シリアル通信

シリアル通信

シリアル通信は、通信チャネルを介して1ビットずつデータを順次転送する方法です。通常、マイクロコントローラ、センサー、コンピュータなどのさまざまなハードウェアデバイスを接続するために使用されます。並列通信とは異なり、シリアル通信は長距離のデータ転送に適しており、組み込みシステムやIoTアプリケーションでよく使用されます。

シリアル通信の仕組み

シリアル通信は、データを通信チャネルを介して順次ビットを送信することによって行われます。シリアル通信に関連する主要な要素と概念は次のとおりです。

スタートビットとストップビット

シリアル通信では、各データパケットは送信の始まりと終わりを示すスタートビットとストップビットでフレーミングされます。これらのビットは送信機と受信機間の同期を維持するのに役立ちます。スタートビットは常に論理低（0）レベルであり、ストップビットは論理高（1）レベルです。受信機はスタートビットとストップビットを検出することによってデータビットを識別し、送信された情報を抽出できます。

ボーレート

ボーレートは、シリアル通信リンクを介してデータが送信される速度であり、ビット毎秒（bps）で測定されます。それはデータの送信速度を決定し、データがどれほど速く送信および受信されるかを決定します。より高いボーレートはより速いデータ転送を可能にしますが、より信頼性の高い通信チャネルが必要です。一般的なボーレートには9600 bps、115200 bps、および1Mbpsがあります。

シリアルプロトコル

さまざまなプロトコルが、シリアル接続でデータがどのようにフォーマットされ、送信されるかを決定しています。よく使用されるシリアルプロトコルには以下があります。

  • UART (Universal Asynchronous Receiver-Transmitter): マイクロコントローラや他の組み込みシステムで commonly 用いられるシリアル通信プロトコルです。非同期であるため、外部クロック信号を必要とせず、異なるデバイス間での容易な実装と互換性を提供します。

  • SPI (Serial Peripheral Interface): マイクロコントローラと周辺デバイス間の通信を可能にする同期シリアルプロトコルです。マスター-スレーブアーキテクチャを使用し、高速データ転送をサポートします。

  • I2C (Inter-Integrated Circuit): 低速の周辺機器をマザーボードに接続するために使用されるシリアル通信プロトコルで、複数のマスターおよびスレーブ通信をサポートし、複数のデバイスが同じバスを共有できます。

伝送媒体

シリアル通信はさまざまな伝送媒体を介して行われることがあります。

  • 物理的なワイヤ：伝統的なシリアル通信方法は、通常RS-232、RS-485、またはUSBケーブルを使用して物理的なワイヤでデバイスを接続するものです。この方法は信頼性が高く安全な接続を提供します。

  • 無線手段：BluetoothやWi-Fiのような技術によって、無線でのシリアル通信も可能です。有線接続が困難なアプリケーションでは、無線シリアル通信は便利で柔軟性があります。

  • 光ファイバー：一部のケースでは、光ファイバーケーブルを使用してシリアル通信が実装されます。光ファイバーは長距離での高データ転送速度を提供し、電気的干渉に対して優れた耐性があります。

予防策

シリアル接続を介したデータの安全で信頼性のある送信を確保するために、以下の予防策を考慮してください。

安全なデータ送信

データを暗号化して送信し、未許可のアクセスや改ざんを防ぎます。これにより、データが機密性を保ち、潜在的な脅威から保護されます。

認証と検証

シリアル接続を介して通信できるのは許可されたデバイスのみであることを確認するために認証手段を実装します。これには、安全なプロトコル、証明書、パスワードを使用してデバイスを認証し、識別することが含まれます。

監視と整合性チェック

シリアル通信を定期的に監視し、整合性チェックを実施してデータの破損や改ざんを検出します。これには、伝送データの整合性を検証するためにチェックサムや巡回冗長検査 (CRC) を使用することが含まれます。

関連用語

シリアル通信の仕組みを理解し、適切な予防措置を実施することで、さまざまなハードウェアデバイス間の効率的で安全なデータ転送を確保できます。

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