Elektronik dünyasında, iletişim protokolleri gömülü sistemlerin temel bağlantılarıdır, bu nedenle bizim için Seeeker’lar olarak bunların ne olduğunu, neden kullanıldıklarını ve iletişim protokolleri arasındaki farkları anlamak çok önemlidir.
Ayrıca lütfen bize geri bildirim bırakın. Seeed Studio olarak bu blog serisini wiki makalelerine dönüştürmeyi umuyoruz ve her türlü geri bildirimi takdir ediyoruz.
Öncelikle, kablolu iletişim protokolleri, iki veya daha fazla iletişim sistemi varlığının fiziksel ortam üzerinden bilgi iletmesine olanak tanıyan bir dizi kuraldır. Bu nedenle, iletişim sistemleri arasındaki iletişim ve olası hata kurtarma yöntemlerinin sözdizimi, anlamı ve senkronizasyonu “protokol” terimiyle tanımlanır. Protokoller, hem donanım hem de yazılım veya her ikisinin bir kombinasyonu ile uygulanabilir. Ayrıca, her protokolün kendine özgü bir uygulama alanı vardır. Bu blogda, gömülü tasarımlarda yaygın olarak kullanılan bazı iletişim protokollerini inceleyeceğim ve elbette keşfetmeniz için daha pek çok protokol var!
Gömülü sistemlerde iletişim protokolleri türleri
İletişim protokolleri, diyagramda belirtildiği gibi iki türe geniş bir şekilde sınıflandırılır.
İki iletişim cihazı arasındaki iletişim, yani bir PC ile geliştirme kartları arasındaki iletişim, inter bus sistemi üzerinden gerçekleşir.
USB Protokolleri
USB (Universal Serial Bus) Protokolleri, 127’ye kadar cihazı destekleyen, katmanlı yıldız topolojisi kullanarak hızlı bir master/slave arayüzü sağlar. Genellikle bir PC ana cihaz veya host olarak kabul edilir ve ona bağlı her bir çevresel cihaz slave veya cihaz olarak işlev görür. USB 1.X ve 2.X, 4 hat kullanır: Vcc, Ground ve D+/D-, aşağıda gösterilen USB pin düzeni gibi, NRZI (Non-Return to Zero Invert) kodlaması kullanan bir veri hatları çiftidir. Veri, LSB (En Az Anlamlı Bit) önce iletilen 8 bitlik (1 byte) paketler halinde iletilir.
USB protokolünün avantajları
- Hızlı ve basit
- Tak ve çalıştır işlevselliği
- Neredeyse evrensel benimseme
USB protokolünün dezavantajları
- Güçlü bir ana cihaz gerektirir
- Belirli sürücüler gereklidir
Seeed’in geliştirme kartlarının çoğu, örneğin Seeeduino 4.2 veya Wio Cat. NB1/M1, USB portları ile hazır gelir, böylece kolayca programlanabilir ve PC’nizle iletişim kurabilirler. Ancak bazı kartlar TTL veya RS232 üzerinden programlanmalıdır. Bunun için PL2303 USB to Serial (TTL) gibi ürünler satıyoruz.
UART
Universal Asynchronous Receiver/Transmitter (UART) bir iletişim protokolü değil, paralel verileri seri verilere dönüştüren fiziksel bir devredir. UART iletişiminde, iki UART doğrudan birbirleriyle iletişim kurar. Verici UART, bir CPU gibi bir kontrol cihazından verileri seri forma dönüştürür, bunu alıcı UART’a seri olarak iletir, ardından alıcı UART, seri verileri alıcı cihaz için paralel verilere geri dönüştürür.
İki UART arasında veri iletmek için yalnızca iki tel gereklidir; veri, verici UART’ın Tx pininden alıcı UART’ın Rx pinine akar. UART, verileri asenkron olarak iletir, bu da veri iletiminde ve alımında saat sinyaline ihtiyaç olmadığı anlamına gelir. Bu nedenle, UART, gerçek veri bitleri ile birlikte başlangıç ve durdurma bitleri kullanır. Alıcı UART, bir başlangıç bitini algıladığında, belirli bir frekansta, baud hızı olarak bilinen, gelen bitleri okumaya başlar. Her iki UART da yaklaşık aynı baud hızında çalışmalıdır. Verici ve alıcı uçlar arasındaki baud hızı, bitlerin zamanlaması çok fazla bozulmadan önce yalnızca yaklaşık %10 oranında farklılık gösterebilir.
UART protokolünün avantajları
- Sadece iki tel gerektirir
- Hiçbir saat sinyali gerekli değildir
- Maliyet etkin
UART protokolünün dezavantajları
- Veri çerçevesinin boyutu maksimum 9 bit ile sınırlıdır
- Birden fazla master/slave işlevselliğini desteklemez
UART çok yaygın olarak kullanılır, örneğin, Seeeduino Cortex-M0+ üzerinde bir yerleşik UART sağlar, ayrıca Grove – UART Wi-Fi Modülü, USB to UART Dönüştürücü gibi ürünlerimiz de mevcuttur.
İç Sistem İletişim Protokolleri
İç sistem protokolü, devre kartı içindeki bileşenler arasında iletişim kurar. Gömülü sistemlerde, iç sistem protokolü, kontrol cihazlarına bağlı bileşen sayısını artırır.
Aygıt iletişim protokolleri, iç sistem iletişim protokolleri olarak bilinir. Bu protokoller, bir sensörün değerini bir MCU’ya göndermek gibi senaryolarda kullanılır. Grove Modüllerimizin çoğu bu protokoller aracılığıyla iletişim kurar.
Seri Peripheral Arayüzü (SPI)
SPI (Serial Peripheral Interface), birçok farklı yonga seti tarafından kullanılan yaygın bir iletişim protokolüdür. SPI aracılığıyla iletişim kuran cihazlar, bir master/slave ilişkisi içindedir. Master, kontrol cihazıdır (genellikle bir mikrodenetleyici) ve slave (genellikle bir sensör, ekran veya bellek çipi) master’dan talimat alır. SPI, MOSI (Master Out Slave In), MISO (Master In Slave Out), SS (Slave Select) ve SCLK (Serial Clock) adında 4 tel kullanır. Ayrıca, SS hattı, uygun slave’i seçmek için SS’yi düşük çekerek kullanılır; normalde yüksek tutulur. Eğer SS hattı düşükse, çip master’dan talimat almaya başlayacaktır. Ancak bir master, birden fazla slave ile iletişim kurmak istiyorsa birden fazla GPIO pinine sahip olmalıdır. Bunu aşmak için bazı cihazlar, slave’leri seçmek için bir çoklayıcı kullanır.
SPI, tam çift yönlüdür, yani verileri aynı anda gönderip alabilir. Master, MOSI hattı aracılığıyla yeni talimatlar veya bilgiler sağlarken, slave, MISO hattı aracılığıyla mesajlar veya sonuçlar döndürebilir. Bu, genel verimliliği artırır.
SPI protokolünün avantajları
- Bir master, birden fazla slave’i destekler
- Başlangıç ve durdurma bitleri yoktur, bu nedenle veri kesintisiz olarak iletilebilir
- Aynı anda veri iletebilir ve alabilir (tam çift yönlü)
- I2C’den daha yüksek veri transfer hızı
SPI protokolünün dezavantajları
- Diğer protokollere göre daha fazla tel gerektirir
- Daha fazla slave, devre karmaşıklığına yol açar
- 1 ve 2 ile ilgili olarak, bu ölçeklenmesi çok zordur
Inter Integrated Circuit (I2C) İletişim Protokolü
(I2C) Inter Integrated Circuit, “eye-two-see” veya “eye-squared-see” olarak telaffuz edilir, SPI ve UART’ın en iyi özelliklerini birleştirir. I2C ile, birden fazla slave’i tek bir master’a (SPI gibi) bağlayabilir veya birden fazla master’ın tek veya birden fazla slave’i kontrol etmesine olanak tanır. Bu, birden fazla mikrodenetleyiciden tek bir LCD’ye veri kaydederken son derece faydalıdır. Örneğin, Grove – LCD RGB Arka Işık ve Grove – Dört Alfanümerik Ekran da iletişim için I2C kullanır.
UART’a benzer şekilde, I2C, cihazlar arasında veri iletmek için yalnızca iki tel kullanır: SDA (Seri Veri) ve SCL (Seri Saat). SPI gibi, I2C de senkronizedir, bu nedenle bitlerin çıkışı, master ve slave arasında paylaşılan bir saat sinyaline göre bitlerin örneklenmesiyle senkronize edilir. Saat sinyali her zaman master tarafından kontrol edilir.
I2C protokolünün avantajları
- Bir master, birden fazla slave bağlantısını destekler
- Birden fazla master ve birden fazla slave’i destekler
- I2C’den daha yüksek veri transfer hızı
- Sadece iki hat kullanarak 1000’den fazla cihazı destekleyebilir
I2C protokolünün dezavantajları
- Sınırlı hız
- Veri iletimi ve alımı için tek bir hat
- Veri çerçevesinin boyutu 8 bit ile sınırlıdır
CAN (Controller Area Network) Protokolleri
CAN protokolü, elektronik cihazlar ağında mesajların iletim ve alımı için kurallar seti olarak tanımlanabilir. Sert ortamlarda sağlam ve esnek performans için tasarlanmış olup, özellikle endüstriyel ve otomotiv uygulamaları için geliştirilmiştir. Özellikle, CAN kablo tesisatını azaltmak için geliştirilmiştir, böylece bir araç içindeki ayrı elektronik kontrol üniteleri (ECU’lar) yalnızca bir çift tel ile iletişim kurabilir, aşağıda belirtildiği gibi.
CAN protokolünün Avantajları
- Güvenli ve hızlı protokol
- Düşük maliyetli ve güvenilir
CAN protokolünün Dezavantajları
- Otomotiv odaklı
- Kompleks protokol
CAN protokolü için, Seri Can-Bus Modülü, CAN-BUS Shield gibi yaygın endüstriyel otobüsü kullanmanıza olanak tanıyan birkaç ürün piyasaya sürdük. Ayrıca yeni bir RaspberryPi HAT olan 2 -Kanallı CAN-BUS(FD) Shield‘ı da yeni çıkardık.
Bu blog, gömülü tasarımda kullanılan en yaygın iletişim protokollerinden bazılarını kısaca açıkladı ve bunlar farklı uygulamalarda kullanılmaktadır. Umarım bu, ürünlerimiz hakkında biraz arka plan bilgisi sağlar ve daha fazla keşfetmeniz için sizi heyecanlandırır.
Daha fazla bilgi için, lütfen ilgilendiğiniz iletişim protokolleri hakkında bize bir yorum bırakmaktan çekinmeyin!
REFERANS: Devre Temelleri