總線(UART/I2C/CAN等等)，并對CAN總線進行實際測試的演示，讓您了解橫河測試儀器解決串行總線測試問題的方法，對儀器的分析功能有更進一步的理解。

　　總線“BUS”概念最初來自于計算機系統，是連接多個設備或者接入點的數據傳輸通路。打個比方，總線就是公共汽車線路，連接的設備就是公交站。傳輸的數據包就是乘客。每個乘客都要知道自己從哪站上，到哪站下，然后等到站的時候就下車進入另一個設備進行處理。公交車需要個調度室，所以總線需要有個控制器。

　　總線按照傳輸方式分為并行總線和串行總線，顧名思義，并行總線傳輸多少位數據就需要多少根數據線;而串行總線只需要一對數據線就能完成傳輸。按照時鐘信號是否獨立，串行總線可以分為同步總線和異步總線。同步總線的時鐘信號獨立于數據，而異步總線的時鐘信號是從數據中提取出來的。SPI、I2C是同步串行總線，RS232采用異步串行總線。

　　并行總線

　　串行總線

　　總線、接口、協議

　　通常我們提到的"XX總線"、"XX接口"和"XX協議"，這三者之間既有聯系又有區別:“總線”定義如前文所述;接口是一種連接標準，是設備之間的連接電路，常常稱之為物理接口;協議就是傳輸數據的規則。協議定義了接口設備、器件及信號、總線及通道之間需要滿足的關系，即要實現信號的傳輸，所有這些成員必須通力合作，滿足協議要求的各種必要條件。簡單概況就是不同設備接口不同，但接口是連接在總線上面的，要按照協議來傳輸數據。

　　USB

　　我們以USB總線為例，USB是Universal Serial Bus(通用串行總線)的縮寫，是一個外部總線標準，用于規范電腦與外部設備的連接和通訊。我們通過下面的表格簡單了解一下三者間的關系：

　　最早我們使用是USB1.1協議的設備，后續使用USB2.0協議設備較多，現在最新的都是使用USB3.1(5G/10G)協議的設備，而新的USB4協議也已經開發完成。

　　上圖是常用的USB接口的類型，在早期的數碼相機上我們還能見到其他一些類型的USB接口。

　　常見低速串行總線UART

　　RS232和RS485是關于UART通訊的機械和電氣接口標準，RS232標準規定采用帶25個腳的DB-25 連接器，對連接器的每個引腳的信號內容加以規定，還對各種信號的電平加以規定。后來IBM的PC 機將RS-232 接口簡化成了DB-9 連接器，從而成為今天的事實標準。而工業控制的RS-232 接口一般只使用RXD(2)、TXD(3)、GND(5)三條線。RS485標準的接口用于多點互連時非常方便，可以省掉許多信號線。在要求通信距離為幾十米到上千米時，被廣泛采用，此處不再贅述。

　　常見低速串行總線-CAN

　　Controller Area Network(控制器局域網絡)，縮寫為CAN，由德國博世公司于上世紀80年代提出。目前CAN總線已經是國際上應用最廣泛的現場總線之一。CAN的主要特點：差分傳輸——抗噪性能好;多主控——所有節點沒有主從之分;柔性系統——節點沒有“地址”的概念，增加節點時，不會對已有節點的軟硬件造成影響;通信速度靈活——可以配合網絡的規模和系統的機能進行設定;錯誤處理能力強——所有的節點都可以檢測出錯誤;檢測出錯誤的節點會立即通知總線上其它所有的節點;數據可請求——某個節點可以通過發送“遠程幀”的方式，請求某個節點來發送指定的報文。