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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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/ C6 f' `2 u4 G9 n$ T, V點擊上方藍色字體,關注我們: B- d1 E- N4 ]( S' ^

. e) D2 S% t$ d2 T) C4 M( B以下是我的一些看法。
  O+ b  g! n1 T
3 R) i! f# a7 t( A9 y0 dUART 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。' S/ t9 f% t6 o1 ~5 N1 o2 P& t

1 A- ^+ p3 Y7 _7 k) hSPI、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。
% I7 o# o0 L  a) [( q6 _1* r) a: Y' c) ]/ m( x2 ]8 |1 X
UART的簡單性和普適性
/ b5 ~/ }5 f2 R+ J$ W  xUART 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。. x* a8 b9 B& i! I0 n) ^

: [! L" C3 H+ ~* F+ |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。
0 U/ k. o3 ^  V2 g' E7 X2 Q
# M9 o3 v( M+ P7 \  w0 V: I( q& D這種普適性讓 UART 成為調(diào)試嵌入式系統(tǒng)的首選。/ v3 {- `5 L$ e2 W4 k
2% ~! Q1 _7 {8 ^; W
波特率的靈活性/ Z1 C( |: f  m  M
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。1 E5 D7 b+ P$ M6 k* c0 ^" K, W$ @  a
1 W) s1 _$ {% P" k. j
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。
" D8 \. Q" [0 a2 W/ S% i/ {9 a
) f# x" n; r+ L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。
$ r8 v5 m1 C4 Y0 k. ?" W% Y- E37 r/ K# N# Z' i! @
流行的調(diào)試工具支持UART/ U$ R% M( }" [5 A% 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。
1 H$ m: n0 R7 h: X: P$ J$ A$ v/ y. W' z; z& Y
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。
# X1 M) v2 j( l5 x& R! m2 o
" n* s( @2 W/ Z* j. b1 O! SUART 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。# E; z8 }. @2 Y) F! Q
44 q; j& R  B' T& b; K4 k
UART更適合調(diào)試場景) x6 K( D: h( a2 I: E
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)。
' v) \" V' m: L4 P( t  n; c6 o! |# \: ?& V1 `7 n! Z
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。, `* J" D. E3 J# U5 w5 b
. n* ^; k2 I& M1 P) d( Y
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" W9 |2 g* K: d2 U2 H/ ]54 T$ C" _9 h$ b6 K: E2 |7 W
SPI、I2C 復雜度較高
1 h! l8 c; |  }2 h/ K- c  A7 E/ g2 FSPI 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。
  D) @4 N' w! ^4 l" Y3 e
' U7 N' d3 P; n4 ?4 b6 i* |+ O# A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。# D2 M. L) Q5 E8 A2 O
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+ d$ _7 f1 i3 t同步協(xié)議的時序和復雜性問題! J$ h6 J9 P/ U1 u2 H' R3 _
SPI 和 I2C 是同步協(xié)議,需要精確的時鐘同步。; V) T1 T: k: R! O1 e4 |

" s) H% n! |, C% X( z. s  y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。
+ K2 E) G1 E0 I6 [1 ?$ c) A+ m* r: t) t" w1 z- m) X
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。& V5 s  o3 N* Z4 j

  |: |, q# L8 n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。
+ ?$ V7 ?# A# F% O* V) [
9 p' |6 |, }# Z2 U- d+ n: S
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