No estoy completamente seguro de por qué lo haría, pero definitivamente I2C es una opción. La mayoría de los mirocontrollers de hoy en día tienen muchas bibliotecas I2C y documentación de implementación periférica en sus recursos.
Otra cosa que podrías intentar hacer es la multiplexación, por lo que eliges solo una de las 3 líneas como válida para cualquier cosa a la que te estés comunicando.
En cualquier caso, entiendo que no diseñaste eso pero que solo lo estás estudiando, ¿no? Tenga en cuenta que la comunicación puede seguir los protocolos estándar (I2C, RS232, SPI, etc ...) o simplemente puede crear el suyo para que todo dependa de cómo estén programados los controladores. Por ejemplo, si los tres TxD están todos interconectados (correctamente subidos o bajados, y conectados a través de búferes o resistencias) pero gracias a la programación, solo UNO puede subir el voltaje de la línea hacia arriba o hacia abajo, entonces funcionará.
Intente estudiar el flujo de datos un poco más, como lo que debería estar sucediendo dentro de esos procesadores y cómo deberían "hablarse" entre ellos, y luego podemos ayudarlo más