組み込みシステムでよく使うシリアル通信インタフェースの種類と特徴を簡単に纏めておく 組み込みシステム 電気電子回路 組み込みシステムでよく使うシリアル通信インタフェース，「SPI」「I2C」「UART」について，こういうものだよ，という簡単な概要を纏めておく． システムとの通信を最適化するためのインターフェイス・ デバイス 20 種類以上のプロトコルに対応したトランシーバ、SerDes、シグナル・コンディショナを検索 全二重通信(Full Duplex) 2つの装置が同時に送信を行う方式 例) 電話での通話 ・送信用と受信用に別の通信チャネルを用意 ・同時に双方からデータの送信(TX)と受信(RX)が可能 ・100Mbpsの回線容量なら、送信と受信ともに100Mbps RS-232C・RS-422A・RS-485は、EIA（Electronic Industries Association：米国電子工業会）の通信規格です。中でもRS-232Cは、通信規格の中でも用途を問わず多く普及し、パソコンにも標準で搭載されおり、モデムやマウスの接続によく利用されています。センサやアクチュエータの中にも、これらのインターフェイスを持ち、通信により制御可能なものもが多く存在します。 ただし、並行して走っている配線間でクロストークが生じ、各配線経路の差によりスキューが発生することがあり、一般にシリアル伝送よりも配線長の上限は短くなります。伝送路上を一度に1ビットずつ、逐次的にデータを送る通信方式伝送距離が長くなったり、伝送路の電気的特性が悪い場合はシリアルリンクの方がパラレルリンクよりも高クロック化が容易で、高データ転送レートを実現できます。シングル・エンド(不平衝)伝送は単一の信号ライン上で行われ、その出力はGNDに対しての電位差で判断されます。差動(平衡)伝送では、チャンネルごとに1対の信号線が必要2つの装置の送信が同時に行われない方式2つの装置が同時に送信を行う方式今回はセミナの一部を抜粋して紹介しました。実際のセミナでは、 インターフェイスの基礎とインターフェイス製品を理解し、選ぶためのチェックポイントもより詳しく紹介しています。 Copyright © 2002-2020 MARUBUN CORPORATION All Rights Reserved. 性能面は、一般にビット数が倍になれば転送レートも倍になります。 英語の「なぜいろいろな種類のインターフェイスが存在するのでしょうか？制御信号と画像データでは、送りたいデータ量が異なるので、シリアル伝送するとなると伝送スピードは異なります。データ量も多くなくスピードも必要ない制御信号と上記のような4K UHDを同じDriver、Receiver、Channelでは伝送できません。Master DeviceとSlave Device間の同一基板内通信の場合とコネクタを介して基板間を通信する場合とコネクタ、ケーブルを介した装置間通信の場合とで、同じDriver、Receiverで伝送できるわけではありません。ケーブルはどんなケーブルでも大丈夫ではありません。最適な方式、種類を選択しなければなりません。MasterとSlaveが1対1で通信する場合と、Master 1、Slave複数で通信する場合と、Master複数、Slave複数で通信する場合とで、最適な形態を選択します。その他、考慮すべきポイントとして「環境」「システムコスト」についても考えます。0と1の2値を伝送したいだけなのに何か難しい事があるのか？伝送線路の特性が不連続な箇所では、エネルギーが反射するという現象が起きます。この反射現象に関しては、特性インピーダンスが重要な意味を持ちます。伝送レートの1/2が基本波の最大周波数ですが、少なくとも5倍以上の周波数特性を有するケーブル・配線でないと高周波成分が減衰します。データレートと距離（とコスト）によって使用する適切な規格が異なります。複数のデータ信号を同時並列的にそれぞれの通信リンクで送る通信方式 コンピュータ内部のデータ伝送、コンピュータと周辺機器のデータ伝送、コンピュータ間の通信など、用途に合わせて様々なインターフェースが存在する。例としてUSB、SATA、IEEE 1394、PCI Express、HDMIなどの規格、およびこれらのコネクタなどが挙げられる。 用語例：USB，RS-232C，IEEE 1394，SCSI，HDMI，PC カード，シリアルATA， Bluetooth，ZigBee，IrDA，NFC，FC（ファイバチャネル）、アナログ，ディジタル，スター接続，カスケード接続，ハブ，デイジーチェーン接続，ターミネータ，ツリー接続入出力インタフェースとは、コンピュータに周辺機器を接続するためのコネクタやケーブルの形状、伝送に用いる通信規格などを指します。インタフェースは、コンピュータ本体と周辺装置との通信を整える働きをする部分で、データの転送方式には、シリアル方式のインタフェースと、パラレル方式のインタフェースとがあります。1本の信号線を使って1ビットずつ順番にデータを転送する方式です。一度に転送するデータの量は少ないですが、ケーブルやコネクタの構造を単純化出来るので、高い動作周波数での転送速度を上げることが出来ます。例：USB、LANケーブル、シリアルATA複数の信号線を束ねたケーブルで、複数のビットを同時に転送する方式です。一度に転送するデータが多いので、動作周波数が低くてもデータを転送できます。しかし、シリアルインタフェースに比べ仕組みが複雑になること、ケーブルが太く、伝送距離が短いなどの短所もあります。例：SCSIケーブル、IDE、パラレルケーブルデータ通信の速度は「ビット／秒」（bps：bits per second）を単位として表します。「ビット／秒」は1秒間に転送できるデータ量をビット単位で表したものです。1bpsは、1秒間に1ビットのデータを送ることが出来る速さです。USBはコンピュータ用の入出力インタフェースとして広く使われている規格です。現在主流であるUSB2.0規格は最高480Mbpsの高速通信が可能です。USB2.0には3つの転送モードがあり、高速性の求められる外付けハードディスクなどには、480Mbpsのハイスピードモード、プリンタやスキャナなどには12Mbpsのフルスピードモード、低速なキーボードやマウスなどには1.5Mbpsのロースピードモードが使用されています。なお、最近では、転送速度が5Gbpsとさらに高速なUSB3.0という規格も登場し、外付けハードディスクなど対応商品も出てきています。USBが広く使われるのは、プラグ・アンド・プレイやホットプラグインに対応するインタフェースであることも理由の一つです。また、USBケーブルを介して周辺機器の電源がコンピュータ側から供給される「バスパワー」にも対応するため、消費電力の小さい機器なら、電源ケーブルを使わずにコンピュータからUSB経由で電源供給を受けて稼働できます。USBハブを用いると、一つのUSBポートにコンピュータやハブを含めて最大127台までの機器を階層的なツリー型に接続できます。コンピュータと周辺機器、USBケーブル、USBハブのうち、USB1.1のみに対応する機器が一つでもあれば、USB1.1の最高速度である12Mbpsでしか通信できなくなるため、USB接続する機器の選定には注意が必要です。IEEE1394は転送速度が100Mbps以上という高速なシリアルインタフェースで、主にデジタルビデオカメラなどで採用されています。「FireWire」や「i.Link」という名称で商標登録しているメーカーもあります。最大63台の機器をデイジーチェーン接続（数珠つなぎ）でき、周辺装置同士を直結することもできます。コンピュータに使われる入出力インタフェースには、次のようなものがあります。 シリアルインターフェイスには様々な規格（種類）が存在しています。 モールス符号; RS-232C; USB(Universal Serial Bus) IEEE1394; イーサネット; シリアルATA; PCI Express; SDH （光ファイバーを使った高速通信） 最も広く使われてきたシリアルインターフェイスがRS-232Cと言えます。 最大4Mbpsの通信速度があるが、通信距離が1m程度と短く、機器を向き合わせる必要がある。 PDAとコンピュータ間や携帯電話同士のデータ交換などに使われる。 Bluetooth: 電波: 2.4GHz帯の電波を利用する無線通信インタフェース。 インターフェイス製品をはじめて使う、ご検討いただくお客様を対象として、インターフェイスの基礎についてわかりやすく説明しております。 パソコンや周辺機器など機能や形状が異なるハードウェアは、インターフェースを通じて通信できるようになります。 パソコンや周辺機器のインターフェースには、usbが最もよく使われています。