同步串行通信的應(yīng)用方案有哪些？

在數(shù)據(jù)傳輸領(lǐng)域，同步串行通信和異步串行通信是兩種不同的傳輸方式。同步傳輸通過某種時鐘信號來控制數(shù)據(jù)的傳輸速率和保證接收端正確接收數(shù)據(jù);異步傳輸則采用起始/停止位等標志來分離每個字符并進行傳輸。

1.同步串行通信

同步串行通信使用時鐘信號來同步發(fā)送方與接收方之間的數(shù)據(jù)傳輸，使得數(shù)據(jù)在傳輸過程中能夠保持同步。由于采用對稱的時序關(guān)系，同步傳輸系統(tǒng)的硬件設(shè)計比較復(fù)雜。同步串行通信常應(yīng)用于高速通信領(lǐng)域，如計算機內(nèi)部的模塊通訊、局域網(wǎng)等。

2.異步串行通信

異步串行通信利用每個字節(jié)最開始的起始位及結(jié)束位來標識一個數(shù)據(jù)包的開始和結(jié)束，每個字符發(fā)送間隔時間不確定。與同步傳輸相比，異步傳輸具有簡單、靈活、可靠等優(yōu)點，但在高速率下傳輸效果差。因此，它常應(yīng)用于一些對通信速度要求不高的場景，如串口通信、數(shù)字電路等。

串行、并行、同步和異步：通信與數(shù)據(jù)傳輸?shù)暮诵母拍?/p>

1. 串行與并行

串行(Serial)指的是逐個傳輸數(shù)據(jù)位，一次只傳輸一個位。這種通信方式常見于串行接口，如UART(通用異步收發(fā)傳輸)和SPI(串行外設(shè)接口)。例如，在串行通信中，一個字節(jié)的數(shù)據(jù)按照位順序逐個傳輸。

并行(Parallel)指的是同時傳輸多個數(shù)據(jù)位，一次可以傳輸多個位。這種通信方式常見于并行接口，如內(nèi)存總線和并行數(shù)據(jù)總線。例如，在并行通信中，一個字節(jié)的數(shù)據(jù)可以同時傳輸八個位。

2. 同步與異步

同步(Synchronous)指的是數(shù)據(jù)傳輸在發(fā)送端和接收端之間保持時鐘同步。發(fā)送端和接收端都依賴于共享的時鐘信號，數(shù)據(jù)傳輸在時鐘的邊沿上進行。這種通信方式通常用于高速數(shù)據(jù)傳輸，如同步串行接口。

異步(Asynchronous)指的是數(shù)據(jù)傳輸不依賴于共享的時鐘信號。發(fā)送端和接收端之間的時鐘可以有微小的差異，數(shù)據(jù)傳輸通過特定的起始位和停止位進行同步。這種通信方式常見于異步串行接口，如UART。例如，在異步通信中，數(shù)據(jù)的傳輸不需要時鐘同步，而是通過起始位的邊沿來確定數(shù)據(jù)的開始。

同步串行通信是一種采用同步技術(shù)的串行數(shù)據(jù)傳輸方式，在計算機網(wǎng)絡(luò)中可以使用它來傳輸數(shù)據(jù)。它的特點是發(fā)送端和接收端之間的時序是同步的，而且只有一條信息線。這種通信方式可以更有效地傳輸數(shù)據(jù)，并且更容易控制和管理。本文將從原理、應(yīng)用和優(yōu)缺點等方面介紹同步串行通信的基本概念。

原理

同步串行通信是一種采用同步技術(shù)的串行數(shù)據(jù)傳輸方式，其特點是發(fā)送端和接收端之間的時序是同步的，而且只有一條信息線。在傳輸過程中，發(fā)送端和接收端之間會建立一個時鐘信號，以確保發(fā)送端和接收端之間的時序一致，從而確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)捻樌M行。

時鐘信號

時鐘信號是同步串行通信的關(guān)鍵部分，它是一個定時發(fā)送的信號，它的作用是確保發(fā)送端和接收端之間的時序一致，以確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)捻樌M行。

數(shù)據(jù)傳輸

在同步串行通信中，數(shù)據(jù)傳輸需要遵循一定的協(xié)議，這些協(xié)議主要包括：數(shù)據(jù)傳輸?shù)拈_始和結(jié)束、數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆较?、?shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣鹊?。在傳輸過程中，發(fā)送端和接收端之間會建立一個時鐘信號，以確保發(fā)送端和接收端之間的時序一致，從而確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)捻樌M行。

應(yīng)用

同步串行通信的應(yīng)用非常廣泛，它可以用于計算機網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)傳輸，也可以用于現(xiàn)場總線(Fieldbus)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)傳輸。

計算機網(wǎng)絡(luò)

在計算機網(wǎng)絡(luò)中，同步串行通信可以用于數(shù)據(jù)傳輸，它可以更有效地傳輸數(shù)據(jù)，并且更容易控制和管理。此外，它還可以提高網(wǎng)絡(luò)的安全性，因為它可以更有效地檢測和阻止攻擊。

現(xiàn)場總線(Fieldbus)系統(tǒng)

同步串行通信也可以用于現(xiàn)場總線(Fieldbus)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)傳輸，它可以更有效地傳輸數(shù)據(jù)，并且更容易控制和管理?，F(xiàn)場總線(Fieldbus)系統(tǒng)中使用的同步串行通信可以支持大量的設(shè)備，并且可以支持多種不同的通信協(xié)議。

優(yōu)缺點

同步串行通信具有許多優(yōu)點，但也存在一些缺點。

優(yōu)點

可以更有效地傳輸數(shù)據(jù)，并且更容易控制和管理。

可以支持大量的設(shè)備，并且可以支持多種不同的通信協(xié)議。

可以提高網(wǎng)絡(luò)的安全性，因為它可以更有效地檢測和阻止攻擊。

缺點

由于發(fā)送端和接收端之間的時序是同步的，因此會出現(xiàn)因為延遲而導(dǎo)致的數(shù)據(jù)傳輸失敗的情況。

設(shè)置和維護起來比較復(fù)雜，需要一定的技術(shù)知識和技能。

總結(jié)

同步串行通信是一種采用同步技術(shù)的串行數(shù)據(jù)傳輸方式，它的特點是發(fā)送端和接收端之間的時序是同步的，而且只有一條信息線。它可以用于計算機網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)傳輸，也可以用于現(xiàn)場總線(Fieldbus)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)傳輸。它具有可以更有效地傳輸數(shù)據(jù)、支持大量設(shè)備、提高網(wǎng)絡(luò)安全性等優(yōu)點，但也存在一些缺點，比如延遲會導(dǎo)致的數(shù)據(jù)傳輸失敗和設(shè)置和維護較復(fù)雜等。嵌入式系統(tǒng)是“控制、監(jiān)視或者輔助裝置、機器和設(shè)備運行的裝置”(devices used to control， monitor， or assiST the operaTION of equipment， machinery or plants)。從中可以看出嵌入式系統(tǒng)是軟件和硬件的綜合體，還可以涵蓋機械等附屬裝置。目前國內(nèi)一個普遍被認同的定義是：以應(yīng)用為中心、以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)、軟件硬件可裁剪、適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)必須根據(jù)應(yīng)用需求對軟硬件進行裁剪，滿足應(yīng)用系統(tǒng)的功能、可靠性、成本、體積等要求。所以，如果能建立相對通用的軟硬件基礎(chǔ)，然后在其上開發(fā)出適應(yīng)各種需要的系統(tǒng)，是一個比較好的發(fā)展模式。目前的嵌入式系統(tǒng)的核心往往是一個只有幾K到幾十K微內(nèi)核，需要根據(jù)實際的使用進行功能擴展或者裁減，但是由于微內(nèi)核的存在，使得這種擴展能夠非常順利的進行。

隨著嵌入式系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，系統(tǒng)內(nèi)串口通信的需求越來越高，串行數(shù)據(jù)傳輸?shù)膮f(xié)議也多樣化，常用的有SSI、SPI、I2C、UART等。SSI(Server Side Include)，通常稱為服務(wù)器端嵌入，是一種類似于ASP的基于服務(wù)器的網(wǎng)頁制作技術(shù)。大多數(shù)(尤其是基于Unix平臺)的WEB服務(wù)器如Netscape Enterprise Server等均支持SSI命令。另外，在計算機硬件領(lǐng)域SSI是同步串行接口(Synchronous Serial Interface)的英文縮寫。微處理器MCF5329中的SSI接口除了能用作一般的串行數(shù)據(jù)傳輸外，由于它帶有的幀同步信號可用作左右聲道數(shù)據(jù)的同步，支持兩種音頻總線接口(I2S和AC97接口)，微處理器用一片或少數(shù)幾片大規(guī)模集成電路組成的中央處理器。這些電路執(zhí)行控制部件和算術(shù)邏輯部件的功能。微處理器與傳統(tǒng)的中央處理器相比，具有體積小，重量輕和容易模塊化等優(yōu)點。微處理器的基本組成部分有：寄存器堆、運算器、時序控制電路，以及數(shù)據(jù)和地址總線。微處理器能完成取指令、執(zhí)行指令，以及與外界存儲器和邏輯部件交換信息等操作，是微型計算機的運算控制部分。它可與存儲器和外圍電路芯片組成微型計算機。

TLV320DAC23是TI公司推出的高性能立體聲高端編解碼芯片，支持多種采樣率和多種音頻格式，并具有功耗低、封裝小的特點，廣泛應(yīng)用于便攜式數(shù)字音頻處理系統(tǒng)中。

1 同步串行接口SSI的工作原理

Synchronous SerialInterface(SSI)是一個全雙工的串行接口，允許芯片與多種串行設(shè)備通信?？梢允褂谩胺?wù)器端包含 (SSI)”指令將文本、圖形或應(yīng)用程序信息包含到網(wǎng)頁中。例如，可以使用 SSI 包含時間/日期戳、版權(quán)聲明或供客戶填寫并返回的表單。對于在多個文件中重復(fù)出現(xiàn)的文本或圖形，使用包含文件是一種簡便的方法。將內(nèi)容存入一個包含文件中即可，而不必將內(nèi)容輸入所有文件。通過一個非常簡單的語句即可調(diào)用包含文件，此語句指示 Web 服務(wù)器將內(nèi)容插入適當網(wǎng)頁。而且，使用包含文件時，對內(nèi)容的所有更改只需在一個地方就能完成。 SSI模塊結(jié)構(gòu)如圖1所示?！膱D中可看出，SSI模塊由發(fā)送電路、接收電路、串行時鐘和幀同步時鐘產(chǎn)生電路組成。發(fā)送電路和接收電路相互獨立，但是共用串行時鐘和幀同步時鐘。

1.1 SSI模塊引腳信號描述

SSLCLKIN：SSI時鐘輸入信號。

SSLBCLK：SSI串行比特時鐘。

SSLMCLK：SSI串行主時鐘信號，在SSI主模式下，

該信號也作為過采樣時鐘信號。

SSI_FS：SSI串行幀同步信號。

SSLRXD：SSI串行接收數(shù)據(jù)信號。

SSI_TXD：SSI串行發(fā)送數(shù)據(jù)信號。

1.2 SSI的操作模式

SSI有3種基本同步操作模式：普通模式、網(wǎng)絡(luò)模式和門時鐘模式。

普通模式是最簡單的模式，一幀內(nèi)只能傳輸一個字，而且每一幀都需要幀同步信號來控制同步;網(wǎng)絡(luò)模式主要用于多時隙的情況下，一幀內(nèi)可以傳輸2個字到32個字不等;門時鐘SSI_BCLK模式下，串行比特時鐘SSI_BCLK指示了發(fā)送引腳或接收引腳上的有效數(shù)據(jù)。

除了上述3種基本模式外，針對音頻上的應(yīng)用，SSI還支持兩種衍生模式——I2S模式和AC97模式，分別用于傳輸I2S和AC97音頻格式數(shù)據(jù)。

1.3 SSI的初始化

初始化SSI模塊的正確順序：

①上電或重啟SSI(SSI_CR[SSI_EN]=0)，即關(guān)閉SSI模塊功能。

②配置SSI模塊。涉及的寄存器包括控制寄存器SSI_CR、中斷允許寄存器SSI_IER、發(fā)送配置寄存器SSI_TCR、接收配置寄存器SSI_RCR和時鐘控制寄存器SSI_CCR。

③通過SSI_IER寄存器設(shè)置必要的中斷或DMA。

④設(shè)置SSI_CR[SSI_EN]=1允許SSI模塊功能。

⑤設(shè)置SSI_CR[TE/RE]，開始發(fā)送/接收數(shù)據(jù)。

1.4 SSI的工作過程

(1)發(fā)送數(shù)據(jù)

單通道時，數(shù)據(jù)從串行發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器SSI_TX0中傳到發(fā)送移位寄存器TXSR中，再通過串行發(fā)送引腳SSI_TXD發(fā)送出去，然后根據(jù)用戶設(shè)置情況決定是否產(chǎn)生發(fā)送中斷。如果發(fā)送緩沖區(qū)TXFIFOO被允許，則SSI_TX0繼續(xù)從TXFIFOO中取數(shù)據(jù)，直到TXFIFOO中的數(shù)據(jù)全部被發(fā)送，再通過用戶設(shè)置情況決定是否產(chǎn)生發(fā)送中斷。雙通道時，發(fā)送移位寄存器TXSR交替從SSI_TX0和SSI_TXl中取出數(shù)據(jù)。

(2)接收數(shù)據(jù)

單通道時，數(shù)據(jù)從串行接收引腳SSI_RXD進來，由接收移位寄存器RXSR傳輸給接收數(shù)據(jù)寄存器SSI_RX0，再根據(jù)用戶設(shè)置情況決定是否產(chǎn)生接收中斷。如果接收緩沖區(qū)RXFIFOO被允許，則SSI_RX0將數(shù)據(jù)寫入RXFIFOO，并繼續(xù)從接收移位寄存器中獲取數(shù)據(jù)。雙通道時，接收移位寄存器RXSR交替將數(shù)據(jù)傳輸給SSI_RX0和SSI_RXl。

2 音頻編解碼芯片簡介

Codec 編碼解碼器主要作用是對視頻信號進行壓縮和解壓縮。計算機工業(yè)定義通過24位測量系統(tǒng)的真彩色，這就定義了近百萬種顏色，接近人類視覺的極限?，F(xiàn)在，最基本的V GA顯示器就有640*480像素。這意味著如果視頻需要以每秒30幀的速度播放，則每秒要傳輸高達27MB的信息，1GB容量的硬盤僅能存儲約37 秒的視頻信息。因而必須對信息進行壓縮處理。通過拋棄一些數(shù)字信息或容易被我們的眼睛和大腦忽略的圖像信息的方法，使視頻的信息量減小。這個對視頻壓縮解壓的軟件或硬件就是編碼解碼器。編碼解碼器的壓縮率從一般的2 ：1-100：1不等，使處理大量的視頻數(shù)據(jù)成為可能。