三、單片機通信性能分析

上述對單片機串行通信接口的物理特性和因件特性的分析，提供了單片機通信性能分析的基礎。單片機通信性能分析包括比特吞吐特性分析、有效性分析和數據安全性分析。 1.比特吞吐特性分析 比特吞吐特性，是指單片機執行通信任務時單位時間內發送和接收的比特數目。比特吞吐特性不能用串行特性的波特率代替。比特吞特性不僅與波特率有關，更與單片機的固件特性有關。不同的通信協議會引起不同的通信操作，形成不同的操作固件。這種固件操作的有效性才是決定比特吞吐特性的關鍵。 在處理一組數據時，設通信協議處理數據的時間為tp，串行通信發送數據的時間為tc，則總的通信時間為t=tp+tc，因此，串行通信接口的比特吞吐特性可用如下函數表示： ξ=fctc/（tp+tc） （5） 式中，ξ叫做比特吞吐系數，fc是固件設備的串行通信波特率。可見，在fc固定的條件下，要提高比特吞吐特性，就必須盡量減少tp+tc并增加tc。在 tp=0這種極端情況下，比特吞吐系數才能等于通信波特率。 利用比特吞吐系數可以方便地檢查單片機的串行通信能力能否滿足應用系統的要求。例如，應用系統要求每秒鐘內傳輸10個字節數據，相當于要求每秒鐘的比特吞吐系數為80K。這里K是數據幀格式有效系數：異步串行通信中K》1;同步串行通信中K=1。

根據這個要求，可以對應用系統所設計的軟件結構進行核實，如果不能滿足，則說明應用系統不能滿足對通信的要求，必須進行調整。 2.有效性分析 所謂有效性，是指對包括通信協議在內的整個通信過程的有效性。設單片機應用系統發送和接收的控制信息數據是隨機函數y=P（x），其中x代表單位時間內的數據傳輸量。Y的數據期望是： σ=E［y］=E［P（x）］ （6） σ叫做單片機串行通信系統的數據傳輸有效性系數。顯然，在滿足應用系統功能的前提下，σ的值小，說明數據傳輸的有效性高;反之，系統數據傳輸量大，說明系數控制信息的有效性差。必須注意，這里只考慮控制信息，并不包括必要的數據采集。 有效性分析就是要根據系數數據傳輸的隨機分布，估計系統數據的有效性。可以直接利用有效性系數作為檢驗的標準。 此外，數據識別率也是衡量單片機通信效果和應用系統固件特性的一種重要參數。 數據識別率是指對接收到的數據語義理解的速度。設單片機接收到能代表完整意義的X個字節所需要的時間是tx，語義理解（翻譯和判別）需要的時間為tY，則數據識別率為 η=X/（tx+ty） （7） 數據識別率表示了單位時間內單片機通信的效果，η值越大，表明單片機的整體固件特性越好，通信效率越高。

3.數據完全性 數據安全性不僅與系統的串行通信物理特征有關，更主要的是與應用系統通信的固件特性有關，尤其是通信協議中的應用層，直接關系系統的數據安全。 數據安全性可以用通信穩定性和數據識別率表示。 通信穩定性與通信線路和物理接口的侵入和干擾狀態有關。對于單片機通信系統來說，當多個單片機采用串行連接的方法連接在1條總線上時，通信線路的侵入狀態由通信協議直接確定。如使用令牌通信方式時，基本上沒有侵入狀態;但如果用客戶/服務器方式，侵入狀態將隨線路上單片機數量的增加而惡化。這是比較復雜的通信系統行為特性分析問題，本文不再分析。 結論 本文對單片機通信接口的物理特性和固件特性進行了分析。指出了確定物理接口電路分布參數的分析方法，并導出了在不考慮傳輸線電感（PCB板）條件下電路分布參數與保證通信可靠條件之間的關系計算公式。這些計算表明，接口電路的分布參數是限制通信速度的主要因素之一。 通信接口控制的固件特性對單片機通信性能有重要影響。通信接口控制的固件特性需要用通信接口操作次序集合A、相關協議集合B和隱含規約集合C的交集進行檢查。選擇一組合適的固件結構組合，以保證通信系統通信接口控制性能固件的正確性。 對單片機通信性能評價時，可以使用本文提出的單片機通信性能分析參數。這些參數是比特吞吐系數ξ、數據傳輸有效性系數σ和數據識別率η。利用這些參數，可以定量地對單片機通信特性進行分析，同時也中以利用這些參數進行單片機的選擇和應用系統設計。