Les liaisons SPI et I2C

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1 DAMÉCOURT BENJAMIN AVRIL 28 Liaisons synchrones Les liaisons SPI et I2C Face arrière d un imac : trois ports USB, un port Firewire 4 et un port Firewire 8 CHRONOLOGIE ANNÉES 7 La liaison SPI et la création du principe maître et esclave DÉBUT 8 La liaison I2C, développée par Phillips MILIEU 9 Liaison USB, qui remplace certains ports lents 1995 Liaison Firewire 4, qui a pour but de remplacer à terme l USB La liaison SPI est un bus de données série synchrone créé par Motorola. SPI sont les initiales de Serial Periferical Interface. Les circuits communiquent entre eux selon le schéma maitre-esclaves, où le maître s occupe totalement de la communication. Plusieurs esclaves peuvent être sur un même bus, imposant un système de sélection du destinataire appelé chip select. Le bus SPI contient quatre signaux logiques : SCLK : horloge générée par le maître MOSI : Master Output, Slave Input (généré par le maître) MISO : Master Input, Slave Output (généré par l esclave) SS : Slave Select, actif à l état bas (généré par le maître) D autres notations peuvent être présentes, tels que SDI (Serial Data In) et SDO (Serial Data Out), qui sont propres à chaque composant (le SDO du maître doit être relié au SDI de l esclave et inversement). Une transmission SPI typique est une communication simultanée entre un maître et un esclave. Ainsi, le maître génère l horloge et sélectionne le composant avec lequel il souhaite communiquer, et l esclave sélectionné réponds aux requêtes du maître. A chaque coup d horloge, le maître et l esclave s échange un bit : après huit coups d horloge, un octet complet a donc été transmis. La vitesse de l horloge est réglée selon des caractéristiques propres aux périphériques. 2 Evolution de l USB vers un USB2. MAI 22 Evolution du Firewire vers un Firewire 8 Un montage simple entre un maître et un unique esclave : le signal MOSI va du maître à l esclave, et la réponse de l esclave se fait par le signal MISO A VENIR Evolution du Firewire vers un Firewire 32 Evolution de l USB vers un USB3 Un montage avec le maître et trois esclaves : on voit que chaque esclave doit être relié indépendamment au maître pour assurer la sélection chip select 1/5 Liaisons synchrones

2 DAMÉCOURT BENJAMIN AVRIL 28 Liaison I2C I2C est le nom du bus développé par Philips pour les applications d o m o t i q u e s e t d é l e c t r o n i q u e domestique au début des années 198. I2C signifie Inter Integrated Circuit Bus. A son origine, ce bus a été créé pour minimiser les liaisons entre les circuits intégrés numériques des produits de son fabriquant (téléviseurs, magnétoscopes, éléments HiFi). Depuis, de nombreux fabricants l intègrent dans leurs appareils. C e b u s e s t m ê m e d e v e n u implantable par logiciel dans n importe quel micro-contrôleur qui le nécessite. L I2C est un bus série qui contient trois fils : SDA : données SCL : horloge GND : référence On trouve parfois ce bus sous le nom TWI, pour Two Wire Interface, la référence n étant pas réellement considérée comme un signal. Ce bus est utilisé pour faire circuler des quantités de données modérées. Ces caractéristiques sont les suivantes : adressage des circuits sur 7 bits vitesse plafonnée à 1 kb/s L I2C a aussi l avantage d être compatible avec le CBUS, son prédécesseur. Face à l explosion du nombre de circuits disponibles utilisant l I2C, Philips publie les nouvelles spécifications de l I2C : adressage étendu sur 1 bits vitesse montée à 4kb/s La compatibilité avec le premier I2C est totale, mais la compatibilité avec le CBUS est abandonnée, ce bus ayant quasiment disparu. En 1998, la vitesse du bus passe à 3,4Mb/s, tout en restant compatible avec les anciennes versions. Sur le bus I2C, il y a toujours un maître qui prend le contrôle du bus, mais chaque composant peut être maître du bus si celui-ci n est pas déjà géré par un maître. Un composant décide de prendre le contrôle du bus et en devient le maître. Après avoir envoyé un octet et reçu une réponse lui indiquant qu il pouvait commencer à utiliser le bus, il transmet l adresse du composant avec lequel il veut échanger des données. Il précise son intention de lire ou d écrire une donnée, puis il effectue le transfert. Une fois l opération terminée, le bus redevient libre et un autre composant peut en devenir le maître. Protocole I2C en détail : 2/5 Liaisons synchrones

3 DAMÉCOURT BENJAMIN AVRIL 28 L USB CHRONOLOGIE : Milieu 9 : USB : USB : imac est le premier ordinateur utilisant l USB comme port principal pour ses périphériques 2 : USB : première clé USB 28 : USB 3. USB sont les initiales de Universal Serial Bus. I l e s t a u j o u r d h u i l e b u s informatique le plus utilisé pour connecter différents périphériques et est présent sous tous les ordinateurs modernes. Il a pour but de remplacer certains ports lents, tels que les ports séries et parallèles. Son innovation principale vient du fait qu il possède une alimentation intégrée et permet donc d alimenter les périphériques qu il relit (dans des proportions raisonnables). USB 1.1 : Low Speed : 1,5Mb/s Full Speed : 12Mb/s USB 2. : High Speed : 48Mb/s Compatible Full Speed 12Mb/s USB 3. : Super Speed : 4,8Gb/s Compatible Hight Speed et Full Speed 15, 11,25 7,5 3, USB 1. et Low 1.1 Full USB 2. Ce bus peut supporter jusqu à 127 périphériques sur un même bus et il s u p p o r t e l e s b r a n c h e m e n t s e t d é b r a n chements à chaud, s a n s redémarrer la machine Full 2. High USB Full 2. High 3. Super 3/5 Liaisons synchrones

4 DAMÉCOURT BENJAMIN AVRIL 28 LE FIREWIRE CHRONOLOGIE 1995 : Firewire 4 22 : Firewire 8 28 : Firewire 32 Firewire est le nom commercial donné par Apple à l interface série IEEE La société Sonny le nomme ilink, la société Texax Instrument utilise le terme Lynx. Inventé par Apple au début des années 199, ce bus a été normalisé en Il permet de raccorder jusqu à 63 bus par l intermédiaire de passerelles et fournit, comme l USB, l alimentation des périphériques. Il supporte lui aussi les branchements et débranchement à chaud. La grosse différence est que le Firewire utilise la technologie point à point, contrairement aux liaisons classiques en maître esclave. Quand un périphérique est débranché, ou à l allumage, il y a un bus reset qui est envoyé à tous les périphériques présents sur le bus. A ce moment, chaque périphérique reçoit un numéro d'identification, et celui qui hérite du plus grand numéro est nommé root, ou chef du bus. C est lui qui est chargé de marquer le début des cycles qui cadencent le mouvement des données dans le bus. Chaque périphérique peut être root, contrairement à l USB, où ce rôle est assuré par l ordinateur auquel sont reliés les périphériques. Firewire 4 : 4Mb/s Firewire 8 : 8Mb/s Firewire 32 : 3,2Gb/s Firewire Firewire 4 Firewire 8 Firewire 32 Le port Firewire est fréquemment utilisé pour relier des périphériques à gros débit de données, tel que les disques durs ou les caméras vidéos. Mais il est aussi utilisé pour relier deux machines entre elles. 4/5 Liaisons synchrones

5 DAMÉCOURT BENJAMIN AVRIL 28? Firewire ou USB? L USB est le port le plus courant, et le plus universel. Il se trouve sur chaque ordinateur et est universel. Le Firewire est idéal pour transférer de gros fichiers. Il est principalement utilisé dans les domaines multimédias. Aujourd hui, les débits de ces ports sont les suivants : USB 1.1 : 12Mb/s Firewire 4 : 4Mb/s USB 2. : 48Mb/s Firewire 8 : 8Mb/s 8 6 Comparaison des ports actuels Il s agit là de débits théoriques, or, le bus USB est beaucoup moins stable que le Firewire. L USB a un débit réel moyen correspondant à 6% de son débit théorique, alors que le débit réel du Firewire se place à 8% de son débit théorique. Dans les mois à venir devraient sortir : USB 3. : 4,8Gb/s Firewire 32 : 3,2Gb/s Leurs débits réels, si ils correspondent aux proportions actuelles, seront donc de 2,88Gb/s pour l USB 3. et de 2,56Gb/s pour le Firewire 32. Si l USB semble arriver en tête, ces deux futurs ports auront des vitesses à peu près équivalentes. 4 2 USB 1.1 Firewire 4 USB 2. Firewire 8 5 Comparaison des ports à venir USB 1.1 Firewire 4 USB 2. Firewire 8 Firewire 32 USB 3. 5/5 Liaisons synchrones

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