文·贝鱼

头条号·贝鱼说

全文脉络

1.上位机、下位机、主机、从机的关系

2.常用通信接口说明(包括串口、GPIB接口、以太网接口、USB接口四类)

通信接口，百度百科给出的定义是指中央处理器和标准通信子系统之间的接口，中央处理器和标准通信子系统这样的概念可能会显书面一点。但是换用嵌入式中的概念——上位机和下位机则会变得容易理解。

01 上位机、下位机、主机、从机的关系

通常发送操作控制命令的计算机我们称为上位机，而直接控制设备获取设备状况的计算机称为下位机。在下位机中，发送控制和命令的设备称为主机，接受命令的设备称为从机。

上位机-下位机、主机-从机关系图

正如上图给出了上位机、下位机、主机和从机之间的关系，其中上位机和下位机中必须要包括一个计算机(单片机也是一个微型的计算机)，而主机需要发送命令也是一块计算机，从机是接受命令，并对其它主从设备进行应答。因此可以不含有计算机设备。

比如通过PC给一款单片机芯片编程，控制一个射频芯片产生射频信号。这里面上位机是PC，下位机是单片机及其外围电路的组合，包括射频芯片，也可以说前者是主机，后者是从机。当实际应用中是不包括PC的，这个时候，主机是单片机，从机则是射频芯片部分。

02 常用通信接口说明

在理解了上位机、下位机、主机和从机的概念之后，就可以引出通信接口了，一般主机和从机之间通信的时候，是通过通信接口加上相应的传输介质来实现的，我们先来看一些常用的通信物理接口。

串口(左9针孔，右25针孔)

串口(UART)，也称串行接口，通常指COM口(见计算机中硬件设备-端口)。是指数据一位接一位地串行传输，其通信方式有单工(单向)、半双工(非同时双向传输)和全双工三种(同时双向传输)，通信距离几米至几千米，适合于远距离通信，传输速度慢。UART包含TTL电平的串口和RS232电平的串口。 TTL电平是3.3V的，而RS232是负逻辑电平，它定义+5~+12V为低电平，而-12~-5V为高电平。三种常见串口协议的比较如下图：

串口协议比较

GPIB(通用接口总线)接口。一个GPIB标准接口总线系统中，有效的通信联络需要三种类型的设备一起工作，分别为听者、讲者和控者。讲者也即发送设备消息的装置，但在一个时刻只能有一个讲者；听者是接受讲者发送的设备消息，在同一时刻可以有多个听者；控者是控制设备之间通信的装置，通常有主机担任，但在同一时刻只能有一个控者。相比于串口，GPIB接口的传输速率和带设备能力有了提升，但目前已被性能更加优良的LAN(局域网)接口取代。

GPIB接口

以太网接口

以太网是目前应用最广泛的局域网通信方式，也是一种通信协议，因此以太网接口是网络数据传输的接口。上文提到的LAN接口应用的网络LAN(局域网)包括以太网。基于以太网通信方式的的接口的简单描述如下框图：

以太网接口图示

以太网传输介质标准

USB接口也称通用串行总线(Universal Serial Bus)接口，常用于PC与外部设备的连接与通信。USB每一代有相应的版本号，比如USB１.０、USB１.１、USB２.０等等，而每一代又有不同的接口型号，比如：USB Type A/B/C/Mini/Micro，但是并不是每一代都会有这些所有的接口型号。不同版本之间传输性能的对比，我们发现随着版本号的提升，USB接口的最大传输速率和最大输出电流也有了增加。

USB接口-1

USB接口-2

USB接口-3

历代USB传输性能对比

本文对比了日常生活中我们常见的接口型号。同样的，不同的接口会对应不同的传输协议，也即传输方式，这些传输协议对应的物理尺寸很大。另外，还有应用于芯片级的通信传输协议。在工程应用中一个设备可能需要外接电源线等功能，为了设备集成化，我们可能会在设备外侧装配一个DB９接口供外界供电，此时并没有采用串口协议。这就是接口所提供的便利之处，一来实现通信，数据传输；二来实现设备的功能集成化。