i2cとmdioの違いとは？初心者でも分かる徹底比較ガイド

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はじめに：i2cとmdioって何者？

i2c とは集積回路をつなぐための代表的な2線式の通信規格で、主にマイコンと周辺機器を安価に接続するのに使われます。SCL という時計線と SDA というデータ線の2本だけで、複数のデバイスを同じ2本の配線上にぶら下げられる点が大きな特徴です。アドレス方式を使って各デバイスを識別し、マスターが指示を出してスレーブが応答する形で通信します。小さなボードや学習用の回路には欠かせない存在で、温度センサや光学センサ、RTC など多くの部品が I2C に対応しています。

一方 mdio とは Ethernet の PHY を管理するための専用の2線式インターフェースです。MDIO は MDIO データ線と MDC 時計線の2本を使い、主にネットワーク機器の PHY 内部レジスタを読み書きするために設計されています。一般のマイコンと周辺機器をつなぐ用途ではなく、Ethernet の機能を動かすための特定用途向けの通信手段です。MDIO は高速というより安定性と規格化された管理機構を重視しており、複数の PHY を同時に扱う場面で力を発揮します。これら2つは似ているようで、使われる場面・目的・設計思想が大きく異なる点が一番の違いです。

違いを生む仕組み：どんな仕組みでデータがやりとりされるのか

i2c は「マスターが線を支配する」方式で、複数のデバイスが同じSCLとSDAを共有します。マスターがデバイスを選ぶときは7ビットまたは10ビットのアドレスを使い、データの送受信には ACK（確認応答）を挟みます。この設計のおかげで複数デバイスを配線2本で展開できる反面、速度は比較的控えめで、衝突を避けるための協調動作が欠かせません。通信はスタート条件、アドレス、データ、ストップ条件という順序で進み、アーキテクチャによっては複数マスターをサポートしますが、実際には1つのマスターで運用されることが多いです。

MDIO の場合、通信は MDC のクロークスレートに合わせて MDIO データを送る、というシンプルで決められた流れになります。フレームは PHY アドレスとレジスタ番号を指定して、読み出し or 書き込みを行います。データ幅は通常 16 bit 固定、手順は比較的規格化されており、複雑なハンドシェイクよりも安定した管理に適しています。この違いは、現場での運用にも直結します。i2c はセンサ群の拡張性を活かせる一方、mdio は Ethernet PHY の設定を確実に行うための信頼性が命である場面に向いています。

使われ方が違う場面：現実の用途

現場では I2C が小規模なモジュール間通信の主役になります。開発者はマイコンと温度計、湿度センサ、RTCなどを I2C でつなぎ、センサー値を読み取って処理します。低コスト・低速・低電圧の組み合わせで現れる学習向けの魅力がここにはあります。ESP32 や Raspberry Pi 等のボードにも I2C のサポートは標準で組み込まれており、プログラミングのハードルも低めです。

MDIO は Ethernet の世界で活躍します。スイッチや NIC の PHY チップを管理する際、リンクの状態を監視したり、速度・デュプレックスの設定を調整したりします。ここでは複数の PHY を同時に管理する必要があるため、MDIO の設計は「規格に従った安定運用」が最優先です。一般の家電用途よりも、企業のサーバー機器・ネットワーク機器・組込みシステムの信頼性を高める役割を担います。

表で比べる：i2c と mdio の特徴を一目で比較

以下の表は、主要な違いを分かりやすく並べたものです。理解の要点を要約して並べておくことで、設計時の判断材料になります。

able>項目I2CMDIO用途マイコンと周辺機器の汎用通信Ethernet PHY の管理・設定配線数SCLとSDAの2線アドレッシング7-bit/10-bit アドレスデータ幅可変（一般に 8bit 単位で送信）最大速度100 kHz 〜 1 MHz 程度（規格と実装に依存）主な用途センサー・ EEPROM・ RTC などの小規模機器主な特徴複数デバイス同時接続、マスター・スレーブ構成、アーキテクチャが柔軟規格の性質オープンな汎用バス主なデバイス多種のセンサ・ディスプレイ・ICMDIO の主な役割N/AMDIO の特徴N/Able>

まとめと注意点：どちらを選ぶべきか

結論として、i2c は最も身近で柔軟な汎用通信手段として広く使われています。複数のセンサーを安価に接続したい、初めて電子工作をする人には最適です。一方 mdio は Ethernet の PHY を管理するための専門的な手段であり、ネットワーク機器の設計やハードウェアの管理性を重視する場合に選択されます。新しい回路設計を始めるときは、目的のデバイスがどちらの規格に適しているかを最初に見極めることが大切です。配線の本数、データの速度、そして将来の拡張性を考え、適切な選択をしましょう。最後に、実機での試験を繰り返して、誤動作の原因となる要素（配線長、プルアップ抵抗、信号のノイズなど）を丁寧に排除することが長期的な成功につながります。

補足：よくある質問と実践のヒント

実際の開発現場では、I2C の場合はプルアップ抵抗の値と配線長に気をつけることが重要です。適切な抵抗値は電源電圧や回路のノイズと関係します。MDIO の場合は、デバイスの仕様書をしっかり読み、レジスタアドレスの意味を理解してから読み書きを行うことが成功のコツです。どちらの規格も、データシートを丁寧に読み、初期設定を正しく行えば、長い付き合いができる信頼性の高い通信手段になります。

ピックアップ解説

MDIO について友達と雑談していたとき、彼は Ethernet の裏側を見えるようにしたいと言いました。そこで私は MDIO を“Ethernet の賢いリモコン”と呼ぶことにしました。 MDIO は PHY の設定を外部から調整する役目を持つので、複数の PHY を同時に管理する場面では、規格化された手順に従って確実に動かすことが求められます。I2C がセンサーの集合体を動かす小さな世界だとすると、MDIO はネットワーク機器の中核を支える大人の世界です。部品を選ぶとき、MDIO は信頼性と把握力を試される瞬間が多いのですが、うまくいけばネットワークの“心拍”を正確に読むことができるようになります。

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