UART vs SPI | Diferencias y similitudes
Cuando se trabaja con sistemas embebidos, es importante comprender las diferencias entre las distintas tecnologías y protocolos que utilizan estos sistemas. UART y SPI son aspectos importantes del diseño y desarrollo de sistemas embebidos. Comprender las diferencias entre ellos te ayudará a entender mejor cómo funcionan los sistemas que los utilizan. En este artículo, explicamos qué son UART y SPI, explicamos las diferencias entre UART y SPI, explicamos algunas aplicaciones comunes que utilizan UART y SPI, y proporcionamos información para ayudarte a depurar y programar sistemas embebidos que utilicen UART o SPI.
¿Qué es UART?
UART significa Receptor Transmisor Asíncrono Universal. A alto nivel, una UART es simplemente un microchip que permite la comunicación entre un dispositivo informático (PC, sistema integrado, etc.) y otros dispositivos.
Para entender con más detalle lo que hace una UART, es útil comprender la comunicación en serie y la comunicación en paralelo. Aquí daremos un curso intensivo sobre estos dos temas.
La comunicación serie consiste en enviar datos, en términos sencillos, un bit cada vez a través de un bus de comunicación específico. Aunque RS-232 (ten en cuenta que a menudo se utiliza UART para RS-232) y RS-485 son los dos protocolos que asociamos más comúnmente con el término "comunicación serie", muchas otras tecnologías modernas como USB (Bus Serie Universal) y SATA (ATA Serie) y Firewire / IEEE 1394 también son protocolos serie. Una de las ventajas de la comunicación en serie es que los datos se pueden transmitir a frecuencias más altas, lo que aumenta la cantidad de datos que se pueden enviar, aunque se envían menos datos a la vez en comparación con la comunicación paralela.
La comunicación paralela, en cambio, envía varios bits de datos simultáneamente a través de un bus de comunicación determinado. Por ejemplo, un medio de comunicación paralelo de 32 bits, como un PCI (Peripheral Component Interconnect) convencional, enviaría 32 bits de datos por ciclo de reloj. Aunque cabría pensar que esto daría a la comunicación paralela importantes ventajas de velocidad sobre la serie, en la práctica la comunicación serie es más rápida porque puede acomodar más ciclos de reloj por segundo (por ejemplo, velocidades de GHz).
De todas formas, ¿qué tiene que ver exactamente esto con la UART? Los chips UART simples se utilizan para convertir los datos serie entrantes en datos paralelos, de modo que el sistema pueda leer los datos paralelos salientes y, a la inversa, convertirlos en datos serie antes de pasarlos a otros sistemas. En otras palabras, una UART permite que un sistema actúe como un dispositivo DTE (Equipo Terminal de Datos).
Antes de pasar a SPI, veamos brevemente otros detalles importantes sobre la comunicación UART:
- La UART utiliza 2 hilos: 1 para transmitir (o Tx) y otro para recibir (o Rx).
- La comunicación UART es asíncrona, es decir, no está sincronizada con un reloj
- La UART tiene una distancia máxima de comunicación de 15 metros
- La UART utiliza registros de desplazamiento para convertir la comunicación serie en comunicación paralela
- La UART se utiliza habitualmente como "puerto serie" en ordenadores o microcontroladores
- La UART admite la comunicación full duplex
¿Qué es SPI?
SPI (Interfaz Periférica Serie) es un protocolo de comunicación serie desarrollado originalmente por Motorola que permite la comunicación entre casi cualquier dispositivo electrónico que admita flujos serie sincronizados. SPI utiliza un método de comunicación maestro-esclavo que permite un rápido flujo de datos.
A diferencia de utilizar sólo dos hilos, SPI debe utilizar al menos 4 hilos. Como una implementación SPI puede contener varios dispositivos esclavos, el número real de hilos o trazas utilizados es n + 3, donde n es el número de dispositivos esclavos utilizados.
Algunos detalles importantes adicionales sobre SPI antes de continuar:
- SPI es síncrono
- SPI es un protocolo sencillo con poca sobrecarga
- SPI admite la comunicación full duplex
- La comunicación SPI no tiene medios de confirmación o control de flujo
- SPI no ocupa mucho espacio en la placa
UARTvs SPI - Diferencias y similitudes
Aunque tanto la UART como la SPI admiten la comunicación full duplex, ambas utilizan la comunicación "serie" y ambas sólo son adecuadas para casos de uso de corto alcance, más allá de eso no hay demasiadas similitudes. ¿Cuáles son las diferencias entre UART y SPI? La respuesta es que hay muchas. Cubriremos algunas de ellas aquí.
Hardware frente a protocolo
Una de las mayores diferencias es que UART es un tipo de hardware, mientras que SPI es un protocolo. Cuando estás tratando con los matices de hacer que las cosas funcionen en un sistema embebido, esto puede ser fácil de pasar por alto. Sin embargo, UART es hardware real (un microchip) mientras que SPI es un protocolo o especificación para la comunicación.
Número de patillas
Las UART sólo utilizan dos patillas, mientras que los dispositivos SPI necesitan al menos 4. Al diseñar un sistema, esto significa que SPI puede no ser una solución atractiva si los pines / trazas son escasos.
Número de dispositivos que se pueden conectar
Como consecuencia del número de patillas, las UART y los dispositivos SPI admiten un número diferente de dispositivos. La UART, que sólo utiliza Tx y Rx para la comunicación saliente, está efectivamente limitada a la comunicación 1: 1. SPI, por otro lado, puede utilizar su paradigma maestro / esclavo para permitir demasiadas comunicaciones.
Velocidad de comunicación
SPI es significativamente más rápido que UART. En algunos casos, una solución SPI puede ser tres veces más rápida que una solución UART.
Precio
En cualquier esfuerzo técnico, el coste de una solución concreta es un factor importante a la hora de elegir. En general, SPI es más barato que UART.
Asíncrono vs Síncrono
Como puedes ver en las descripciones anteriores, otra diferencia clave al comparar UART y SPI es que la comunicación UART es asíncrona, mientras que SPI es síncrona.
Tamaño
En general, los dispositivos SPI ocupan relativamente menos espacio que los chips UART. Esto significa que los casos de uso con espacio limitado en la placa pueden estar mejor servidos por SPI
| Tecnología | Tipo de transferencia | Número de hilos/pines | Velocidad de transmisión @Distancia | Coste | Escalabilidad | Casos de uso |
| UART | Asíncrono | 2 | 20 kbps a 15 m | Moderadamente caro | Pobre (punto a punto) | Pantallas de diagnóstico |
| SPI | Sincrónico | 4+ | 250 Mbps a 0,1 m | Relativamente barato | Moderado | Enlaces chip a chip de alta velocidad |
UART vs SPI: ¿Qué debo usar?
No hay una respuesta única a la pregunta "UART vs SPI: ¿Qué debo usar?" Pregunta. Con la información que te hemos dado aquí, ya puedes tomar una decisión informada sobre qué solución es mejor para una aplicación concreta en la que puedas estar trabajando.
En general, se prefiere SPI en aplicaciones que requieren una comunicación más rápida entre chips, o en aplicaciones que requieren la comunicación entre varios dispositivos. Por otro lado, UART puede ser más adecuado para aplicaciones que necesitan recorrer una distancia algo mayor, como pantallas de diagnóstico u otras aplicaciones que requieren soporte RS-232.
Herramientas para depurar y desarrollar UART vs SPI
Proporcionamos soluciones para ayudarte a depurar y desarrollar sistemas embebidos. Dada la prevalencia de SPI en los sistemas embebidos, no es de extrañar que tengamos una variedad de soluciones que pueden ayudar a depurar y desarrollar sistemas que utilizan SPI.
Por ejemplo, nuestro Kit de Desarrollo SPI permite a los desarrolladores probar dispositivos de destino como dispositivo maestro, simular un dispositivo maestro, programar dispositivos flash basados en SPI y supervisar un bus SPI con una granularidad de hasta 20 nanosegundos.
Alternativamente, un analizador de protocolos Fase Total puede resultarte útil si necesitas depurar los datos que se transfieren hacia o desde una UART.
