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第八章系统总线与接口技术本章首先介绍了总线的概念和分类，然后对几种常用的总线接口标准作了详细介绍。8.1总线的概念和分类总线——BUS一组信号线的集合系统与系统之间或系统内部各部件之间进行信息传输所必需的全部信号线的总和。8.1.1总线的概念8位队列总线总线控制逻辑内部总线16位地址加法器20位地址总线16位数据总线总线接口部件BIU123456指令队列CSDSSSESEU控制器ALU暂存器标志寄存器执行部件EU通用寄存器AXAHALBXBHBLCXCHCLDXDHDLSPBPDISI80888086IP暂存器8086总线MPURAMROMI/O接口外设ABDBCB8.1.2总线的分类总线同步并行总线高速、高效通信距离短并行总线串行总线异步并行总线半同步并行总线同步串行总线异步串行总线距离远、简单速度慢8.1.2总线的分类总线片内总线（InChipBus）芯片总线（Component-LevelBus）内总线（Board-LevelBus）外总线（CommunicationBus）标准总线非标准总线国际标准总线、国家标准总线、企业标准总线8.1.3并行总线MPURAMROMI/O接口外设ABDBCB一、并行总线的构成地址总线AB、数据总线DB、控制总线CB二、并行总线的时序1、同步并行总线时序T写读其他控制线DBAB同步时钟RD/WR数据传送速率（或总线带宽）完全由同步时钟频率和数据总线宽度确定无法兼容总线上各种不同响应速度的设备二、并行总线的时序2、异步并行总线时序AB①③④①②③④写读MasterSlaveRD/WRDB②总线传输速度可根据设备的响应速度自动调整适应能力强全互锁握手方式握手信号二、并行总线的时序3、半同步并行总线时序能兼容总线上各种不同响应度的设备使同步总线达到与异步总线相同的功能TWCLK(M)ABDBRD/WRWAIT(s)写读三、并行总线的仲裁挂接在BUS上的主控设备：CPU、DMAC、DRAM刷新控制器、总线桥……仲裁方式“菊花链”总裁（串行）并行仲裁串并行二维仲裁三、并行总线的仲裁1、“菊花链”总线仲裁方式三线“菊花链”：总线请求BR、总线允许BG、总线忙BB模块1模块2模块N允许BG请求BR总线忙BB仲裁器………………三、并行总线的仲裁2、并行总线仲裁方式各模块均有独立的总线请求BR、总线允许BG模块1模块2模块N仲裁器请求1请求2请求N总线忙允许N允许1允许2三、并行总线的仲裁3、串并行二维总线仲裁方式各链路上优先级由总线判决器内部逻辑决定同一链路上则由离总线判决器的远近程度确定总线判决器BR1BG1BR2BG2ININC1C2C3C4BBBCLKOUTOUTOUT去下一台设备去下一台设备ININOUT四、并行总线标准名称PC-XTISA(PC-AT)EISASTDVESA(VL)MCAPCI适应机型8086PC286、386、486PC386、486、586PC工控机486、586系列PCIBMPS/2与工作站奔腾系列PC、工作站最大传输率4MB/s16MB/s33MB/s2MB/s266MB/s40MB/s133MB/s总线宽度8位16位32位8位32位32位32位总线时钟4MHz8MHz8.33MHz2MHz66MHz10MHz33MHz名称PC-XTISA(PC-AT)EISASTDVESA(VL)MCAPCI同步方式同步异步同步仲裁方式集中集中集中集中集中逻辑时序边缘敏感边缘敏感边缘敏感电平敏感边缘敏感地址宽度2024322032/64负载能力886无限制6无限制3信号线数143901094964位扩展不可不可无规定不可可可可自动配置无无无可可并发工作可可发方式可引脚复用非非非非非是8.1.4串行总线一、串行总线的构成只有数据总线，没有地址总线、控制总线总线上信息（数据、地址……）按位传输总线规模小，特别适用于远距离通信也可作为系统内部通信和近距离通信COM口RS-232、RS-485串行通信接口USB接口SPI/QSPI串行扩展接口I2CMicrowire二、串行总线的技术特点总线上信息（数据、地址……）按位传输1、传输方式：单工、半双工、全双工传输率bps波特率2、传输速率：110bps、300bps、1200bps、2400bps、4800bps、9600bps、19200bps……信号线数量少3、通信控制方式：降低了传输成本但对通信双方的收发电路来说，增加了复杂性速率相同约定数据传送格式差错控制应答控制……同步通信和异步通信以数据位之间的时间相关性来分类的发送方在时钟信号的下降沿发送字节接收方在时钟信号的上升沿接收字节01100001位时钟数据(61H)位1、同步传输方式(先发MSB)信息的字节与字节之间、位与位之间均与同步时钟有严格的时间关系同步通信和异步通信以数据位之间的时间相关性来分类的2、异步传输方式(先发LSB)信息的同一字节中虽有相对的时间关系但字节与字节之间无任何时间关系发送方利用一个内部时钟来确定什么时候发送每个位接收方检测开始信号的下降沿，然后利用它的内部时钟来从每一位中间附近读取接下来的位01010000位数据(61H)起始位位1停止位串行连接中具备3台或更多的设备时，所有设备共享一条通路，并用一个网络协议决定每台设备在什么时候可以发送由于只有数据总线，串行通信只保证串行数据的准确传输，而不关心该数据是什么意义所以必须要有相应的通信协议配合才能实现完整的数据通信功能4、差错控制误码检错和纠错奇偶校验CRC循环冗余校验…………三、串行总线标准目前应用最广泛的标准串行总线接口之一1、RS-232标准：空闲位第n个字符第n+1个字符起始奇偶校验停止起始11101/01/01/01/01/01/01/01/01/01/001111b0b1b2b3b4b5b6数据帧格式空闲、起始位、数据位、校验位、停止位接收端采用比数据速率高数倍（如16倍）的采样时钟对数据线上信号进行采样，并按照一定规则进行判决以恢复出数据信息收发双方的时钟差异不能超过一定限度，否则会造成数据采样判决错误此外，该方式还有利于提高抗干扰能力起始位数据传送定时采样时钟位0位1位20/10/11681616检测到起始位置前沿的时钟确定起始位置位采样时钟最初是为远程通信连接数据终端设备DTE与数据通信设备DCE而制定的2、RS-232C标准：该标准规定了22条控制信号线，使用DB25连接；常用信号线有8根，可使用DB9连接最简单的连接仅需3根连线MODEMTELLANInternetDCEDTERS-232CDB25引脚号DB9引脚号功能说明DB25引脚号DB9引脚号功能说明1保护地14（辅信道）发送数据（TxD）23发送数据（TxD）*15发送信号单元定时（DCE为源）32接收数据（RxD）*16（辅信道）接收数据（RxD）47请求发送（RTS）*17接收信号单元定时（DCE为源）58清除发送（CTS）*18未定义66数据通信设备准备好（DSR）*19（辅信道）请求发送（RTS）75信号地（公共地）*204数据终端准备好（DTR）*81数据载体检测（DCD）*21信号质量检测9（保留供数据通信设备测试）229振铃指示（RI）*10（保留供数据通信设备测试）23数据信号速率选择（DTE/DCE为源）11未定义24发送信号单元定时（DTE为源）12（辅信道）数据载体检测（DCD）25未定义13（辅信道）清除发送（CTS）RS-232C信号定义空号（Space）和控制、状态信号的逻辑“0”对应于电平＋3V～＋15V传号（Mark）和控制、状态信号的逻辑“1”对应于电平－3V～－15VRS-232C标准采用负逻辑：因此各终端通信必须经过电平转换可使用专用的电平转换芯片，如MAX232等采用了平衡差分传输技术，提高了共模抑制能力，大大减小了地线电位差引起的麻烦3、RS-422/423标准：为RS-422标准的改进增强版本，并兼容RS-422标准逻辑电平与传统数字逻辑TTL兼容，且对物理层没有任何严格要求4、RS-485标准：由Philips公司推出的用于IC之间的一种二线制全双工同步串行扩展总线串行数据线SDA、串行时钟线SCL5、I2C总线标准：SDASCL微控制器ALCD驱动静态RAM或EEPROM微控制器BADC矩阵开关USB（UniversalSerialBus）是外设与计算机连接的接口总线简化外设的连接过程，具备即插即用、热插拔、接口体积小、节省系统资源、传输可靠、良好的兼容性、共享式通信、低成本6、USB标准：鼠标U盘打印机摄像头…………其前身是1996年由苹果公司起草的，称之为火线（FireWire）并注册为其商标7、1394标准：速度高400Mbps800Mbps1.6Gbps……IEEE1394接口有6针和4针两种类型可提供8～40V最大1.5A电流供物理层使用作为一个工业标准的高速串行总线，已广泛用于数字摄像机、机顶盒、计算机及其外设等