Bitbanging

Unter Bit-Banging versteht man eine Technik, die eine Hardware-Schnittstelle mittels Software und I/O-Leitungen emuliert, die gewöhnlich mit einem spezifischen Peripherie-Baustein realisiert wird. Auf dem PC können sowohl der Seriell-Port als auch der Parallel-Port genutzt werden. Bei Mikrocontrollern nutzt man die I/O-Pins.

Für den Einsatz der Bit-Banging-Technik sprechen verschiedene Gründe. Die Schnittstelle ist nicht in Hardware vorhanden, denn kein Standard-PC verfügt über eine SPI. Bei Mikrocontrollern ist eine Ressource oft bereits belegt. Besonders häufig dient Bit-Banging der Kosteneinsparung durch ersetzen der teuren Peripheriebausteine.

Eine Vielzahl von Schnittstellen können durch Bit-Banging emuliert werden. Hier einige Beispiele:

• SPI, synchrone serielle Schnittstelle
• UART, asynchrone serielle Schnittstelle - wird dann auch als „Software-UART“ bezeichnet
• 1-Wire, eindraht Schnittstelle
• LC-Display (z. B. HD44780)
• I²C, synchrone serielle Schnittstelle
• Decodierung der Leitungscodes für TV-Fernbedienungen
• Digital-Analog-Umsetzer, mittels PWM und RC-Siebglied

Entsprechend der Komplexität des Schnittstellen-Protokolls kommen unterschiedliche Methoden zum Einsatz. Die einfachste Art ist das Polling. Der Prozessor fragt so oft er kann Änderungen an den I/O-Leitungen ab. Ist ein bestimmtes Zeitverhalten einzuhalten, benutzt man Warteschleifen oder Timer-Funktionen. Die Nutzung der Interrupt-Leitungen reduziert weiter die Prozessorauslastung. Speziell zur Erzeugung eines PWM-Signals dienen häufig die direkten Timer-Ausgänge. Trickreich ist die Aufwertung einer einfacheren Schnittstelle zu einem komplexen Protokoll.

Nachteile des Bit-Bangings sind die hohe Prozessorauslastung, der erhöhte Softwareaufwand und meist starkes Jitter beim Timing.

Weblinks

• Definition im elektronik.net Lexikon
• Diplomarbeit zum Thema: UART: A Software Implementation Approach, von Herbert Valerio Riedel, TU Wien
• DCF77-Funkuhr auf www.mikrocontroller.net