本文为 第二章 ARM 部分，具体整篇目录可以看前言！

【秋招】嵌入式面试八股文分享

第一部分（纯八股）

​2. ARM

2.2 通讯协议：

不同双工通讯：

同步/异步通讯：

       时钟线，有时钟线那就是同步通信，否则就是异步通信。

2.2.1 串口通讯协议总结

2.2.1.1 RS232物理层

其中RS-232提高电压后，增加了串口通信的远距离传输能力和抗干扰能力。

2.2.1.2 RS485物理层

RS-485 通讯网络的最大传输距离可达 1200 米，总线上可挂载 128 个通讯节点，而由于 RS-485 网络只有一对差分信号线，它使用差分信号来表达逻辑，当 AB 两线间的电压差为-6V~-2V 时表示逻辑 1，当电压差为 +2V~+6V 表示逻辑 0，在同一时刻只能表达一个信号，所以它的通讯是半双工形式的。

2.2.1.3 串口通讯协议

​起始位：为低电平；

停止信号：可由0.5、1、1.5、2个逻辑1的数据位表示

位0~位7：有效数据可被约定为 5—8位长

校验位：奇校验；偶校验

2.2.1.4 波特率

​

 fPLCK为usart时钟，USARTDIV是存放在波特率寄存器中的一个无符号定点数。其中 DIV_Mantissa[11:0]位定义USARTDIV 的整数部分，DIV_Fraction[3:0]位定义USARTDIV 的小数部分

我们知道USART1使用APB2总线时钟，最高可达72MHz，其他USART的最高频率为36MHz。我们选取USART1作为实例讲解，即fPLCK=72MHz。为得到 115200bps 的波特率，此时：​

解得USARTDIV=39.0625，可算得 DIV_Fraction=0.0625*16=1=0x01，DIV_Mantissa=39=0x27，即 应该设置 USART_BRR 的值为 0x271。

2.2.1.5 波特率与比特率的区别

波特率是指单位时间内传送二进制数据的位数，单位用bps(位/秒)表示，记作波特。

       比如：波特率为9600，则1秒传送9600位，也就是960个字节。

       比如在异步串行传输系统中，若字符格式：1位起始位，8位数据位，1个校验位，1个终止位，假设波特率为1200bps。

       有效数据位8位，传送一个字符为1+8+1+1=11，比特率为：1200*（8/11）

2.2.2 I2C通讯协议总结

2.2.2.1 物理层

注意：

开漏输出：高电平无驱动能力，需要借助外部上拉输出高电平。

       因为I2C协议是支持多个主设备与多个从设备在一条总线上的，此时就会有多个GPIO口连接在同一条总线上，就势必会出现输出高、低电平不统一的情况，如果采用推挽输出时，就可能会出现某个GPIO的Vcc和GND连接在一起造成短路的情况，当你采用开漏输出时，因为有上拉电阻的存在就可以避免这一问题的出现。

总线通过上拉电阻接到电源。当I2C设备空闲时，会输出高阻态，而当所有设备都空闲，都输出高阻态时，由上拉电阻把总线拉成高电平。

多个主机同时使用总线时，为了防止数据冲突，会利用仲裁方式决定由哪个设备占用总线。

SDA线在输入时配置成上下拉输入模式。

数据传送过程中，先传送最高位（MSB），每一个被传送的字节后面都必须跟随着1位应答位（即一帧共有9位长）。

2.2.2.2 协议层

(1) 主机写数据给从机

这些图表示的是主机和从机通讯时，SDA 线的数据包序列。

        其中S表示由主机的 I2C 接口产生的传输起始信号(S)，这时连接到I2C总线上的所有从机都会接收到这个信号。

    起始信号产生后，所有从机就开始等待主机紧接下来广播的从机地址信号(SLAVE_ADDRESS)。

        在 I2C 总线上，每个设备的地址都是唯一的，当主机广播的地址与某个设备地址相同时，这个设备就被选中了，没被选中的设备将会忽略之后的数据信号。

        根据 I2C 协议，这个从机地址可以是7位或10位（7位用的更加广泛）。在地址位之后，是传输方向的选择位：

该位为0，主机向从机写数据。

       该位为1，主机由从机读数据。

       从机接收到匹配的地址后，主机或从机会返回一个应答(ACK)或非应答(NACK)信号，只有接收到应答信号后，主机才能继续发送或接收数据。

注意：

       每次读写数据，数据包为8位，即一个字节。

       主机向从机写时，主机给从机发送一个字节，从机回复一个应答信号，然后主机再发送一个字节，不断重复这个过程。当数据传输结束时，主机给从机发送停止信号（P）。

       主机向从机读时，从机给主机发送一个字节，主机回复一个应答信号，然后从机再发送一个字节，不断重复这个过程。当主机不想接收数据时，主机给从机返回一个非应答信号（NACK）。

(2) 读和写数据：

        除了基本的读写，I2C通讯更常用的是复合格式，即第三幅图的情况，该传输过程有两次起始信号(S)。一般在第一次传输中，主机通过SLAVE_ADDRESS寻找到从设备后，发送一段“数据”，这段数据通常用于表示从设备内部的寄存器或存储器地址(注意区分它与 SLAVE_ADDRESS 的区别)；在第二次的传输中，对该地址的内容进行读或写。也就是说，第一次通讯是告诉从机读写地址，第二次则是读写的实际内容。

2.2.2.3 通讯信号电路定义：

起始信号/终止信号（一般由主机产生）

起始信号：SCL高，SDA由高变低

终止信号：SCL高，SDA由低变高

数据有效性：

响应信号：

传输时主机产生时钟，在第9个时钟时，数据发送端会释放SDA的控制权，由数据接收端控制SDA，若SDA为高电平，表示非应答信号 (NACK)，低电平表示应答信号(ACK)。

2.2.2.4 硬件I2C和软件I2C的区别

2.2.3 SPI通讯协议总结

2.2.3.1 物理层

CS线（NSS线）：从设备选择线，也称为片选信号线。哪个NSS线设为低电平，就是选中对应的模块。NSS线为高电平时，为结束信号。

       SCK：时钟信号线，用于通讯主机产生，决定了通讯的速率，STM32的SPI时钟频率最大为fPCLK/2，一般通讯过程中，通讯速率受限于低速设备。

       MOSI：主机发送，从机接收端口。

       MISO：主机接收，从机发送端口。

2.2.3.2 协议层

起始信号：NSS由高变低       停止信号：NSS由低变高

注意：

       MOSI与MISO的信号只在NSS为低电平的时候才有效，在SCK的每个时钟周期MOSI和MISO传输一位数据。数据的输入和输出是同时进行的，在SCK下降沿进行数据采样，SPI每次数据传输可以以8位或16位为单位，每次传输单位数不受限制。

2.2.3.3 SPI通讯模式（四种）

       四种通讯模式最大的区别：总线空闲时 SCK 的时钟状态以及数据采样时刻。

       因此，在此引入“时钟极性CPOL”和“时钟相位CPHA”概念。

2.2.3.4 控制逻辑

主模式收发流程及事件说明如下：

(1) 控制NSS信号线，产生起始信号(图中没有画出)；

(2) 把要发送的数据写入到“数据寄存器“DR”中，该数据会被存储到发送缓冲区；

(3) 通讯开始，SCK时钟开始运行。MOSI 把发送缓冲区中的数据一位一位地传输出去；MISO 则把数据一位一位地存储进接收缓冲区中；

(4) 当发送完一帧数据的时候，“状态寄存器 SR”中的“TXE 标志位”会被置 1，表示传输完一 帧，发送缓冲区已空；类似地，当接收完一帧数据的时候，“RXNE 标志位”会被置 1，表示传输完一帧，接收缓冲区非空；

(5) 等待到“TXE 标志位”为 1 时，若还要继续发送数据，则再次往“数据寄存器 DR”写入数据 即可；等待到“RXNE 标志位”为 1 时，通过读取“数据寄存器 DR”可以获取接收缓冲区中的 内容。

       假如我们使能了 TXE 或 RXNE 中断，TXE 或 RXNE 置 1 时会产生 SPI 中断信号，进入同一个中断服务函数，到 SPI 中断服务程序后，可通过检查寄存器位来了解是哪一个事件，再分别进行处理。也可以使用 DMA 方式来收发“数据寄存器 DR”中的数据。

2.2.4 CAN通讯协议总结

2.2.4.1 物理层

(1) 闭环网络

CAN 物理层的形式主要有两种，图 CAN 闭环总线通讯网络中的 CAN 通讯网络是一种遵循 ISO11898 标准的高速、短距离“闭环网络”，它的总线最大长度为 40m，通信速度最高为 1Mbps，总线的两端各要求有一个“120欧”的电阻。

(2) 开环网络

  图 CAN 开环总线通讯网络 中的是遵循 ISO11519-2 标准的低速、远距离“开环网络”，它的最大传输距离为 1km，最高通讯速率为 125kbps，两根总线是独立的、不形成闭环，要求每根总线上 各串联有一个“2.2千欧”的电阻。

       CAN 通讯节点由一个 CAN 控制器及 CAN 收发器组成，控制器与收发器之间通过 CAN_Tx 及 CAN_Rx 信号线相连，收发器与 CAN 总线之间使用 CAN_High 及 CAN_Low 信号线相连。其中 CAN_Tx 及 CAN_Rx 使用普通的类似 TTL 逻辑信号，而 CAN_High 及 CAN_Low 是一对差分信 号线，使用比较特别的差分信号，下一小节再详细说明。