あるシステムから別のシステムへのデータ転送の一般的なプロトコル？

あるシステムから別のシステムに情報を送信するための一般的なプロトコルは何ですか？たとえば、ある期間にわたってマイクロコントローラから収集した情報があり、別のマイクロコントローラに送信したいとします。SPIおよびI2Cインターフェイスについて聞いたことがありますが、あるメソッドを別のメソッドよりも使用する場合と、それをどのように実装するかは不明です。SPIおよびI2C以外の一般的な方法はありますか？実装プロセスは異なるマイクロコントローラーで似ていますか？基本的に、受信側のマイクロコントローラーで行っているデータのバイトを解析していますか？

SPIとI2Cは、システム間で実際にデータを転送するよりも、周辺機器をコントローラーまたはCPUに接続するために実際に使用されるという点で、似ています。USBは、人々が通信システムとして扱うことを望んでいると思われるもう1つのインターフェイスであり、実際には周辺機器接続バスです。

システム間の通信は、デバイスをバスに接続するようなものではありません。バス接続により、プロセッサはデバイス内のレジスタを直接操作できますが、通信インターフェイスを使用するとデータのストリームを送受信できます。通常、バスに接続されたデバイスにはデバイスドライバーが必要ですが、通信では、ホストコンピューターに関する限り、相手側に何が接続されていてもかまいません。

もちろん、これは常により境界になりつつあります。PCIやISAなどは間違いなくバスです。I2C、SPI、USBは間違いなくバスです。一方、RS232、RS485、およびイーサネットは間違いなく通信インターフェースです。しかし、CANバスや1553のようなものもあります。これらは間違いなくデータの移動に関するものですが、非常に複雑な方法です。

データを送信する方法は1つではありません。距離、データレート、環境、アプリケーションに応じて、さまざまな通信方法があります。

最下層は物理層で、実際にビットを移動します。

• SPIとI²Cは、伝送を妨害する可能性のあるノイズがあまりないデバイス内の短距離用です。

• 数十メートルまでの距離であまり速くない通信には、RS-232を介したシリアル通信が適切な選択です。

• RS-485などでは、ノイズが多い場合や距離の長い差動信号が使用されます。より高速なデータ伝送のために、イーサネットがあり、これはますます普及しています。

• また、さまざまなワイヤレス規格もあります。

物理層の上部には、データの送信方法を整理する層があり、伝送エラー、ネットワーク内のルーティング、その他多くのエラーを検出および修正します。たとえば、インターネットプロトコルは、通常はイーサネットプロトコルの上にある、いくつかの層のかなり複雑なスタックです。

シンプルなシリアルUARTを使用でき（1つのTxラインと1つのRxラインが個別のクロックなしで）、オプトアイソレーターまたは磁気アイソレーターを使用して異なる電位（一次および二次回路も含む）を簡単に横断するように適合できます。

プロトコルに関する限り、定義されたコマンドバイトと何らかのチェックサムスキームを備えたものはすべてうまく機能します。あらゆる種類の通信に適合するカバーオール標準プロトコルは実際にはありません。I2Cには信号の標準（アドレス指定、停止、開始などの定義）がありますが、実際に通信されるプロトコルは開発者次第です。

たとえば、PMBusは、物理メディアとしてI2Cを使用する電源通信プロトコルです。

実際には「一般的な」プロトコルはありません。使用するものはアプリケーションに大きく依存します。より良い回答を提供するために、お客様の要件をもう少しよく理解する必要があります。サブシステムとして互いに通信する個別のマイクロコントローラーを持ちたいとおっしゃいました。

このアプリケーションに関するいくつかの質問：

1. このプロジェクトには2つ以上のマイクロコントローラーがありますか？
2. 速度とスループットの要件は何ですか？情報がそこに到達するのにどれくらいの速さが必要ですか？また、データをどのくらいの頻度で送受信していますか？

質問1でNOと答えた場合：

このプロジェクトにmicrco-controllersが2つしかない場合、間違いなくそれらの間でUARTを使用できます。両方が通信を開始する必要がある場合は、フロー制御を使用します。そうでない場合は、データを一方向に送信するのは簡単です。ほとんどの場合、より高いボーレートのいずれかを選択すると、「十分に高速」になります。I2CとSPIは通常、マスター/スレーブアーキテクチャにのみ適しています。

質問1でYES（2つ以上のコントローラー）と答えた場合：

• プロジェクトに3つ以上のマイクロコントローラーがある場合、どちらが通信を開始しますか？マスターコントローラーは1つだけですか（マスタースレーブアーキテクチャ）。または、サブシステムのいずれかがいつでも話すことができますか？
• サブシステムのいずれかが相互に通信する必要がありますか？例：デバイスA、B、Cの場合：AはBとCに送信でき、BはAとCの両方に送信できます。

そのため、アドレス指定可能なデバイスを共通バスにドロップできる、よりスケーラブルなものが必要です。これらのフォローアップの質問に対する回答は、I2CとSPI（マスタースレーブ）またはCAN（マルチマスター）のようなものを決定するのに役立ちます。

ご使用のマイクロコントローラーにはUART周辺機器が搭載されている可能性が高く、その他（特にCAN）はより高性能なチップでのみ使用できます。どちらの場合でも、これらの周辺機器を使用してバイトを移動する方法に関するドキュメントがたくさんあるはずです。

@Jonが述べたように、通信インターフェースを選択する際の1つの問題は、1つのエンティティが常に通信の開始に責任を負うか、複数のエンティティがその責任を負うかどうかです。関連する問題は、1つのエンティティが常に未承諾の通信を受信する準備ができているかどうかです。SPIは、片側が常に通信を受信する準備ができているアプリケーションで頻繁に使用されます。たとえば、74HC595シフトレジスタのようなものが「ビジー」になることはありません。SPIはマイクロコントローラとマイクロが制御することになっているハードウェア間の通信には適していますが、2つのマイクロコントローラ間の通信には実際には良くありません。I2Cハードウェアを搭載した2つのプロセッサが通信に使用する場合、ソフトウェアは（非常に寛大な制約の範囲内で）何が起こっているのかを処理するのに必要な限り、データ損失を引き起こすことなく。プロセッサが各着信バイトを処理するのに100マイクロ秒かかると、スループットが大幅に制限されますが、送信側は受信側が追いつくのに十分なほど遅くなります。SPIで一般的に発生する唯一の方法は、ハンドシェーク用に別のワイヤがある場合です。

I2Cは本当に素晴らしいプロトコルです。考えられる最も完璧なプロトコルであることを妨げる最大の制限は次のとおりです。

1. その速度は多少制限されています。SPIははるかに高速に動作し、UARTでさえ少し高速に動作することがあります
2. （2）I2Cに必要なのは2本のワイヤのみであるのは非常に便利ですが、両方のワイヤは双方向のオープンコレクタ通信が可能でなければなりません。これにより、リピーター経由でI2Cを送信することが難しくなります。

個人的には、コントローラベンダーがハンドシェイクを含むSPIの3線式バリアントをサポートすることを望んでいます。しかし、私はそうするコントローラーを知りません。

順不同で、同じボックス内の2つのCPUの最も一般的な物理層インスタンスは次のように見えます：

• デイジーチェーンSPI（JTAGで使用されるなど）
• スレーブごとのワイヤ選択SPI
• 「TTLレベルのRS-232」（別名「非同期のスタート/ストップシリアル通信」）（1つのCPUのUART TXピンを別のCPUのUART RXピンに直接接続）
• I2C
• 8ビットデータ+ストローブ（IEEE 1284プリンターポートパラレルポートなど）
• 共有メモリ（一度に1つのCPUのみがアドレス/データ/制御バスを駆動します）

これらの物理層インスタンス（および別々のボックスにある2つのCPUのその他の物理層インスタンス）は、通常、通信システムの上位レベルを実装するソフトウェアにバイトストリームを提供します。

スマートプログラマーは、ハードウェア担当者が1つの物理層インスタンスを削除して完全に異なる物理層インスタンスに置き換えることを決定したときに、バイトの出力ストリームを供給するためにいくつかの関数を書き換えるだけでソフトウェアを記述します。ハードウェアに送信し、ハードウェアからバイトのストリームを読み戻します。すべての高レベルのプロトコルは変更されずに動作し続けます。

1つのCPUから別のCPUに情報を送信するプロトコルでは、ほとんどの場合、バイトストリームを一連のパケットとして解釈します。

1. 前文
2. ヘッダ
3. （おそらくエスケープされた）シリアル化されたデータ
4. トレーラー

一部の人々は、（2）多くの種類のヘッダー構造の1つと（3a）多くの種類のシリアル化データの1つ、（3b）多くの種類の1つ、 （4）多くの種類のトレーラーの1つを使用して、シリアル化されたデータをエスケープします。

データをパケットにカプセル化するための最も簡単なプロトコルには次のものがあります。

• ミニSSCプロトコルバイト3
• ネットストリング形式

データをパケットにカプセル化するためのやや複雑なプロトコルには次のものがあります。

• vscp-非常にシンプルな制御プロトコル
• IP over Serial接続

プロトコルの長いリストがあります

• 組み込みシステムで使用される一般的なプロトコル
• シリアルプログラミング：データパケットの形成

プロトコル設計の誤りを説明するRadia Perlmanによる「Protocol Design Folklore」をお楽しみください 。

単一の「一般」プロトコルはありません。選択は（たとえば）次のものに依存します。

• 距離
• 必要なスループット
• 特別な周辺機器の可用性
• 騒音レベル
• 光学的分離の必要性
• 重大度（許容故障率）
• 両端で利用可能なCPUパワー
• 両端で利用可能なI / Oピン

多くの場合、物理層（信号レベル）とデータリンク層を区別する必要があります（+/-データのエンコード方法）（OSIモデル、下位2 ..4層を確認します）。可能なフィスカル層は、たとえば次のとおりです。

• シンプルな5Vまたは3.3Vまたは1.8V TTL
• プッシュプルの代わりにオープンコレクター以外の上記のいずれか
• バランスのとれたlov電圧信号（FPGAでよく使用されます）
• バランスのとれたハイガー電圧（RS485、RS432）
• シングルエンドの高電圧（RS232）
• バランスのとれたtrafo結合（さまざまなイーサネットバージョン、PDIFオーディオ）
• 光学（光学イーサネット、トスリンク）

1行を使用してデータとクロック情報を伝達したり、これを複数の行に分割したりできます。後者は一般的に使用されていましたが、最近ではほとんどの新しい/高速プロトコルが1つの回線（または1つの回線として機能する1組の回線）を使用する傾向があります。

Therは、回線上でデータとクロックをエンコードする多くの方法です。RS232は伝統的にNRZを使用します。Machesterエンコーディングがあり、さまざまな形式が2.7 RLLという奇妙な名前のハードディスクで使用されています。

要約すると、システム間で通信を行うには膨大な数の方法があります。また、コネクタや、エラーの検出と回復、データのエンコード、圧縮、暗号化などの高レベルの側面についても言及していません...