一、通訊協(xié)議

熟悉至少一種通訊協(xié)議及應用方法，UART、SPI、CAN、Modbus、CANopen、 Profibus、 Profinet、 EtherCAT;

熟悉中斷機制，I/0控制和常見外設 (UART、SPI、IIC、USB、SD/MMC等) ;

(一) UART通信協(xié)議

UART(通用異步收發(fā)器)，這是用于全雙工串行通信的最常見協(xié)議。它是設計用于執(zhí)行異步通信的單個LSI(大規(guī)模集成)芯片。該設備將數(shù)據(jù)從一個系統(tǒng)發(fā)送到另一系統(tǒng)。

1. 什么是UART通信協(xié)議?

UART是異步，全雙工串口總線。它比同步串口復雜很多。有兩根線，一根TXD用于發(fā)送，一根RXD用于接收。UART的串行數(shù)據(jù)傳輸不需要使用時鐘信號來同步傳輸，而是依賴于發(fā)送設備和接收設備之間預定義的配置。

UART全稱是通用異步收發(fā)傳輸器(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)，它通常稱作UART，是一種異步收發(fā)傳輸器, 是設備間進行異步通信的關鍵模塊。UART負責處理數(shù)據(jù)總線和串行口之間的串/并、并/串轉換，并規(guī)定了幀格式;通信雙方只要采用相同的幀格式和波特率，就能在未共享時鐘信號的情況下，僅用兩根信號線(RX 和TX)就可以完成通信過程，因此也稱為異步串行通信。

UART它可以實現(xiàn)全雙工傳輸和接收。我們現(xiàn)在可以大概了解什么是UART協(xié)議了，那我們下面就應該來詳細了解一下它，在這個之前我們先了解一下通信方式的分類，它們是怎樣分類的。

什么是通信協(xié)議

通信協(xié)議是指雙方實體完成通信或服務所必需遵循的規(guī)則和約定。協(xié)議可以理解成，是數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)內的共同語言，讓雙方實現(xiàn)信息交換和資源共享。

通信協(xié)議定義了發(fā)送方將要發(fā)送的信息按照一定的協(xié)議封裝成指定格式的數(shù)據(jù)包，轉換成比特流形式在網(wǎng)絡上傳輸，接受方接收到數(shù)據(jù)包后，根據(jù)協(xié)議進行解析，從而獲取相關信息。主要由三部分組成語義、語法、時序。(參考語言系統(tǒng))

OSI參考模型

OSI參考模型與TCP/IP模型區(qū)別和聯(lián)系

OSI是一個模型，而TCP/IP是一個協(xié)議簇;

一個七層結構，一個五層結構;

TCP/IP的第三層(網(wǎng)絡層)僅支持IP協(xié)議，OSI支持所有的網(wǎng)絡層協(xié)議。

OSI引入了服務、接口、協(xié)議、分層的概念，而TCP/IP借鑒了OSI的概念。

OSI先有模型，后有協(xié)議，先有標準，后進行實踐，而TCP/IP先有協(xié)議和應用再提出了模型，且是參照的OSI模型。

封裝和解析

封裝：數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡進行傳輸，從高層一層一層的向下傳送，把數(shù)據(jù)包裝到一個特殊協(xié)議報頭中這個過程叫封裝;

解析：接收設備收到封裝后的數(shù)據(jù)刪除數(shù)據(jù)的封裝信息，并根據(jù)報頭中的封裝信息決定如何將數(shù)據(jù)沿協(xié)議棧向上傳遞，這個過程稱為解析。

數(shù)據(jù)的封裝和解析包括兩個層面：一個層面是協(xié)議內部的數(shù)據(jù)封裝和解析;另一個層面為數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡傳輸過程中的封裝和解析。

——常見物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議介紹

下面簡單描述一下概念：

HTTP協(xié)議：超文本傳輸協(xié)議，是一種用于分布式、協(xié)作式和超媒體信息系統(tǒng)的應用層協(xié)議。它是一個客戶端(用戶)和服務端(網(wǎng)站)之間請求和響應的標準，通常使用TCP協(xié)議。HTTP協(xié)議同樣可以用于物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中。不過對于很多計算和存儲資源有限的物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點，不太適合使用HTTP協(xié)議。

AMQP協(xié)議：高級消息隊列協(xié)議。協(xié)議是一個提供統(tǒng)一消息服務的應用層標準協(xié)議，是應用層協(xié)議的一個開放標準，為面向消息的中間件設計。AMQP的工作原理基于發(fā)布/訂閱機制，消息代理內部的交換機組件(Exchange)會把接收到的消息，根據(jù)消息的主題，分配到不同的隊列中，以便訂閱者接收。在物聯(lián)網(wǎng)應用中，該協(xié)議主要適用于移動手持設備與后臺數(shù)據(jù)中心的通信與分析。

MQTT協(xié)議：(消息隊列遙測傳輸)該協(xié)議是為大量計算能力，工作帶寬有限和網(wǎng)絡環(huán)境不可靠的傳感器或控制器而設計的協(xié)議。它是針對物聯(lián)網(wǎng)推出的一種輕量級即時通訊協(xié)議，基于TCP協(xié)議實現(xiàn)。

COAP協(xié)議：受限應用協(xié)議是專用于受限設備的互聯(lián)網(wǎng)應用協(xié)議。它使那些被稱為“節(jié)點”的受限設備能夠更廣泛的進行互聯(lián)網(wǎng)通信。

在這個廣袤的網(wǎng)絡宇宙中，星光熠熠，每顆星星都代表著一個網(wǎng)絡設備，如交換機、路由器等，它們通過網(wǎng)線、光纖等線纜緊密相連，構成了復雜的網(wǎng)絡網(wǎng)。在這熠熠星光間，隱匿著一套神秘而重要的規(guī)則，這就是網(wǎng)絡協(xié)議。這些不可見的軟件、規(guī)則，如同引導著星光航行的精靈，實現(xiàn)著網(wǎng)絡節(jié)點間的互通。

提到網(wǎng)絡協(xié)議，大家腦海中第一時間浮現(xiàn)的應該大名鼎鼎的TCP/IP協(xié)議，即傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)際協(xié)議。TCP/IP協(xié)議不僅僅指的是TCP和IP兩個協(xié)議，而是指一個由FTP、SMTP、TCP、UDP、IP等協(xié)議構成的協(xié)議簇。今天我們按照TCP/IP協(xié)議的各層來分別梳理其中最常見的通信協(xié)議。

首先小編總結一張表格，簡單直接列出TCP/IP協(xié)議與OSI七層模型的關系以及各層的功能和主要網(wǎng)絡協(xié)議。

一、物理層

物理層是網(wǎng)絡模型中最低層，是整個系統(tǒng)的基礎。物理層為設備之間的數(shù)據(jù)通信提供傳輸媒體及互連設備，為數(shù)據(jù)傳輸提供可靠的環(huán)境。本質就是“信號和介質”。各種現(xiàn)成的協(xié)議有RS-232、RS-449、X.21、V.35、ISDN、以及FDDI、IEEE802.3、IEEE802.4、和IEEE802.5的物理層協(xié)議。

二、傳輸鏈路層

PPP協(xié)議：一種點到點(一根鏈路兩端只有兩個接口)鏈路層協(xié)議，主要用于在全雙工的同異步鏈路上進行點到點的數(shù)據(jù)傳輸。

三、網(wǎng)絡層

IP協(xié)議：互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，是TCP/IP協(xié)議族的核心協(xié)議。它定義了數(shù)據(jù)包的格式，使得數(shù)據(jù)包可以在互聯(lián)網(wǎng)中進行傳輸。IP協(xié)議使用IP地址來尋址，并通過路由選擇算法將數(shù)據(jù)包從源節(jié)點轉發(fā)到目標節(jié)點。

ARP協(xié)議：ARP協(xié)議是“Address Resolution Protocol”(地址解析協(xié)議)的縮寫。其作用是在以太網(wǎng)環(huán)境中，數(shù)據(jù)的傳輸所依懶的是MAC地址而非IP地址，而將已知IP地址轉換為MAC地址的工作是由ARP協(xié)議來完成的。

RARP協(xié)議：RARP是將ARP反過來，從MAC地址定位IP地址的一種協(xié)議。平時我們可以通過電腦設置IP,也可以通過DHCP自動分配獲取IP地址。比如局域網(wǎng)中有一臺主機只知道物理地址而不知道IP地址，那么可以通過RARP協(xié)議發(fā)出征求自身IP地址的廣播請求，然后由RARP服務器負責回答。

四、傳輸層

TCP協(xié)議：傳輸控制協(xié)議，提供可靠的、面向連接的數(shù)據(jù)傳輸服務。TCP使用三次握手建立連接，確保數(shù)據(jù)的完整性和順序性，以及在數(shù)據(jù)丟失時進行重傳。它適用于對數(shù)據(jù)傳輸可靠性要求較高的應用，如文件傳輸、電子郵件等。

UDP協(xié)議：用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議，提供無連接的數(shù)據(jù)傳輸服務。UDP在發(fā)送數(shù)據(jù)前不需要建立連接，也不提供數(shù)據(jù)包的重傳機制。它適用于實時性要求較高的應用，如音頻和視頻傳輸、實時游戲等。

五、應用層

HTTP(超文本傳輸協(xié)議)：用于在Web瀏覽器和服務器之間傳輸超文本數(shù)據(jù)，使我們能夠在互聯(lián)網(wǎng)上瀏覽網(wǎng)頁。

HTTPS(安全套接層超文本傳輸協(xié)議)：是HTTP的安全版本，使用加密來保護數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩裕缭诰W(wǎng)上進行購物或登錄時。

FTP(文件傳輸協(xié)議)：用于在網(wǎng)絡上傳輸文件，使用戶可以上傳或下載文件到遠程服務器。

SMTP(簡單郵件傳輸協(xié)議)：用于電子郵件的發(fā)送，規(guī)定了郵件客戶端和郵件服務器之間的交互方式。

POP3(郵局協(xié)議版本3)和IMAP(Internet消息訪問協(xié)議)：用于接收電子郵件，分別用于從郵件服務器下載郵件或在服務器上管理郵件。

DNS(域名系統(tǒng))：將域名轉換為IP地址的協(xié)議，使我們能夠通過易于記憶的域名訪問網(wǎng)站。

Telnet：用于在網(wǎng)絡上遠程登錄到其他計算機，以便遠程管理和控制。