USB、UART、SPI等总线速率

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原创最新推荐文章于 2026-06-21 13:10:56 发布 3k 阅读 AI 写同款· GEO 优化 ›

SPI硬件设计、协议、速率全解析 SPI硬件电路 SPI（Serial Peripheral Interface）是一种嵌入式产品常用的板级高速、全双工通信总线。它采用1主多从的方式进行通信。整个通信的物理层通常需要(3+N)根线。 3指的是：SCK、MOSI、MISO N指的是片选线：片选线的数量取决于具体的从机数量及从机配置模式； 1从机时：只需要1根片选多从机时：如果支持菊花链模式，也仅需要1根片选；如果不支持菊花链，则每个从机都需要独立的片选。 S\S\ : Slave Select SCK : Serial Cl 阅读详情

USB总线

USB1.1：
——-低速模式(low speed)：1.5Mbps
——-全速模式(full speed)： 12Mbps
USB2.0：向下兼容。增加了高速模式，最大速率480Mbps。
——-高速模式(high speed)： 25~480Mbps
USB3.0：向下兼容。
——-super speed ：理论上最高达4.8Gbps，实际中，也就是high speed 的10倍左右。

UART

RS232：传输速率一般不超过20Kbps，速率低，抗干扰能力差，RS-232C能传输的最大距离不超过15m（50英尺）。

RS422：定义了一种平衡通信接口，将传输速率提高到10Mbps，传输距离延长到4000英尺（速率低于100Kbps时），并允许在一条平衡总线上连接最多10个接收器。RS-422是一种单机发送、多机接收的单向、平衡传输规范，被命名为TIA/EIA-422-A标准。

RS485：增加了多点、双向通信能力，即允许多个发送器连接到同一条总线上，同时增加了发送器的驱动能力和冲突保护特性，扩展了总线共模范围，后命名为TIA/EIA-485-A标准。最高传输速率10Mbps，抗干扰能力强，可以传距离1.5km。

平衡双绞线的长度与传输速率成反比，在100Kbps速率以下，才可能使用规定最长的电缆长度。只有在很短的距离下才能获得最高速率传输。一般100米长双绞线最大传输速率仅为1Mbps。

SPI总线

全双工通信，传输速率可达几Mbps水平，比I2C快。

I2C总线

半双工，只有2根线。数据线和时钟线。
——–标准速度：100kbps
——–快速模式：400kbps
——–高速模式：3.4Mbps

Ethernet

也就是通常的网速。

——–早期的以太网传输速率只有10Mbps。
——–百兆网：理论上最大100Mbps。
——–千兆网：理论上最大1Gbps。

SD总线

最高能达10Mbps。

SATA接口

——–SATA1.0：理论传输速度是150MB/s（或者1.5Gb/s），实际也就30MBps。
——–SATA2.0： 300MBps，即3Gbps。实际也就80MBps。
——–SATA3.0： 600MBps，即6Gbps。
——–eSATA：理论传输速度可达到1.5Gbps或3Gbps。

PCI总线

——–PCI：32位，33MHz时钟频率，速率是33*4 = 133MBps，即1Gbps。
——– PCI 2.1：64位，66MHz时钟频率来说：速率是66*8 = 528MBps，即4Gbps。

PCI-e

PCI Express 总线频率 2500 MHz，这是在 100 MHz 的基准频率通过锁相环振荡器(Phase Lock Loop，PLL)达到的。
串行总线带宽(MB/s) = 串行总线时钟频率(MHz) * 串行总线位宽(bit/8 = B) * 串行总线管线 * 编码方式 * 每时钟传输几组数据(cycle)
——PCI Express x1 总线位宽是 1位，总线频率 2500 MHz，串行总线管线是 1 条，每时钟传输 2组数据，编码方式为 8b/10b，它的带宽为 476.84 MB/s，即 3814.7 Mbps。（带宽是 PCI 的 3.75 倍。）
公式是 2500000000(Hz) * 1/8(bit) * 1(条管线) * 8/10(bit) * 2(每时钟传输2组数据) = 500000000 B/s = 476.8371582 MB/s，即 3814.6972656 Mbps。
下面给出其它类型组合的带宽。
——PCI Express x2 的带宽为 953.68 MB/s，即 7629.4 Mbps。（此模式仅用于主板内部接口而非插槽模式）
——PCI Express x4 的带宽为 1907.36 MB/s，即 15258.9 Mbps。
——PCI Express x8 的带宽为 3814.72 MB/s，即 30517.8 Mbps。
——PCI Express x16 的带宽为 7629.44 MB/s，即 61035.5 Mbps。（带宽是 AGP 8X 的 3.75 倍。）
——PCI Express x32 的带宽为 15258.88 MB/s，即 122071 Mbps。

XGMII/XLGMII/CGMII

在以太网标准中，MAC层与PHY层之间的10Gbps/40Gbps/100Gbps速率等级所对应的接口分别为XGMII/XLGMII/CGMII，由于XGMII/XLGMII是并行总线，而且采用的是单端信号，HSTL电平，最大传输距离只有7cm。所以在实际应用中，XGMII/XLGMII基本上被XAUI/XLAUI替代。XAUI/XLAUI是四通道串行总线，采用的差分信号，CML逻辑传输，并且进行了扰码，大大增强了信号的抗扰性能，使得信号的有效传输距离增加到50cm。
XAUI/XLAUI在物理结构上是一样的，收发通道独立，各四对差分信号线。对于XAUI总线，每对差分线上的数据速率为3.125Gbps，总数据带宽为12.5Gbps，有效带宽为12.5Gbps*0.8=10Gbps （因为XAUI总线数据在传输前进行了8B/10B变换，编码效率为80%）。

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