共有バスをORとして機能させる

せっかちな人は、背景をスキップできます。

バックグラウンド

SPIと通信する一連のマイクロコントローラーをプログラミングしています。nバスを共有するマスターとスレーブが1つあります。チップセレクトはありません。（これは悪いデザインでnはありませんが、サイズが大きく、n余分なラインを配置するための十分なスペースがありません）。

したがって、MISOを高インピーダンスに維持することはスレーブの責任であり、多くても1人が話します。これは、IDがポーリングされたときにのみ応答することによって行われます。

ここで、マスターがスレーブに接続されているIDを使用してスレーブを検出する最初の検出フェーズが必要です。生活をより簡単にするために（いくつかの側面で）、IDを一意にしたいと考えています（したがって32ビットなど）。これにより、マスターがIDを1つずつポーリングして、誰が応答するかを確認することができなくなります（可能性が多すぎます）。

この問題を解決するために、スレーブがまとめて応答し、マスターが最小IDをすばやく見つけることができるバイナリ検索のバリエーションを考案しました。そのIDのスレーブは、参加しないように指示され、アルゴリズムが繰り返されます。（重要ではない詳細）。

ただし、問題が1つあります。集合的応答は、すべての応答の論理OR（または論理AND）である必要があります。MISOバスが論理ORとして機能するようにラインを構成できると聞いています。私が言われたことは：

• マスターのMISOをプルアップとして設定し、
• すべてのスレーブでMISOをオープンドレインとして設定します。

私はこれを試しましたが、スレーブが1つでも、この構成は機能しません（オシロスコープはライン上に一定のゼロを示します）。マスターでMISOを高インピーダンス入力として構成すると、オシロスコープで、2つのスレーブからの出力のビットが異なる場所で電圧が半分に低下していることがわかります（基本的には短絡と思います）。

注：マスターのMISOを高インピーダンスとして構成し、スレーブをそれぞれプッシュプルとして構成すると、同じバス上に多数ある場合でも、それぞれに個別に通信できます。つまり、ライン自体の問題ではないかと思います。

質問

私の質問は、これが可能な場合、そして可能であれば、共有MISOラインが論理OR（または論理AND）として機能するようにマスターとスレーブの入力ピンと出力ピンを構成するにはどうすればよいですか？

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1. 結局、それは否定的な真の論理を持つOR（基本的にはAND）になります。

2. シングルスレーブの問題は、マスターのプルアップピンに1を書き込むことで解決されました。以前は、初期状態は0でした。

編集2

STスレーブがオープンドレインとしてMISOの私のGPIO構成をオーバーライドし、書き込まれたときにそれを強制的に高くしていることが判明しました。この特定のケースでは、手動でSPIをサイレントにしてMISOを出力することにしました。

SPI-with-selectは、MicrochipがMCP23017チップ（およびその他）で使用するものです。そのアプローチに問題はありません。

はい、あなたが望むものは可能ですが、あなたは奴隷をオープンドレインにする必要があります。オープンドレインとして動作させることができない場合は、（ショットキー）ダイオードを各出力と直列に配置して不正行為を行うことができます。

列挙アプローチは、列挙のためにダラスの1線式バスで使用され、アービトレーションのためにCANバスで使用されるものと同じです。

ただし、このアプローチの重大な欠点は、プルアップ抵抗によって駆動される立ち上がり時間によって速度が制限されるようになったことです。これは、プッシュプル出力で駆動する場合よりも遅くなり、バスを操作できる速度を制限する可能性があります。

各スレーブに予備のピンが2つある場合は、それらをデイジーチェーン接続し、デイジーチェーン内のそれらの位置に基づいて列挙方式を使用できます。

• マスターのMISOをプルアップとして設定し、
• すべてのスレーブでMISOをオープンドレインとして設定します。

私はこれを試しましたが、スレーブが1つでも、この構成は機能しません（オシロスコープはライン上に一定のゼロを示します）。

プルアップモードでのマスターI / Oピンの等価抵抗を確認する必要があります。

通常、プルアップモードの抵抗は非常に高く、おそらく50kΩ以上です。これは、EMIやその他のノイズによるピンのグリッチを防止すること、または非常に遅い制御信号のデフォルトを設定すること、およびそれを行うために過剰な電力を浪費しないことを目的としています。

Wouterが指摘したように、オープンドレインバスでは、速度はプルアップ抵抗によって制限されます。抵抗値を大きくすると、バスが遅くなります。I2C（100または400 kHzを取得）の標準的な値は1〜5 kOhmsです。同様の速度を実現するには、同様のプルアップ抵抗が必要です。

このスキームを機能させるには、マスターのI / Oピンプルアップではなく、外部プルアップ抵抗（1〜5kΩ程度）を使用する必要があると思います。

ワイヤードバスが機能するには、バス上のノードがオープンドレインである必要があります。

• 強く引き下げることでロジックを低くし、
• バスから切断することによりロジックハイ。

さらに、バスは弱くプルアップする必要があります。

単一の非送信マスターと単一の送信スレーブで見られる特有の動作は、マスターが強くプルアップするか、スレーブが弱くプルダウンするかのどちらかで説明できます。

上記のどれが発生しているかを判別する必要があります。

スレーブを高インピーダンスモードにして、バスを10k抵抗を介してグランドに接続します。ライン電圧が大幅に変化しない場合は、マスターが強くプルアップしているため、修正する必要があります。それ以外の場合は、スレーブで同じ手順を実行します（今回は抵抗をVccに接続します）。ライン電圧が大幅に上昇する場合、スレーブは弱くプルダウンされています（修正）。それ以外の場合は、周囲の領域で時空間の歪みを探します。

バスにパッシブプルアップまたはプルダウン（プルアップを想定します）を設定し、何か言いたいことがある場合はスレーブにバスをアクティブに駆動（ハイに駆動し、ローに駆動）させることをお勧めします。 。アドレスとマスクを受け取り、アドレスとマスクが好きかどうかに基づいて、各スレーブに00を出力するか何もしない（出力をフロートに保つ）ように指示するquery-addressコマンドを用意します。可能であれば、スレーブがバスの駆動を開始する前に、マスターにバスをアクティブにHighに駆動させる。プルアップの強度と、マスターがバスをハイに駆動するかどうかに応じて、スレーブがバスをローにプルできるようになる前に、セットアップ段階でバス速度を制限することが必要になる場合があります。一方、セットアップが完了すると、