泰克示波器调试嵌入式系统设计中的串行总线

今天，嵌入式系统几乎遍布在人类社会的每个角落。 嵌入式系统可以简单定义为属于大型系统或机器一部 分的一种专用计算机系统，其目的是为该系统或机器 提供监测和控制服务。典型的嵌入式系统在开机时会 开始运行某些专用应用，直到关闭时才会停止。当前 设计和生产的几乎每个电子设备都是嵌入式系统。

尽管串行总线提供了大量的优势，但它们也给嵌入式 系统设计人员带来了某些重大挑战，因为它以串行方 式传送信息，而不是以并行方式传送信息。本应用指 南讨论了嵌入式系统设计人员的常用挑战，及怎样 使用下述系列示波器中的功能迎接这些挑战：MSO/ DPO70000、DPO7000、MSO/DPO5000、MDO/ DPO4000、MDO3000 和 MSO/DPO2000 系列。

并行结构与串行结构比较 在并行结构中，总线的每个组件都有自己的信号路径。 可能有 16 条地址线、16 条数据线、一条时钟线和各 种其它控制信号。通过总线发送的地址或数据值会通 过所有并行线路同时传送。因此，使用大多数示波器 和逻辑分析仪中的状态触发或码型触发功能触发关心 的事件相对简便。同时，可以简便地一目了然地了解 在示波器或逻辑分析仪显示屏上捕获的数据。例如， 在图中，我们使用逻辑分析仪从微控制器中采集时 钟线、地址线、数据线和控制线。通过使用状态触发， 我们隔离了我们查找的总线。为“解码”总线上发生 的情况，我们需要查看每条地址线、数据线和控制线 的逻辑状态。在串行总线中，所有这些信息都必须以 串行方式在相同的少数导线 ( 有时是一条 ) 上发送。 这意味着一个信号可能包括地址信息、控制信息、数 据信息和时钟信息。例如，看一下图中所示的控制 器区域网 (CAN) 串行信号。

I² C 或“I squared C”是指集成电路间总线。它最初 是飞利浦公司在 20 世纪 80 年代研制的，为把控制 器连接到电视机上的外设芯片提供了一种低成本方 式，但之后其已经发展成为嵌入式系统设备之间通信 的一项全球标准。

I² C的物理两线接口由双向串行时钟 (SCL) 和数据 (SDA) 线组成。I2 C 支持总线上多个主从设备，但一 次只能激活一个主设备。任何I² C设备可以连接到总 线上，允许任何主设备与从设备交换信息。每台设备 都使用唯一的地址识别，它可以作为发射机或接收机 操作，具体取决于设备功能。在开始时，I2 C 只使用 7 位地址，但随着时间推移，它演变成也支持 10 位地址。 它支持三种位速率：100 kb/s ( 标准模式 )、400 kb/s ( 快速模式 ) 和 3.4 Mb/s ( 高速模式 )。最大设备数量 取决于 400 pf 的最大容量，或大约支持 20-30 台设备。 I² C标准规定了下述格式，如图 4 所示： 

Start - 表明设备控制总线，一条消息将开始传送 

Address - 7 位或 10 位数字，表示将要读取或写 入的设备地址 

R/W Bit - 1 位，表明是否将从设备中读取数据或 向设备写入数据  Ack - 1 位，来自从设备，确认主设备的操作。通常每个地址和数据字节有一个确认位，但不总是有 确认位 

Data - 从设备中读取或写入设备的字节的整数 

Stop - 表明消息结束，主设备已经释放总线

有两种方式对I² C分组、以进行解码：7 位 + 读或写 (R/ W) 位方案，8 位 (1 字节 )、其中作为地址的一部分包 括 R/W 位。7 位地址方案是固件和软件设计工程师遵 守的指定方案。但是，许多其它工程师使用 8 位地址 方案。泰克示波器可以在任一方案中解码数据。