为何嵌入式调试中频繁使用UART,而SPI和I2C很少被选用?

原创 美男子玩编程 2024-11-22 08:00

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来源于小伙伴提问。



以下是我的一些看法。


UART 成为调试和登录 Linux 的首选,主要是因为其简单性、灵活性、广泛的工具支持和对实时调试信息的处理能力。


SPI、I2C 和 USRT 虽然有它们的优势,但它们更适合于高速数据传输和外设通信,而不是用于嵌入式调试和调试信息输出场景。


1


UART的简单性和普适性

UART 是一种非常简单的通信协议,只需要两个引脚(TX、RX),就可以完成数据传输。


它是全双工的,支持同时发送和接收数据。对很多调试工具或开发板来说,UART 通常已经成为标准接口,因此不需要额外的硬件设置。


这种普适性让 UART 成为调试嵌入式系统的首选。


2


波特率的灵活性

虽然 UART 是异步通信协议,确实需要设定波特率(如 9600、115200 等),但波特率的配置相对简单。


大多数嵌入式开发工具(比如串口调试器、串口终端等)都支持自动波特率调整或者手动设置,并且不需要时钟信号。


相比之下,SPI 和 I2C 都是同步通信协议,依赖于主设备的时钟信号,不仅要求额外的引脚,而且对主从设备的时序要求更严格。


3


流行的调试工具支持UART

绝大多数嵌入式调试工具(如 JTAG、SWD 调试器)以及 Linux 终端应用(如 Minicom、PuTTY 等)都天生支持 UART 接口。


这使得调试过程更加便捷,无需为其他通信协议开发额外的调试工具或库。


UART 可以直接通过标准串口登录 Linux,这也是为什么它被广泛应用于调试和登录 Linux 的原因。


4


UART更适合调试场景

UART 异步通信的特点让它非常适合串行打印调试(如 printf 调试)。


调试时,你只需不断发送文本数据,UART 接口可以很自然地处理这些异步数据流,调试过程中不会因为丢掉时钟同步而出错。


SPI、I2C 等同步协议则需要严格的时钟同步,且这些协议设计上是为数据传输优化的,而不是为文本输出设计的,所以调试信息的实时性和灵活性较差。


5


SPI、I2C 复杂度较高

SPI 和 I2C 设计之初是为了多设备间的高速数据传输。SPI 需要 4 根线(MISO、MOSI、SCK、SS),I2C 则需要 2 根线(SCL、SDA),它们的调试接口需要特定的硬件和协议栈支持,并且与 UART 相比,不适合频繁的控制和状态查询。


此外,这些接口通常用于传输传感器或外设的数据,而不是用于系统底层调试。


6


同步协议的时序和复杂性问题

SPI 和 I2C 是同步协议,需要精确的时钟同步。


调试过程中,如果时钟出现偏差或者噪声干扰,调试数据很可能会出错。


尤其是 I2C,数据传输速度较慢,并且有一定的从设备地址限制,这使得它不适合快速调试和实时输出。


而 UART 在调试中,因为无需时钟信号,即便波特率设置不准,通常也只是影响速度,数据的完整性通常能保证。

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