Unter Bit-Banging versteht man eine Technik, die mittels Software und I/O-Leitungen eine Hardware-Schnittstelle emuliert, die gewöhnlich mit einem spezifischen Peripherie-Baustein realisiert wird. Auf einem PC können sowohl die serielle als auch die parallele Schnittstelle genutzt werden. Bei Mikrocontrollern nutzt man die I/O-Pins.
Das Bit-Banging-Verfahren kann dann sinnvoll sein, wenn eine bestimmte Schnittstelle nicht in Hardware vorhanden ist, z. B. hat kein Standard-PC ein SPI, oder wenn bei Mikrocontrollern eine Ressource bereits belegt ist. Besonders häufig dient Bit-Banging der Kosteneinsparung durch Ersetzen relativ teurer Peripheriebausteine.
Eine Vielzahl von Schnittstellen kann 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 Zeitverhalten. Einige Schnittstellen, etwa SPI, sind dagegen immun, andere, etwa UART, haben strikte Zeitforderungen.
Programmbeispiel in C Im folgenden Fragment in der Programmiersprache C ist der Sendeteil einer synchronen seriellen Schnittstelle (SPI) mittels Bit-Banging dargestellt. Die I/O-Pins sind als SD_CS (Chip Select), SD_DI (Data) und als SD_CLK (Clock) bezeichnet.
// transmit byte serially, MSB first void send_8bit_serial_data(unsigned char data) { int i;
// select device output_high(SD_CS);
// send bits 7..0 for (i = 0; i < 8; i++)
// consider leftmost bit // set line high if bit is 1, low if bit is 0 if (data & 0x80) output_high(SD_DI); else output_low(SD_DI);
// pulse clock to indicate that bit value should be read output_low(SD_CLK); delay(); output_high(SD_CLK);
// shift byte left so next bit will be leftmost data <<= 1;
// deselect device output_low(SD_CS); }
Weblinks Definition im elektronik.net-Lexikon Herbert Valerio Riedel: Diplomarbeit zum Thema, TU Wien. mikrocontroller.net – DCF77-Funkuhr
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