Protocollo I2C vs SPI: differenze e similitudini
Il bus I2C
L'I2C (Inter-Integrated Circuit) è un protocollo di comunicazione a bordo ideale per le brevi distanze e la bassa larghezza di banda. Ha un'architettura master-slave in cui tutti gli slave sono collegati al master tramite due linee: la linea dei dati seriali (SDA) e la linea del clock seriale (SCL). L'I2C è tipicamente utilizzato per collegare periferiche a bassa velocità come i sensori a processori e microcontrollori su brevi distanze, all'interno di un circuito integrato.
Il protocollo I2C definisce le modalità di invio dei dati. Inizialmente, il master emette una condizione di avvio seguita dall'indirizzo del dispositivo slave con cui sta comunicando. Una volta che lo slave corrispondente ha identificato il suo indirizzo, cerca il flag di lettura/scrittura progressivo emesso dal master. Questo flag indica allo slave se può ricevere o inviare dati. Una volta che lo slave ha riconosciuto il master, la comunicazione continua.
Una caratteristica dell'I2C è il sistema di controllo integrato: ogni byte di dati viene riconosciuto dal ricevitore con ACK o NAK per segnalare al trasmettitore se i dati sono stati ricevuti o meno. Una volta che il master ha terminato la comunicazione con lo slave indirizzato, emette una condizione di stop per segnalare la fine della trasmissione. Dopo la condizione di stop, la comunicazione con le altre unità slave può iniziare.
Il bus SPI
L'interfaccia periferica seriale (SPI) è un altro protocollo di comunicazione seriale comunemente utilizzato nei sistemi embedded. Come l'I2C, anche questo ha un'architettura master-slave, ma è un bus a più di 4 fili. L'SPI richiede una linea di clock (SCK) e due linee di dati per la trasmissione bidirezionale dei dati, note come linee MOSI e MISO. Inoltre, deve essere presente una linea di selezione dello slave (SS) per ogni slave sul bus. Invece di utilizzare un sistema di indirizzamento come l'I2C, più slave sono controllati dal master tramite le linee di selezione degli slave. Si tratta di un protocollo molto semplice con un overhead quasi nullo, che lo rende ideale per le applicazioni di streaming: i dati possono essere trasferiti a velocità molto elevate poiché la natura full duplex rende l'SPI un protocollo molto efficiente.
Se hai bisogno di monitorare il trasferimento dei dati di questi protocolli, hai bisogno di un analizzatore di protocollo. Gli analizzatori di protocollo catturano e riportano le comunicazioni su un bus in modo che gli utenti possano analizzare e fare il debug del traffico. Vediamo le somiglianze e le differenze tra le caratteristiche degli analizzatori di protocollo I2C e SPI.
Protocollo I2C vs SPI: differenze e somiglianze
Una differenza significativa è che l'I2C è più lento (tipicamente 100-400 KHz, massimo 5 MHz) rispetto all'SPI, che può raggiungere una velocità di 80 MHz o talvolta anche superiore. La disponibilità di una velocità SPI più elevata è dovuta all'utilizzo di più linee per la trasmissione dei dati e a un basso overhead del protocollo .
Altre differenze tra I2C e SPI
| Caratteristiche | Descrizione | Protocollo I2C | Protocollo SPI |
|---|---|---|---|
| Linee | Linee che sono necessarie per il funzionamento del protocollo di comunicazione | 2 | 4 |
Velocità |
Velocità massima | 100 KHz (standard) 400 KHz (modalità veloce) 1 MHz (modalità veloce-Plus) 3,4 MHz (modalità ad alta velocità) 5 MHz (modalità ultraveloce) | 80 MHz (standard)
100 MHz (modalità veloce) |
| Potenza richiesta | Confronta la potenza richiesta da ciascun protocollo | Consuma più energia rispetto all'SPI | Più adatto per Applicazioni a basso consumo |
Prezzo e costi
| Costi di implementazione per progetti simili | Il protocollo 2C è più economico da implementare perché non richiede una logica di selezione o arbitraggio del chip | Il protocollo SPI è più costoso da implementare perché richiede più spazio sul chip |
Allungamento del clock | Il clock stretching è una funzione che consente ai dispositivi slave di cambiare il clock del bus principale su richiesta. | Se un dispositivo slave non è in grado di elaborare i dati abbastanza velocemente, può rallentare il clock con un clock allungato per rallentare il bit rate e contribuire a mantenerlo. | I dispositivi slave del protocollo SPI non utilizzano il clock stretching. |
Immunità al rumore | L'immunità al rumore descrive la capacità di un dispositivo o di un sistema di funzionare in presenza di rumore. | Meno suscettibile al rumore. | Più suscettibile al rumore |
Configurazioni | Quali configurazioni di dispositivi master e slave sono supportate dal protocollo? | Protocollo multi-master, consente un numero qualsiasi di dispositivi master e uno o più dispositivi slave | Protocollo a master singolo, deve utilizzare un'unità master e una o più unità slave |
Verifica dei dati | Il protocollo è in grado di rilevare gli errori? controlla la ricezione dei dati da parte delle unità slave dopo la comunicazione dell'unità master? | Utilizza il bit di conferma dopo ogni byte e garantisce che i dati inviati siano stati ricevuti dall'unità slave | Non esiste un metodo standardizzato per verificare se i dati sono stati ricevuti correttamente o meno, non supporta il bit di riconoscimento |
Dimensione del messaggio | Quale dimensione del messaggio è supportata dal protocollo? | La comunicazione I2C utilizza messaggi suddivisi in frame. Un frame a 7 o 10 bit inoltra il messaggio e i dati vengono trasmessi in frame a 8 bit separati da bit di conferma che verificano la ricezione dei dati. | La comunicazione SPI funziona tramite shift register. I messaggi possono essere a 8 bit, ma sono possibili anche trasmissioni di dati a 12 o 16 bit. |
Duplex | Il protocollo consente la comunicazione bidirezionale e simultanea tra i dispositivi? | Modalità half-duplex: i singoli cavi possono trasmettere dati in entrambe le direzioni, ma non contemporaneamente | Modalità full duplex - i singoli cavi possono trasmettere i dati in entrambe le direzioni contemporaneamente |
Analizzatori di protocollo SPI e I2C e adattatori host
Esistono diversi analizzatori di protocollo sul mercato. Alcuni sono specifici per un protocollo, mentre altri supportano più protocolli.
Le differenze funzionali tra la maggior parte degli analizzatori I2C e SPI sono poche. Possono presentare differenze di implementazione, come i tipi di intestazione, il numero di pin o le tolleranze di tensione/corrente, differenze che derivano dai progetti dei produttori.
La maggior parte degli analizzatori fornisce un software GUI per leggere le comunicazioni catturate sul bus. Gli analizzatori di protocollo in genere decodificano i segnali di controllo del protocollo e i dati, a differenza di un analizzatore logico standard che visualizza solo i segnali e i diagrammi di temporizzazione.
Non tutti i software sono uguali. La possibilità di visualizzare i dati in tempo reale, di avviare e interrompere le acquisizioni, di salvare e condividere le acquisizioni e di cercare e filtrare le acquisizioni non è sempre disponibile in tutti i software di analisi di protocollo. Per una maggiore flessibilità e utilizzo, alcuni analizzatori di protocollo sono dotati di un software API che consente all'utente di creare uno strumento personalizzato per le proprie esigenze specifiche.
Esistono sul mercato analizzatori di protocollo che supportano più protocolli, ma anche in questo caso non tutti sono creati allo stesso modo. Questi analizzatori possono variare notevolmente in termini di prezzo e funzionalità. L'analizzatore di protocollo I2C/SPI controlla i protocolli I2C e SPI e MDIO. È compatto, relativamente economico e il software che lo accompagna permette l'acquisizione e la visualizzazione dei dati in tempo reale e supporta pienamente Windows, Linux e Mac OS X.
Se cerchi maggiori prestazioni, un supporto aggiuntivo per i protocolli e un dispositivo da costruire come se niente fosse, prendi in considerazione la Promira Serial Platform. Promira Platform è un adattatore host I2C e SPI e un analizzatore di protocollo eSPI tutto in uno. La funzionalità di analizzatore di protocollo per I2C e SPI sarà aggiunta alla piattaforma nel prossimo futuro. Il modello di piattaforma consente ai clienti di acquistare solo le applicazioni di cui hanno bisogno, in base alle loro esigenze. Questo comporta un prezzo leggermente più alto rispetto all'analizzatore di protocollo Beagle I2C / SPI, ma ha anche molte più funzioni.
Capire le somiglianze e le differenze tra gli analizzatori di protocollo è importante e può fare la differenza tra l'essere pronti in anticipo e il non rispettare una scadenza.
Quando acquisti un analizzatore di protocollo, considera la compatibilità con il sistema operativo, le opzioni USB e il prezzo. Assicurati di fare le tue ricerche, di ottenere esattamente ciò che ti serve e di sapere cosa stai acquistando. Prendendo in considerazione tutte le opzioni disponibili, non solo potrai risparmiare ma anche massimizzare la tua produzione lavorativa: tu, il tuo team e i tuoi progetti potrete trarne il massimo beneficio!
