(2022/04/08)
最近の装置開発ではシリアル通信が多く採用されています。シリアル通信を用いることで、装置の省スペース化や低コスト化、高性能化が図れるからです。
例えば、Raspberry Pi 4搭載のシリアル通信は
I2S、SPI、UART、Ethernet、HDMI、USB、MIPI DSI,MIPI CSI、
などを搭載しています。ハード的にはそろっているので、あとはソフト（プログラム）をコーディングするのみです。
シリアル通信の種類や違いをご紹介します。
■シリアル通信とは
CPU間やCPUと周辺部品との通信方式にはシリアル通信とパラレル通信とがあります。シリアル通信とパラレル通信の違いは1クロックで送るデータ量です。シリアル通信は一本の信号線を使ってデータを順番に送信します。そのため、シリアル通信は1クロック当たり1ビットしか送信できません。パラレル通信は複数の信号線を使ってデータを同時に複数ビットを送信します。そのため、パラレル通信は1クロック当たり複数ビットが送信できます。
1クロックで複数のビットを同時に送信できるパラレル通信のほうが、シリアル通信よりも高速になり、通信速度（ボーレート）が高くなります。(注：ボーレートはデジタルデータを単位時間内に何回変調されるかを示します。)
しかし、パラレル通信も通信速度を上げようとクロック周波数を上げたり、ケーブル長が長くなると、クロックズレが発生し、問題があります。これを解決したのがUSBやPCIeなどの高速シリアル通信です。
■種類や違い
シリアル通信の種類は大きく、クロック線が別線であるか、クロック線がなくクロック情報がデータに重畳されているかで別れます。
クロック線が別線であるシリアル通信はI2C,JTAG、UARTなどがあります。
クロック線がなくクロック情報がデータに重畳されているシリアル通信はUSB,PCIeなどがあります。高速シリアル通信といわれることもあります。
この高速シリアル通信はクロック・データ・リカバリ (Clock Data Recovery、CDR)機能を持ち、高速性に優れています。さらに、世界標準規格として策定されており仕様も明確です。
■ネットワーク構築の考え方
ネットワークの構成の種類としては
バス型トポロジー
リング型トポロジー
スター型トポロジー
ツリー型トポロジー
フルメッシュ型トポロジー
パーシャルメッシュ型トポロジー
があります。
シリアル通信は主に一対一接続が多いですが、バス型トポロジーやツリー型トポロジーをとることもあります。
Ethernetはより複雑なリング型トポロジー、スター型トポロジー、フルメッシュ型トポロジー、 パーシャルメッシュ型トポロジーを取ることができます。
■まとめ
シリアル通信の種類や違いをご紹介しました。最近ではシリアル通信の速度も高速化されており、どんどん広帯域化されています。用途もいろいろです。ＣＰＵも多くの種類のシリアル通信に対応してきています。
以上
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