في العالم الرقمي، تنشئ بروتوكولات الاتصال العديد من القواعد، فعلى سبيل المثال على الإنترنت يمكن أن يتم تشكيل هذه البروتوكولات من قبل مجموعات، مثل رابطة شبكة الويب العالمية “WWW” أو “W3C” ومهمة هندسة الإنترنت “IETF” يساعد في توفير العمليات في جميع أنحاء العالم ويحد من أنواع مختلفة من المسؤولية وكذلك نقاط الضعف في هذه التقنيات.
ما هي بروتوكولات الاتصال Communication Protocols؟
بروتوكول الاتصال “Communication Protocols”: هو مجموعة من القواعد واللوائح التي تسمح بتوصيل جهازين إلكترونيين لتبادل البيانات مع أحدهما والآخر.
الأوصاف الصحيحة لتنسيقات الرسائل الرقمية وكذلك القواعد هي بروتوكولات الاتصال المعروفة، حيث تتمثل الوظيفة الرئيسية لهذه البروتوكولات في تبادل الرسائل من نظام كمبيوتر إلى آخر، وهذه مهمة في أنظمة الاتصالات السلكيةواللاسلكية؛ لأنّها ترسل وتستقبل الرسائل باستمرار، كما تعمل هذه البروتوكولات على اكتشاف الأخطاء وتصحيحها وإرسال الإشارات والمصادقة، حيث يمكنهم أيضاً شرح الدلالات وجمع الاتصالات التماثلية والرقمية معاً.
يمكن تنفيذ هذه البروتوكولات داخل الأجهزة وكذلك البرامج، لذا فإنّ بروتوكولات الاتصالات متوفرة حول آلاف الأنواع التي يتم استخدامها في جميع أنحاء الاتصالات التماثلية والرقمية، لذلك لا يمكن لشبكات الكمبيوتر أن تكون موجودة بدونها، والبروتوكول عبارة عن مجموعة القواعد واللوائح بالبروتوكول، أمّا الاتصال هو تبادل المعلومات من نظام إلى نظام آخر باستخدام وسيط يسمى الاتصال.
أنواع بروتوكولات الاتصال:
أولاً: بروتوكول انتر سيستم “Inter System Protocol”:
يستخدم البروتوكول بين الأنظمة للاتصال بين الجهازين المختلفين، مثل الاتصال بين الكمبيوتر لمجموعة أدوات التحكم الدقيقة، كما يتم الاتصال من خلال نظام بين الناقلات.
الفئات المختلفة للبروتوكول بين الأنظمة:
1- بروتوكول “UART”:
بروتوكول “UART”: يرمز “UART” إلى جهاز إرسال واستقبال عالمي غير متزامن، وهي اتصال تسلسلي مع بروتوكولين سلكيين، كما تتم تسمية خطوط إشارة كابل البيانات باسم “Rx” و”Tx”، حيث يشيع استخدام الاتصال التسلسلي لإرسال واستقبال الإشارة، كما يتم نقل البيانات واستلامها تسلسلياً شيئاً فشيئاً بدون نبضات فئة، وهو بروتوكول أحادي الاتجاه، وأحادي الاتجاه يعني نقل البيانات واستلامها ولكن ليس في نفس الوقت.
كما يأخذ “UART” بايت من البيانات ويرسل البتات الفردية بطريقة متسلسلة، حيث تحتوي معظم وحدات التحكم على أجهزة “UART” على متنها، حيث يستخدم خط بيانات واحد لإرسال واستقبال البيانات، كما يحتوي على بت بداية واحدة وبيانات “8 بت”، وبت توقف واحد يعني أنّ إشارة نقل البيانات “8 بت” واحدة من أعلى إلى منخفض، فعلى سبيل المثال رسائل البريد الإلكتروني والرسائل القصيرة وأجهزة الاتصال اللاسلكي.
- “UART” هي اختصار لـ “universal asynchronous transmitter”.
- “Rx & Tx” هي اختصار لـ “Transmit and Receive”.
2- بروتوكول “USART”:
بروتوكول “USART”: هو جهاز إرسال واستقبال عالمي متزامن وغير متزامن، كما إنه اتصال تسلسلي لبروتوكول ثنائي الأسلاك، كما يتم تسمية خطوط إشارة كابل البيانات باسم “Rx” و”TX”، حيث يستخدم هذا البروتوكول لإرسال واستقبال البيانات بايت بايت جنباً إلى جنب مع نبضات الساعة، كما إنّه بروتوكول ثنائي الاتجاه يعني إرسال واستقبال البيانات في وقت واحد إلى معدلات لوحة مختلفة، وتتواصل الأجهزة المختلفة مع متحكم دقيق لهذا البروتوكول، ومثال عليه هو الاتصالات.
- “USART” هي اختصار لـ “universal synchronous and asynchronous transmitter and receiver”.
3- بروتوكول “USB”:
بروتوكول “USB”: هو ناقل تسلسلي عالمي، وهو اتصال تسلسلي لبروتوكول ثنائي الأسلاك، كما تتم تسمية خطوط إشارة كابل البيانات “D +” و”D-“، كما يستخدم هذا البروتوكول للتواصل مع الأجهزة الطرفية للنظام.
يستخدم بروتوكول “USB” لإرسال البيانات واستلامها بشكل تسلسلي إلى المضيف والأجهزة الطرفية ويتطلب اتصال “USB” برنامج تشغيل يعتمد على وظائف النظام، ويمكن لأجهزة “USB” نقل البيانات على الحافلة دون أي طلب على الكمبيوتر المضيف.
كما تستخدم معظم الأجهزة في اليوم هذه التقنية للتواصل مع بروتوكول “USB”، مثل الكمبيوتر للتواصل مع وحدة تحكم “ARM” باستخدام “USB”، وعلى سبيل المثال الماوس ولوحة المفاتيح والمحاور والمفاتيح ومحرك القلم هي تطبيقات على “USB”، و”USB” ينقل البيانات إلى أوضاع مختلفة، وهي:
- وضع السرعة البطيئة من “10 كيلوبت في الثانية” إلى “100 كيلوبت في الثانية”.
- وضع السرعة الكاملة من “500 كيلو بت في الثانية” إلى “10 ميجابت في الثانية”.
- وضع السرعة العالية من “25 ميجابت في الثانية” إلى “400 ميجابت في الثانية” وأقصى طول لكابل “USB” يبلغ “4 أمتار”.
ملاحظة:“USB” هي اختصار لـ “universal serial bus”.
ثانياً: بروتوكول النظام الداخلي:
بروتوكول نظام “Intra”: هو البروتوكول الذي يستعمل لتوصيل الجهازين داخل لوحة الدائرة، وأثناء استعمال هذه البروتوكولات داخل النظام ودون الذهاب إلى البروتوكولات داخل النظام، سيتم توسيع الأجهزة الطرفية للميكروكونترولر كما سيتم زيادة تعقيد الدائرة واستهلاك الطاقة باستخدام بروتوكول داخل النظام، وباستخدام تعقيد الدوائر داخل بروتوكولات النظام واستهلاك الطاقة، تنخفض التكلفة وتكون آمنة جداً للوصول إلى البيانات.
الفئات المختلفة لبروتوكول النظام الداخلي:
1- بروتوكول “I2C”:
بروتوكول “I2C”: تعني الدائرة المتكاملة وتتطلب سلكين فقط يربطان جميع الأجهزة الطرفية بالمتحكم الدقيق، كما تتطلب سلكين خط بيانات تسلسلي “SDA” وخط ساعة تسلسلي “SCL” لنقل المعلومات بين الأجهزة، كما إنّه رئيس لبروتوكول اتصالات الرقيق، ولكل تابع عنوان فريد، ويرسل الجهاز الرئيسي عنوان جهاز الرقيق المستهدف ويقرأ أو يكتب العلم، كما يتطابق العنوان مع أي جهاز تابع يكون الجهاز قيد التشغيل ويتم تعطيل وضع الأجهزة التابعة المتبقية.
بمجرد تطابق العنوان تتواصل الاتصالات بين الرئيس والجهاز التابع وإرسال البيانات واستقبالها، كما يُرسل المرسل بيانات ذات “8 بتات” ويرد جهاز الاستقبال “1 بت” من الإقرار، وعند اكتمال الاتصال يصدر المدير حالة الإيقاف، كما تم تطوير ناقلة “I2C” بواسطة “Philips Semiconductors”، والغرض الأصلي منه هو توفير طريقة سهلة لتوصيل وحدة المعالجة المركزية برقائق الأجهزة الطرفية.
غالباً ما يتم ربط الأجهزة الطرفية في الأنظمة الموجودة بالمتحكم الدقيق كأجهزة تعيين الذاكرة، كما تحتاج “I2C” سلكين فقط لتوصيل جميع الأجهزة الطرفية بالمتحكم الدقيق، وهذه الأسلاك النشطة المسماة “SDA” و”SCL” كلاهما ثنائي الاتجاه، ومقاومات السحب “I2C”:
- كلاً من خطوط “SDA” و”SCL” عبارة عن محركات صرف مفتوحة.
- يمكن أن يؤدي إلى ارتفاع الناتج سائق “canot” عالية.
- لكي تتمكن الخطوط من الارتفاع، يجب توفير مقاومات سحب.
ملاحظة:“SDA” هي اختصار لـ “serial data line” و”SCL” هي اختصار لـ “serial clock line”.
2- بروتوكول “SPI”:
بروتوكول “SPI”: تعني الواجهة الطرفية التسلسلية، وإنّه أحد بروتوكولات الاتصال التسلسلي التي طورتها شركة “Motorola”، ويسمى بروتوكول “SPI” أيضاً بروتوكول “4 أسلاك”، كما يتطلب أربعة أسلاك بروتوكول “MOSI” و”MISO” و”SS” و”SCLK.SPI” المستخدم لتوصيل الأجهزة الرئيسية والأجهزة التابعة ويقوم المعلم أولاً بتكوين الساعة باستخدام التردد.
ثم يختار الرئيس الجهاز التابع المعين للاتصال عن طريق سحب زر تحديد الشريحة، كما يتم تحديد هذا الجهاز المعين ويبدأ الاتصال بين الرئيس وهذا التابع المعين، كما يختار الرئيس تابعاً واحداً فقط في كل مرة، وإنّه بروتوكول اتصال مزدوج الاتجاه، ولا يقتصر على كلمات “8 بت” في حالة نقل البت.
- “SPI” هي اختصار لـ “serial peripheral interface”.
- “MOSI” هي اختصار لـ “Master Output Slave Input”.
- “MISO” هي اختصار لـ “Master In Slave Out”.
- “SS” هي اختصار لـ “Secure Shell”.
3- بروتوكول “CAN”:
بروتوكول “CAN”: تعني شبكة منطقة التحكم، وإنّه بروتوكول اتصال تسلسلي، ويتطلب سلكين “CAN High (H +)” و”CAN low (H-)”، وتم تطويره من قبل شركة “Robert bosh” في عام 1985م للشبكات داخل المركبات، وهو يقوم على بروتوكول إرسال موجه نحو الرسائل.
- “CAN” هي اختصار لـ “Controller Area Network”.
