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為何嵌入式調(diào)試中頻繁使用UART,而SPI和I2C很少被選用?

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+ P$ _1 I. R! Z) f* O0 Z  W9 ^( k
  M4 Q- i. D( `* V* Y- o8 e# q, D以下是我的一些看法。
( x1 t7 T! T& ?; I5 P) f% g% r" G9 |% {; _$ N6 ]0 C! R" Q
UART 成為調(diào)試和登錄 Linux 的首選,主要是因為其簡單性、靈活性、廣泛的工具支持和對實時調(diào)試信息的處理能力。
, p" O* E% s. ]* q0 ?8 U4 q/ E7 |1 j; |$ Q% M
SPI、I2C 和 USRT 雖然有它們的優(yōu)勢,但它們更適合于高速數(shù)據(jù)傳輸和外設通信,而不是用于嵌入式調(diào)試和調(diào)試信息輸出場景。" ]1 h  {4 L- j7 C" V% y( v
1
4 E$ `' D/ ~) f1 m6 WUART的簡單性和普適性
+ a1 W) ?, z5 ^6 e% }! BUART 是一種非常簡單的通信協(xié)議,只需要兩個引腳(TX、RX),就可以完成數(shù)據(jù)傳輸。2 ?' e2 j  s! u$ P  o7 I

$ y' O# w0 e, i4 v1 K( b; T2 T/ q它是全雙工的,支持同時發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。對很多調(diào)試工具或開發(fā)板來說,UART 通常已經(jīng)成為標準接口,因此不需要額外的硬件設置。( p: b& j. ]0 M0 W  s& I% c

4 o4 I: K: b2 X. T$ O% M) J8 H這種普適性讓 UART 成為調(diào)試嵌入式系統(tǒng)的首選。1 n5 }: \' R9 Z' x$ N7 n) E. u
2& N. o9 T. S" E, {* O: t# m
波特率的靈活性
* v* i8 A# c0 v* l+ T雖然 UART 是異步通信協(xié)議,確實需要設定波特率(如 9600、115200 等),但波特率的配置相對簡單。; O+ y# p! t; X4 e

# x1 }( n7 e, p: F) x. @: t+ |大多數(shù)嵌入式開發(fā)工具(比如串口調(diào)試器、串口終端等)都支持自動波特率調(diào)整或者手動設置,并且不需要時鐘信號。
' p3 N: W! x+ l- d* i, [$ s) P: Y' |/ e6 I5 g; i% G% [
相比之下,SPI 和 I2C 都是同步通信協(xié)議,依賴于主設備的時鐘信號,不僅要求額外的引腳,而且對主從設備的時序要求更嚴格。% i3 K; S% m7 z
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+ T  B% M  G8 _9 c+ P3 ~! l流行的調(diào)試工具支持UART
: D5 \. w  q3 G$ K9 w. W9 ^- s絕大多數(shù)嵌入式調(diào)試工具(如 JTAG、SWD 調(diào)試器)以及 Linux 終端應用(如 Minicom、PuTTY 等)都天生支持 UART 接口。
3 J" [3 [; T) ]4 x4 k
7 f0 Y* P  ]0 e) G5 Q6 J4 m這使得調(diào)試過程更加便捷,無需為其他通信協(xié)議開發(fā)額外的調(diào)試工具或庫。
# ~/ Z% D; B$ Q/ {) k' z* }& T3 F6 |$ T; L7 m
UART 可以直接通過標準串口登錄 Linux,這也是為什么它被廣泛應用于調(diào)試和登錄 Linux 的原因。
$ u  o: G+ P& G' ?, J; O& P4 j# \4$ O4 q* o+ p& P* {* M
UART更適合調(diào)試場景. l! U' o/ L$ v7 J- y4 q0 K
UART 異步通信的特點讓它非常適合串行打印調(diào)試(如 printf 調(diào)試)。
5 K0 ~" h* Y" m- `& k& |8 w! D& B9 I. C* |! E; {8 V
調(diào)試時,你只需不斷發(fā)送文本數(shù)據(jù),UART 接口可以很自然地處理這些異步數(shù)據(jù)流,調(diào)試過程中不會因為丟掉時鐘同步而出錯。
2 V1 u1 B, u, z: k3 Q
4 E  l. m. E3 y9 _$ u8 F9 W! R4 \SPI、I2C 等同步協(xié)議則需要嚴格的時鐘同步,且這些協(xié)議設計上是為數(shù)據(jù)傳輸優(yōu)化的,而不是為文本輸出設計的,所以調(diào)試信息的實時性和靈活性較差。+ v" P' J7 n9 k0 r3 V$ ^0 }
5: I+ a9 T3 a4 s* t
SPI、I2C 復雜度較高
. G9 y8 s* g* VSPI 和 I2C 設計之初是為了多設備間的高速數(shù)據(jù)傳輸。SPI 需要 4 根線(MISO、MOSI、SCK、SS),I2C 則需要 2 根線(SCL、SDA),它們的調(diào)試接口需要特定的硬件和協(xié)議棧支持,并且與 UART 相比,不適合頻繁的控制和狀態(tài)查詢。: n" Z% q, P! r. ^! v' b0 i  U$ l
  O) ^7 @  K4 I1 p* W7 N" N3 P* p
此外,這些接口通常用于傳輸傳感器或外設的數(shù)據(jù),而不是用于系統(tǒng)底層調(diào)試。
, S- L5 g" P% \# w# C7 ^6
% j( z4 {4 I  P$ O同步協(xié)議的時序和復雜性問題8 m) m2 J+ j; x& m( `+ X5 N4 ~
SPI 和 I2C 是同步協(xié)議,需要精確的時鐘同步。
1 @6 k5 Q- P, G& H/ J1 n
7 z" }3 z& c. R1 k' C4 Q調(diào)試過程中,如果時鐘出現(xiàn)偏差或者噪聲干擾,調(diào)試數(shù)據(jù)很可能會出錯。6 L' I& @: G0 A' f  g7 e, g

% ?" j! Y) m6 N尤其是 I2C,數(shù)據(jù)傳輸速度較慢,并且有一定的從設備地址限制,這使得它不適合快速調(diào)試和實時輸出。% x  ~, [( z* n" U, @1 n4 E4 i/ D+ ?

) A* `& I7 v! _0 h: _5 q而 UART 在調(diào)試中,因為無需時鐘信號,即便波特率設置不準,通常也只是影響速度,數(shù)據(jù)的完整性通常能保證。
8 K( t8 G0 @4 Q/ S. w/ x
7 J) X3 f( X% W% F5 E. |7 S7 u( y
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