不同的硬件、设备之间的数据通信都离不开协议，协议是用来解决多设备协同工作问题，那么两台互相不了解，甚至有不同厂商在不同时间地点的设备如何知晓对方的信息，这就需要我们在两台设备在建立前就进行一定的约束，这种约束可以让两台设备具有相通性，这可以理解为不同设备之间的“合同”。这些协议通常可以分为串行通信协议和并行通信协议。

• 串行通信协议：在同一时刻发送多位数据（可以是多根线）。优点是发送速度快，缺点是传输距离短，资源占用多。
• 并行通信协议：用一根线在不同的时刻发送8位数据。优点是传输距离远，占用资源少，缺点是发送速度慢。

接下来，来主要介绍目前主流的协议家族：

SPI协议

协议特点：它以主从方式工作，这种模式通常有一个主设备和一个或多个从设备，需要至少4根线，事实上3根也可以（单向传输时）。

• SDI – SerialData In,串行数据输入；
• SDO – SerialDataOut,串行数据输出；
• SCLK – Serial Clock,时钟信号，由主设备产生；
• CS – Chip Select,从设备使能信号，由主设备控制。

通信原理：外设的写操作和读操作是同步完成的。如果只进行写操作，主机只需忽略接收到的字节；反之，若主机要读取从机的一个字节，就必须发送一个空字节来引发从机的传输。

I2C协议

协议特点：实现I2C需要两根信号线完成信息交换，SCL时钟信号线，SDA数据输入/输出线。它属于同步通信，由于输入输出数据均使用一根线，因此通信方向为半双工。

通信原理：和SPI不同的是，I2C可以支持multi-master系统，允许有多个master并且每个master都可以与所有的slaves通信(master之间不可通过I2C通信，并且每个master只能轮流使用I2C总线);I2C的数据传输速率位于串口和SPI之间，大部分I2C设备支持100KHz和400KHz模式。

CAN协议

协议特点：CAN总线使用串行数据传输方式，可以1Mb/s的速率在40m的双绞线上运行，也可以使用光缆连接，而且在这种总线上总线协议支持多主控制器。

通信原理：CAN与I2C总线的许多细节很类似，但也有一些明显的区别。当CAN总线上的一个节点(站)发送数据时，它以报文形式广播给网络中所有节点。对每个节点来说，无论数据是否是发给自己的，都对其进行接收。每组报文开头的11位字符为标识符，定义了报文的优先级，这种报文格式称为面向内容的编址方案。在同一系统中标识符是唯一的，不可能有两个站发送具有相同标识符的报文。当几个站同时竞争总线读取时，这种配置十分重要。

IIC协议

协议特点：IIC协议为两线式串行总线（SDA数据线、SCL时钟线），用于连接微控制器和外围设备、传输速度100-400kHz，高速模式最高可达4MHz，非全双工。

通信原理：主模式时，IIC的接口启动数据传输并且产生时钟信号。串行数据传输总是以其实条件开始并以停止条件借宿。起始条件和停止条件都是在主模式下由软件产生控制的。

从模式时，IIC接口能识别它自己的地址（7位或者10位）和在数据总线广播的地址（好比每个人都有不同的身份ID，叫到哪个哪个就发生应答），同时软件能够控制开启或者禁止广播呼叫地址的识别

USB协议

协议特点：通用串行总线（Universal Serial Bus）是连接计算机系统与外部设备的一种串口总线标准，也是一种输入输出接口的技术规范，被广泛地应用于个人电脑和移动设备等信息通讯产品，并扩展至摄影器材、数字电视（机顶盒）、游戏机等其它相关领域。

通信原理：USB总线属于一种轮询式总线，主机控制端口初始化所有的数据传输。每一总线动作最多传送三个数据包，包括令牌(Token)、数据(Data)、联络(HandShake)。按照传输前制定好的原则，在每次传送开始时，主机送一个描述传输动作的种类、方向、USB设备地址和终端号的USB数据包，这个数据包通常被称为令牌包(TokenPacket)。USB设备从解码后的数据包的适当位置取出属于自己的数据。数据传输方向不是从主机到设备就是从设备到主机。