シリアル通信インタフェース（I2C・SPI・UART）とは？

シリアル通信インタフェース（I2C・SPI・UART）の意味

基板上でCPUと周辺デバイスを結ぶ低速・近距離の通信規格群。I2Cは2本の信号線でアドレス指定により多数のデバイスを接続でき、SPIは4本前後で高速な全二重通信ができ、UARTは1対1の非同期通信で通信速度を双方が事前に合わせる。

シリアル通信インタフェース（I2C・SPI・UART）の具体例

温湿度センサを数個ぶら下げるならI2C、ディスプレイやフラッシュメモリのように大量データを速く送る用途はSPI、GPSモジュールやデバッグ用のコンソール出力はUART、というように必要な速度と配線本数から選ぶ。

シリアル通信インタフェース（I2C・SPI・UART）は試験でどう引っ掛けられる？

I2Cは配線が少ない代わりに速度が低く、バス上でアドレスが衝突すると通信できない。UARTは通信速度・パリティ・ストップビットの設定が双方で一致していないと文字化けする。速度だけで選ぶと配線数や拡張性で行き詰まる。

シリアル通信インタフェース（I2C・SPI・UART）と関連する用語

• バスとデータ転送方式
• メモリマップドI/Oとデバイスドライバ
• IoTと組み込みシステムの基礎

シリアル通信インタフェース（I2C・SPI・UART）が出た過去問

• EVMで管理しているプロジェクトがある。図は、プロジェクトの開始から完了予定までの期間の半分が経過した時点での状況である。コスト効率、スケジュール効率がこのまま…

  正解：計画に比べてコストは多くなり、プロジェクトの完了は遅くなる。

  要点：EVがACより低ければコスト超過、PVより低ければ進捗遅れ

  EVMでは、実コストACに対して出来高EVが下回るとコスト効率指数CPI=EV/ACが1未満となり、予定より費用がかかっていることを意味する。また計画値PVに対してEVが下回るとスケジュール効率指数SPI=EV/PVが1未満となり、進捗が遅れていることを意味する。図の現時点ではPV>AC>EVなのでCPIもSPIもともに1未満であり、このまま推移すればコストは超過し完了も遅れる。よってアが正解。

  出典：令和6年度 春期 応用情報技術者試験 午前 問51（IPA）

• EVMを使用してマネジメントをしているプロジェクトで，進捗に関する指標値は次のとおりであった。このプロジェクトに対する適切な評価と対策はどれか。 〔進捗に関する…

  正解：コストが予算を超えているので，完成時総予算を超過するおそれがあるが，スケジュールには余裕があるので，残作業のコスト効率を上げる対策を検討するか，コンティンジェンシー予備費の使用を検討する。

  要点：CPI<1は予算超過、SPI>1は日程前倒し、TCPI>1は効率改善が必要

  CPIが1未満（0.9）なのでコストの効率が計画を下回り、予算を超過ぎみである。一方SPIが1を超える（1.1）のでスケジュールは計画より進んでいる。さらにTCPIが1.2ということは、完成時総予算内に収めるには残作業を計画以上の効率でこなす必要があるという意味なので、効率改善策かコンティンジェンシー予備の使用を検討することになる。

  出典：令和7年度 春期 応用情報技術者試験 午前 問52（IPA）

• 一つのI2Cバスに接続された二つのセンサがある。それぞれのセンサ値を読み込む二つのタスクで排他的に制御したい。利用するリアルタイムOSの機能として、適切なものは…

  正解：セマフォ

  要点：共有資源への同時アクセス防止にはセマフォを使う

  1本のバスという共有資源に対し、2つのタスクが同時にアクセスしないよう制御するには排他制御の仕組みが要る。セマフォは利用可能な資源数を表すカウンタで、獲得（P操作）と解放（V操作）によって同時にアクセスできるタスク数を制限できる。資源数1のセマフォを使えば、一方が使用中は他方が待たされ、排他制御が実現できる。

  出典：令和4年度 春期 応用情報技術者試験 午前 問17（IPA）

• 一つのI2Cバスに接続された二つのセンサーがある。それぞれのセンサー値を読み込む二つのタスクを排他的に制御したい。利用するリアルタイムOSの機能として、適切なも…

  正解：セマフォ

  要点：共有資源の排他制御にはセマフォを使う

  1本のI2Cバスという単一の共有資源を、複数のタスクが同時に使わないように調停する必要がある。リアルタイムOSでこの相互排除を実現する機構がセマフォであり、資源を利用する前に獲得、利用後に解放することで、同時に1つのタスクだけがバスを使う状態を保証できる。

  出典：令和7年度 秋期 応用情報技術者試験 午前 問16（IPA）