微机原理与接口技术课件 第3章

总线和接口及其标准的概念◆总线：是在模块和模块之间或设备与设备之间的一组进行互连和传输信息的信号线，信息包括指令、数据和地址。◆总线标准指芯片之间、扩展卡之间以及系统之间，通过总线进行连接和传输信息时，应该遵守的一些协议与规范。◆接口标准外设接口的规范，涉及接口信号线定义、信号传输速率、传输方向和拓扑结构，以及电气特性和机械特性等多个方面。)按总线功能或信号类型划分为：数据总线：双向三态逻辑，线宽表示了线数据传输的能力。地址总线：单向三态逻辑，线宽决定了系统的寻址能力。控制总线：就某根来说是单向或双向。控制总线最能体现总线特点，决定总线功能的强弱和适应性。)按总线的层次结构分为：CPU总线：微机系统中速度最快的总线，主要在CPU内部，连接CPU内部部件，在CPU周围的小范围内也分布该总线，提供系统原始的控制和命令。局部总线：在系统总线和CPU总线之间的一级总线，提供CPU和主板器件之间以及CPU到高速外设之间的快速信息通道。系统总线：也称为I/O总线，是传统的通过总线扩展卡连接外部设备的总线。由于速度慢，其功能已经被局部总线替代。通信总线：也称为外部总线，是微机与微机，微机与外设之间进行通信的总线。．总线频率：MHz表示的工作频率，是总线速率的一个重要参数。2．总线宽度：指数据总线的位数。3．总线的数据传输率总线的数据传输率=(总线宽度/8位)×总线频率例：PCI总线的总线频率为33.3MHz，总线宽度为64位的情况下，总线数据传输率为266MB/s。．物理特性:2．功能特性:3．电器特性:4．时间特性:总线物理连接方式(电缆式、蚀刻式），总线根数、插头和插座形状，引脚排列等。描述一组总线中每一根线的功能。定义每根线上信号的传递方向以及有效电平范围。一般定义送入CPU的信号为输入信号，从CPU中送出的信号是输出信号。低电平有效的信号用信号名上一横线或信号名后带#来表示。定义每一根线在什么时候有效，这和总线操作的时序有关。总线操作和总线传送控制一、总线操作的4个阶段1．总线请求和仲裁阶段：主模块向总线仲裁机构提出总线使用申请，总线仲裁机构决定使用总线的主模块。2．寻址阶段：拥有总线使用权的主模块发出本次要访问的从模块的地址及有关命令，该从模块被选中并启动。3．数据传送阶段：主模块和从模块间进行双（单）向数据传送。4．结束阶段：主、从模块均撤出总线。二、总线传送控制1．同步方式优点：1）电路简单2）适合高速设备的数据传输缺点：高速设备和低速设备间只能用低速设备的速度来传输数据主clk从2．半同步方式主clk从wait/readywait/ready信号是单向的，不是互锁的。总线读周期分成两个子周期•寻址子周期•数据传送子周期在两子周期之间，退出总线，从设备准备数据。4．分离方式clkaddressdata主从3．异步方式REQACK•比同步方式慢•总线频带窄•总线传输周期长总线插槽示意图工业标准体系结构，在PC总线基础上发展而来，最高工作频率为8MHz，24根地址线，16位数据线，拥有大量接口卡，历经286、386、486和Pentium几代微机。现代微机原理与接口技术123.3PCI总线3.3.1PCI总线的特点1)独立于处理器2)传输效率高3)多总线共存4)支持突发传输5)支持总线主控方式6)采用同步操作7)支持两种电压下的扩展卡8)具有即插即用功能9)合理的管脚安排10)预留扩展空间系统接口信号CLKIN：PCI系统总线时钟最高33MHz/66MHz，最低0Hz。PCI大部分信号在CLK的上升沿有效。C/BE[3:0]#T/S：它们是总线命令和字节使能多路复用信号线PART/S：针对AD[31:00]和C/BE[3:0]#进行奇偶校验的校验位在FRAME#有效的第1个时钟，AD[31:00]上传送的是32位地址，称为地址期。在IRDY#和TRDY#同时有效时，AD[31:00]上传送的为32位数据，称为数据期。2.地址与数据接口信号AD[31:00]T/S：它们是地址、数据多路复用的输入/输出信号地址期内是总线命令，数据期内是字节使能信号。接口控制信号FRAME#S/T/S：帧周期信号IRDY#S/T/S：主设备准备好信号TRDY#S/T/S：从设备准备好信号STOP#S/T/S：从设备发出的要求主设备终止当前的数据传送的信号。LOCK#S/T/S：锁定信号IDSELIN：初始化设备选择信号，访问配置空间的时候作为片选DEVSEL#S/T/S：设备选择信号，由常规访问期间被选中的从设备驱动FRAME#信号无效表示传输进入最后一个数据期。仲裁接口信号REQ#T/S：总线占用请求信号GNT#T/S：总线占用允许信号5.错误报告接口信号PERR#S/T/S：数据奇偶校验错误报告信号SERR#O/D：系统错误报告信号6.中断接口信号PCI有4条中断线，分别是INTA#、INTB#、INTC#、INTD#，电平触发，多功能设备可以任意选择一个或多个中断线，单功能设备只能用INTA#。位总线扩展信号AD[63:32]T/S：扩展的32位地址和数据多路复用线C/BE[7:4]#T/S：总线命令和字节使能多路复用扩展信号线REQ64#S/T/S，64位传输请求信号ACK64#S/T/S：64位传输允许信号PAR64T/S：奇偶双字节校验现代微机原理与接口技术192.PCI插卡ICICIC1.9160.9612.741.680外边里边[3:0]#命令类型说明C/BE[3:0]#命令类型说明0000中断响应1000保留0001特殊周期1001保留0010I/O读(从I/O端口地址中读数据)1010配置读0011I/O写(向I/O端口地址中写数据)1011配置写0100保留1100存储器多行读0101保留1101双地址周期0110存储器读(从内存空间映像中读数)1110存储器行读0111存储器写(向内存空间映像中写)1111存储器写并无效．PCI总线的传输控制遵循的管理规则：(1)FRAME#和IRDY#定义了总线的忙/闲状态。11空闲、00数据、10最后一个数据、01等待状态。(2)一旦FRAME#信号被置为无效，在同一传输期间不能重新设置。(3)除非设置IRDY#信号，一般情况下不能设置FRAME#信号无效。(4)一旦主设备设置了IRDY#信号，直到当前数据期结束为止，主设备一般不能改变IRDY#信号和FRAME#信号的状态。．PCI总线的寻址（采用分散地址译码技术）表3.4AD[1:0]和C/BE[3:0]#对应关系表AD1AD0C/BE3#C/BE2#C/BE1#C/BE0#00×××001××0110×011110111(1)I/O地址空间在I/O地址空间，32位AD线全部被用来提供一个完整的地址编码（字节地址）。AD[1:0]和C/BE[3:0]指明传输的最低有效字节。(2)内存地址空间(3)配置地址空间3101双字边界对齐的起始地址200地址递增01Cache行切换1X保留701双字边界对齐的起始地址200选择该设备01访问该桥路后设备1X保留．字节对齐4．PCI总线的驱动与过渡PCI总线上不能进行字节的交换。但是，具有64位通道的主设备可以进行DWORD（双字）的交换。主设备可以在每个新数据期开始的时钟前沿改变字节使能信号，且在整个数据期中保持不变。读缓冲中的数据可以不考虑字节使能信号，而传送所有的字节。在每个地址（数据）期中，所有的AD线都必须被驱动到稳定的状态（数据），包括那些字节使能信号表明无效的字节所对应的AD线。从一个设备驱动总线到另一个设备驱动PCI总线之间设置一个过渡期，又称为交换周期，以防止总线访问冲突。．设备选择CLKFRAME#IRDY#TRDY#DEVSEL#12345678FASTMEDSLOW……图3.6设备选择的时序关系注意DEVSEL#与FRAME#、TRDY#的关系，无DEVSEL#信号时的处理。DEVSEL#由从设备共享使用，并由被选中的从设备驱动。．总线上的读操作CLKFRAME#123456789ADC/BE#IRDY#TRDY#DEVSEL#ADDRESSDATA1DATA2DATA3BUSCMDBE#s地址期数据期数据期数据期PCI读操作时序．总线上的写操作CLKFRAME#123456789ADC/BE#IRDY#TRDY#DEVSEL#ADDRESSDATA2DATA1DATA3BUSCMD地址期数据期数据期数据期PCI写操作时序BEs1BEs2BEs3．传输的终止过程(1)由主设备提出的终止(2)由从设备提出的终止•传输结束•超时(GNT#信号在内部延时计数器满后仍无效)•死锁后重试•断开（8个时钟周期内从设备不能对主设备做出响应）。撤消FRAME#，建立IRDY#，直到TRDY#有效后传输完最后一个数据发出STOP#信号并保持其有效，直到FRAME#撤消为止。