為什么選擇UART（串口）作為調(diào)試接口，而不是I2C、SPI等其他接口

UART（通用異步收發(fā)傳輸器）通常被選作調(diào)試接口有以下幾個(gè)原因：

1. 簡(jiǎn)單性：

• 協(xié)議簡(jiǎn)單：UART的協(xié)議非常簡(jiǎn)單，只需設(shè)置波特率、數(shù)據(jù)位、停止位和校驗(yàn)位就可以進(jìn)行通信。相比之下，I2C和SPI需要處理更多的通信協(xié)議和時(shí)序要求。

  

• 硬件資源少：UART通信通常只需要兩根線（TX和RX），而I2C需要兩根線（SCL和SDA），SPI需要至少四根線（MISO、MOSI、SCLK和CS），這對(duì)引腳資源有限的微控制器尤其重要。

  
  

  ① SPI (Serial Peripheral Interface)

• 多設(shè)備支持：SPI 通常用于主從通信，一個(gè)主設(shè)備可以與多個(gè)從設(shè)備通信。每個(gè)從設(shè)備需要一個(gè)單獨(dú)的片選信號(hào)，這增加了硬件復(fù)雜性。

• 時(shí)鐘同步：SPI 使用時(shí)鐘信號(hào)同步數(shù)據(jù)傳輸，不同設(shè)備間可能需要配置不同的時(shí)鐘極性（CPOL）和相位（CPHA）。

• 硬件連接：SPI 使用四條線（MISO、MOSI、SCLK 和 SS），比 UART 的兩條線（TX、RX）多，需要更多的引腳。

• 高速傳輸：SPI 支持較高的數(shù)據(jù)傳輸速率，但高速通信下電磁干擾和信號(hào)完整性問(wèn)題變得更顯著，需要仔細(xì)設(shè)計(jì) PCB 布線。

  ②I2C (Inter-Integrated Circuit)

• 多主多從：I2C 支持多主多從通信，需要管理總線仲裁和總線占用，這在硬件和軟件設(shè)計(jì)上增加了復(fù)雜性。

  
  

  

• 地址分配：每個(gè)從設(shè)備都有唯一的地址，主設(shè)備通過(guò)地址尋址從設(shè)備，涉及地址沖突和地址分配的問(wèn)題。

• 時(shí)鐘同步：I2C 也使用時(shí)鐘信號(hào)同步數(shù)據(jù)傳輸，但只有兩條線（SDA 和 SCL），這些線需要上拉電阻以維持總線的高電平狀態(tài)。

• 位級(jí)握手：I2C 有位級(jí)的握手機(jī)制（如ACK/NACK信號(hào)），確保每個(gè)字節(jié)的傳輸成功，這需要額外的邏輯處理。

  ③CAN (Controller Area Network)

• 多主多從：CAN 支持多主多從通信，使用基于優(yōu)先級(jí)的仲裁機(jī)制，以確定哪個(gè)節(jié)點(diǎn)可以發(fā)送數(shù)據(jù)。這需要復(fù)雜的協(xié)議處理和硬件支持。

• 錯(cuò)誤檢測(cè)與校正：CAN 協(xié)議內(nèi)置了強(qiáng)大的錯(cuò)誤檢測(cè)和校正機(jī)制，如循環(huán)冗余校驗(yàn)（CRC）、位填充、確認(rèn)應(yīng)答等，提高了通信的可靠性，但也增加了協(xié)議的復(fù)雜性。

  
  

• 消息過(guò)濾：CAN 節(jié)點(diǎn)可以基于消息 ID 對(duì)接收到的消息進(jìn)行過(guò)濾，需要配置硬件濾波器或軟件濾波器，增加了配置和編程的復(fù)雜性。

• 高速通信：CAN 支持高速通信（如 CAN-FD），需要復(fù)雜的物理層和協(xié)議層設(shè)計(jì)，以保證在高噪聲環(huán)境下的數(shù)據(jù)傳輸可靠性。

• 相比 UART

• 簡(jiǎn)單性：UART 是全雙工通信，通常只需要兩條線（TX、RX），硬件連接簡(jiǎn)單，無(wú)需時(shí)鐘信號(hào)同步。

• 沒(méi)有從設(shè)備地址：UART 通信沒(méi)有從設(shè)備地址和總線仲裁問(wèn)題，通信協(xié)議和數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單。

• 軟件實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單：UART 的軟件實(shí)現(xiàn)和配置相對(duì)簡(jiǎn)單，不需要處理復(fù)雜的握手、仲裁和錯(cuò)誤檢測(cè)機(jī)制

  
  

• 獨(dú)立性：

• 主從關(guān)系靈活：UART通信沒(méi)有主從設(shè)備的限制，設(shè)備之間可以自由地發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。I2C和SPI都需要明確的主從關(guān)系，并且通常需要復(fù)雜的配置來(lái)處理多主多從環(huán)境。

• 時(shí)鐘獨(dú)立：UART是異步通信，不需要共享時(shí)鐘信號(hào)，而I2C和SPI都需要共享時(shí)鐘信號(hào)，這對(duì)調(diào)試環(huán)境的靈活性有一定影響。

  
  

• 廣泛兼容性：

• 通用性：幾乎所有的微控制器和計(jì)算機(jī)都內(nèi)置有UART接口，并且廣泛支持串口通信軟件，如PuTTY、Tera Term等，使得UART調(diào)試非常方便。

• 常用工具支持：有大量的調(diào)試工具（如USB轉(zhuǎn)串口適配器）支持UART，這些工具可以很方便地連接到PC進(jìn)行調(diào)試。

  
  

• 速度要求：

• 適合調(diào)試速度：UART的速度通常能夠滿足調(diào)試需求，雖然I2C和SPI可以提供更高的速度，但對(duì)于大多數(shù)調(diào)試應(yīng)用來(lái)說(shuō)，UART的速度已經(jīng)足夠。

  
  

• 軟件支持：

• 易于實(shí)現(xiàn)的驅(qū)動(dòng)：UART驅(qū)動(dòng)程序通常比I2C和SPI更容易實(shí)現(xiàn)，特別是在操作系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)中，UART驅(qū)動(dòng)程序更成熟、穩(wěn)定。

• 電腦上有各種串口助手可以使用，如果自己編程上位機(jī)，使用UART也非常方便

  
  

  
  

總的來(lái)說(shuō)，UART作為調(diào)試接口具有簡(jiǎn)單、靈活、兼容性好、資源占用少等優(yōu)點(diǎn)，這使得它在許多調(diào)試場(chǎng)景中被廣泛使用。