【Linux驱动】驱动设计硬件基础----串口、I2C、SPI、以太网接口、PCIE

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1.前言

常见的外设接口与总线的工作方式，包括串口、I2C、SPI、USB、以太网接口、PCI和PCI-E、SD和SDIO等。

2.串口

RS-232、RS-422与RS-485都是串行数据接口标准，最初都是由电子工业协会（EIA）制订并发布的。
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3.I2C

I2C（内置集成电路）总线是由Philips公司开发的两线式串行总线，组成I2C总线的两个信号为数据线SDA和时钟SCL。为了避免总线信号的混乱，要求各设备连接到总线的输出端必须是开漏输出或集电极开路输出的结构。总线空闲时，上拉电阻使SDA和SCL线都保持高电平。
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4.SPI

SPI（Serial Peripheral Interface，串行外设接口）总线系统是一种同步串行外设接口，它可以使CPU与各种外围设备以串行方式进行通信以交换信息。一般主控SoC作为SPI的“主”，而外设作为SPI的“从”。
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5.以太网

以太网接口由MAC（以太网媒体接入控制器）和PHY（物理接口收发器）组成。以太网MAC由IEEE 802.3以太网标准定义，实现了数据链路层。千兆位以太网以IEEE 802.3z和802.3ab发布，作为IEEE 802.3标准的补充。
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MAC和PHY之间采用MII（媒体独立接口）连接，包括1个数据接口与MAC和PHY之间的1个管理接口。数据接口包括分别用于发送和接收的两条独立信道，每条信道都有自己的数据、时钟和控制信号，MII数据接口总共需要16个信号。MII管理接口包含两个信号，一个是时钟信号，另一个是数据信号。通过管理接口，上层能监视和控制PHY。

6.PCIE

PCI（外围部件互连）是由Intel于1991年推出的一种局部总线，作为一种通用的总线接口标准。系统的各个部分通过PCI总线和PCI-PCI桥连接在一起。CPU和RAM通过PCI桥连接到PCI总线0（即主PCI总线），而具有PCI接口的显卡则可以直接连接到主PCI总线上。PCI-PCI桥是一个特殊的PCI设备，它负责将PCI总线0和PCI总线1（即从PCI主线）连接在一起，通常PCI总线1称为PCI-PCI桥的下游（Downstream），而PCI总线0则称为PCI-PCI桥的上游（Upstream）。
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7.CPLD

CPLD（复杂可编程逻辑器件）由完全可编程的与或门阵列以及宏单元构成。CPLD中的基本逻辑单元是宏单元，宏单元由一些“与或”阵列加上触发器构成，其中“与或”阵列完成组合逻辑功能，触发器完成时序逻辑功能。典型的CPLD的单个宏单元结构如下：
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宏单元的输出会经I/O控制块送至I/O引脚，I/O控制块控制每一个I/O引脚的工作模式，决定其为输入、输出还是双向引脚，并决定其三态输出的使能端控制。