I2C多主机冲突的协议优化-2019年文档.docVIP

I2C多主机冲突的协议优化-2019年文档 I2C多主机冲突的协议优化-2019年文档 PAGE I2C多主机冲突的协议优化-2019年文档 I2C多主机冲突的协议优化 　　I2C总线是由PHILIPS公司开发的两线式串行总线，是微电子通信控制领域广泛采用的一种总线标准，具有接口线少，控制方式简单，器件封装形式小，通信速率较高等优点。如果在系统中同时存在2个或2个以上的主器件节点企图控制总线，则形成总线冲突状态，原协议中引入了总线仲裁机制避免了冲突状态时信息的丢失，为了更好地、高效地解决此问题，现对协议做一些优化。以下是两种优化方案。 　　1 CSMA/CD 　　 协议内容 　　如果器件侦听到时钟总线空闲（即在2比特时间内一直为高电平），它可以作为主机开始传输数据。如果器件侦听到时钟总线忙，它等待到侦听到时钟总线为高电平、且持续传输2比特信息的时间后，开始作为主机传输数据。 　　在传输过程中，若检测到其它数据信号出现，则立即停止传输。 　　停止传输后，器件进入指数退避算法阶段，等待一个随机时间，然后再使用CSMA方法试图传输。 　　其中的指数退避算法：若为第n次冲突，器件随机地从{0，1，2，3，…，m}中选择一个作为K值，其中m=min{10，2^（n-1）}，则器件需等待传送K*29比特的时间。 　　 分析 　　在CSMA方法中，由于传播时延的存在，使总线上两个器件没有监听到有载波信号而发送数据时，仍可能会发生冲突，使得数据被破坏，总线的利用率降低。改进的方案就是使器件在传输数据的过程中仍继续监听总线，以检测是否存在冲突，即CSMA /CD方法。 　　在载波侦听时，侦听的是时钟总线，因为当有数据发送时，时钟总线是周期性地变化，易于侦听。 　　传送1比特数据时时钟为高，中间间隔为低，因此在传送2比特数据的时间内如果时钟总线恒为高电平，则说明总线空闲。 　　采用指数退避算法的目的是使得重发的企图能够与推测出的当前负载相适应，在重负荷下，随机等待的时间将更长一些。 　　在I2C协议中，最短的数据传送是主机作为发送方向从机传送1个字节的数据，总共需要29比特，即最少要花费传送29比特数据的时间，因此把等待时间设定为它的倍数。 　　2 令牌传递方式 　　 协议内容 　　将总线上的所有器件进行编号，令牌在器件之间以固定的次序进行传递。如：可以设置为器件1总是把令牌传递给器件2，器件2总把令牌传递给器件3，以此类推，最后，器件N总把令牌传递给器件1。 　　I2C启动工作时，默认将令牌置于器件1中，持有令牌的器件才可以作为主机，其它器件只能为从机。 　　当器件收到令牌时，若它想成为主机启动时钟进行数据的收发，它才会持有令牌；否则，立即向下一个器件传递该令牌。 　　注：I2C中的令牌及其传递方式： 　　令牌可以设置为1个字节的特定数据00H，每个器件的内存的首地址是专用的，只能用来存放令牌。 　　传递令牌时，持有令牌的器件作为主机，向它指定的下一个器件发送令牌。 　　 分析 　　令牌传递方式可以完全解决总线的冲突问题，因为在系统正常运行的过程中，永远都只有一个器件可以成为主机控制总线，所以冲突问题不会产生。 　　3 比较 　　 CSMA/CD 　　（1）优点：1）它是是一种分布式控制策略。2）某个器件失效不会影响其它器件。3）易于扩充或缩减，可以方便地随意增减器件。 　　（2）缺点：访问的统计特性或不确定性。它主要由信息产生的随机性和后退延迟不固定所引起这一点是其固有缺陷。 　　重负荷下性能下降。重负荷条件下，由于冲突和重发次数的增多会出现“滚雪球”现象， 使系统性能下降。 　　 令牌传递 　　（1）优点：1）具有出色的吞吐量性能。2）与CSMA/CD技术相比，令牌总线的一个显著优点是访问具有确定性，即任一站的发送等待时间上限是可知的。3）在重负荷下，令牌总线的信道效率比CSMA/CD高得多。 　　（2）缺点：1）令牌的维护问题，器件出现故障后的启动与恢复问题使得硬件和软件增加过多的开销，整个系统结构较复杂。2）轻负荷时性能下降。在轻负荷时，令牌可出现较多的空转现象使信道效率降低。 　　4 结语 　　通过以上对CSMA/CD和令牌传递这两种方案的论述和比较可知：CSMA/CD适用于简单的、轻负荷条件下的环境中；而令牌传递更适用于高负荷，并能提供复杂软硬件支持的环境中。进一步考虑到I2C总线的设计理念，要求具有控制简单，封装小，通信速率高等优点，可以看出，上述的CSMA/CD的方法更加合适。