計(jì)算機(jī)總線技術(shù)

1、2022-2-261 隨著微處理器技術(shù)的飛速發(fā)展，總線技術(shù)也得到不隨著微處理器技術(shù)的飛速發(fā)展，總線技術(shù)也得到不斷創(chuàng)新。先后出現(xiàn)了斷創(chuàng)新。先后出現(xiàn)了ISA、MCA、EISA、VESA、PCI、AGP、IEEE1394、SATA、USB等總線。等總線。 芯片內(nèi)部的總線技術(shù)也在不斷發(fā)展，芯片內(nèi)部的總線技術(shù)也在不斷發(fā)展，AMBA、Core Connect 、CoreRAM等已經(jīng)形成集成電路內(nèi)部十分等已經(jīng)形成集成電路內(nèi)部十分具有競爭力的總線標(biāo)準(zhǔn)。具有競爭力的總線標(biāo)準(zhǔn)。 工業(yè)控制的工業(yè)控制的CAN、PROFIBUS，F(xiàn)F等現(xiàn)場總線技術(shù)。等現(xiàn)場總線技術(shù)。 總線的數(shù)據(jù)傳輸速度也不斷提升，目前，總線的數(shù)據(jù)傳輸速

2、度也不斷提升，目前，AGP局部局部總線數(shù)據(jù)可達(dá)總線數(shù)據(jù)可達(dá)528MB/s，PCI-X可達(dá)可達(dá)1GB/s，系統(tǒng)總，系統(tǒng)總線傳輸速率也由線傳輸速率也由66MB/s提高到提高到100MB/s甚至更高的甚至更高的133MB/s、150MB/s、200MB/s。 2022-2-262PCI-E槽槽: PCI-Express，Intel提出，提出，可全面取代現(xiàn)行的可全面取代現(xiàn)行的PCI和和AGP，最終實(shí)，最終實(shí)現(xiàn)總線標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一。傳輸率目前最高現(xiàn)總線標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一。傳輸率目前最高可達(dá)到可達(dá)到10GB/s以上以上AGP槽槽: Accelerate Graphical Port，加速圖形接口，加速圖形接口，實(shí)質(zhì)為實(shí)

3、質(zhì)為PCI 2.1 DIMM槽槽: Dual Inline Memory Module，雙列直插內(nèi)存模塊雙列直插內(nèi)存模塊 ISA 槽槽南橋主要是負(fù)責(zé)南橋主要是負(fù)責(zé)IO 北橋用于北橋用于CPU和內(nèi)存、顯卡、和內(nèi)存、顯卡、PCI交換數(shù)據(jù)交換數(shù)據(jù) 2022-2-263計(jì)算機(jī)總線技術(shù) 總線的基本概念總線的基本概念 內(nèi)部總線內(nèi)部總線 外部總線外部總線2022-2-2641 總線的基本概念總線的基本概念總線就是一組信號線的集合，它定義了各引總線就是一組信號線的集合，它定義了各引線的信號、電氣和機(jī)械特性，使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)線的信號、電氣和機(jī)械特性，使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部的各部件之間以及外部的各系統(tǒng)之間建內(nèi)部的各部件之間

4、以及外部的各系統(tǒng)之間建立信號聯(lián)系，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞和通信。立信號聯(lián)系，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞和通信。 規(guī)定了各引線的信號、時(shí)序、電氣和規(guī)定了各引線的信號、時(shí)序、電氣和機(jī)械特性機(jī)械特性 為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部各部件、各模塊之為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部各部件、各模塊之間或計(jì)算機(jī)各系統(tǒng)之間提供了標(biāo)準(zhǔn)的間或計(jì)算機(jī)各系統(tǒng)之間提供了標(biāo)準(zhǔn)的公共信息通路公共信息通路 采用總線標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)的計(jì)算機(jī)模采用總線標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)的計(jì)算機(jī)模板和設(shè)備具有很強(qiáng)的兼容性板和設(shè)備具有很強(qiáng)的兼容性 總線的定義總線的定義總線的特點(diǎn)總線的特點(diǎn)2022-2-265 按照總線內(nèi)部信息傳輸?shù)男再|(zhì)按照總線內(nèi)部信息傳輸?shù)男再|(zhì) ，總線可分為，總線可分為1.1 總線的分類總線

5、的分類數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線:DB 用于傳送數(shù)據(jù)信息用于傳送數(shù)據(jù)信息 地址總線地址總線: :AB 是專門用來傳送地址的是專門用來傳送地址的 控制總線控制總線: :CB 控制總線包括控制、時(shí)序和中斷信號線控制總線包括控制、時(shí)序和中斷信號線電源總線電源總線: :PB 用于向系統(tǒng)提供電源用于向系統(tǒng)提供電源2022-2-266 按照總線在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的層次位置按照總線在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的層次位置 ，總線可分為，總線可分為總線的分類（續(xù)）總線的分類（續(xù)）片內(nèi)總線片內(nèi)總線 (On-Chip Bus) 在集成電路的內(nèi)部，用來連接各功能單元在集成電路的內(nèi)部，用來連接各功能單元的信息通路的信息通路 內(nèi)部總線內(nèi)部總線 (Int

6、ernal Bus) 用于計(jì)算機(jī)內(nèi)部模塊（板）之間通信用于計(jì)算機(jī)內(nèi)部模塊（板）之間通信外部總線外部總線 (External Bus)：又稱通訊總線：又稱通訊總線 用于計(jì)算機(jī)之間或計(jì)算機(jī)與設(shè)備之間通信用于計(jì)算機(jī)之間或計(jì)算機(jī)與設(shè)備之間通信2022-2-267 根據(jù)總線的數(shù)據(jù)傳輸方式根據(jù)總線的數(shù)據(jù)傳輸方式 ，總線可分為，總線可分為并行總線：每個(gè)信號都有自己的信號線并行總線：每個(gè)信號都有自己的信號線串行總線：所有信號復(fù)用一對信號線串行總線：所有信號復(fù)用一對信號線總線的分類（續(xù)）總線的分類（續(xù)）2022-2-268計(jì)算機(jī)總線結(jié)構(gòu)示意圖計(jì)算機(jī)總線結(jié)構(gòu)示意圖總線的分類（續(xù)）總線的分類（續(xù)）2022-2-26

7、9l在集成電路的內(nèi)部，用來連接各功能單元的信息通路。在集成電路的內(nèi)部，用來連接各功能單元的信息通路?？偩€的分類（續(xù)）總線的分類（續(xù)）片內(nèi)總線片內(nèi)總線l 受芯片面積及對外引腳數(shù)的限受芯片面積及對外引腳數(shù)的限制，片內(nèi)總線大多采用單總線結(jié)制，片內(nèi)總線大多采用單總線結(jié)構(gòu)，這有利于芯片集成度和成品構(gòu)，這有利于芯片集成度和成品率的提高，而對于內(nèi)部數(shù)據(jù)傳送率的提高，而對于內(nèi)部數(shù)據(jù)傳送速度要求較高的，也可采用雙總速度要求較高的，也可采用雙總線或三總線結(jié)構(gòu)。線或三總線結(jié)構(gòu)。l ASIC技術(shù)的出現(xiàn)，用戶也可以技術(shù)的出現(xiàn)，用戶也可以按照自己的要求，借助于適當(dāng)?shù)陌凑兆约旱囊?，借助于適當(dāng)?shù)腅DA工具，設(shè)計(jì)自己的芯片。

8、工具，設(shè)計(jì)自己的芯片。2022-2-2610 內(nèi)部總線是微機(jī)系統(tǒng)中最重要的總線，人們平常所說的微內(nèi)部總線是微機(jī)系統(tǒng)中最重要的總線，人們平常所說的微機(jī)總線就是指系統(tǒng)總線，如機(jī)總線就是指系統(tǒng)總線，如STD總線、總線、PC總線、總線、ISA總線、總線、PCI總線等總線等總線的分類（續(xù)）總線的分類（續(xù)）內(nèi)部總線：系統(tǒng)總線或板級總線內(nèi)部總線：系統(tǒng)總線或板級總線 按功能可分為數(shù)據(jù)總線按功能可分為數(shù)據(jù)總線DB、地址總線、地址總線AB、控制總線、控制總線 CB、和電源總線、和電源總線PB2022-2-2611數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線D：用于傳遞數(shù)據(jù)信息：用于傳遞數(shù)據(jù)信息總線寬度：數(shù)據(jù)信號線的根數(shù)?？偩€寬度：數(shù)據(jù)信號線

9、的根數(shù)。 決定設(shè)備獲得最大性能決定設(shè)備獲得最大性能 影響計(jì)算機(jī)系統(tǒng)性能影響計(jì)算機(jī)系統(tǒng)性能地址總線寬度：地址總線寬度： 地址線的根數(shù)地址線的根數(shù)決定直接尋址能力決定直接尋址能力避免避免IO地址與內(nèi)存地址的重疊地址與內(nèi)存地址的重疊地址總線地址總線A：用于傳遞地址信息：用于傳遞地址信息控制總線控制總線C：包括控制、時(shí)序和中斷信號線，用于傳遞各種包括控制、時(shí)序和中斷信號線，用于傳遞各種控制信息，決定了總線的性能好壞控制信息，決定了總線的性能好壞電源總線電源總線P：提供電源：提供電源2022-2-2612 如：如：IEEE-488、RS-232C、RS-485等等外部總線外部總線總線的分類（續(xù)）總線的分

10、類（續(xù)）2022-2-26131.2 總線主要性能指標(biāo)總線主要性能指標(biāo) 又稱總線傳輸率，表示在總線上每秒傳輸字節(jié)的多又稱總線傳輸率，表示在總線上每秒傳輸字節(jié)的多少，單位是少，單位是MB/S。影響總線傳輸率的因素有總線。影響總線傳輸率的因素有總線寬度、總線頻率等。一般的，寬度、總線頻率等。一般的，總線帶寬（總線帶寬（MB/S）= 1/8總線寬度總線寬度總線頻率總線頻率即總線工作時(shí)鐘頻率，單位為即總線工作時(shí)鐘頻率，單位為MHz，它是影響總，它是影響總線傳輸速率的重要因素之一。線傳輸速率的重要因素之一。又稱總線位寬，是總線可同時(shí)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)位數(shù)，又稱總線位寬，是總線可同時(shí)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)位數(shù)，用用bit（位

11、）表示，如（位）表示，如8位、位、16位、位、32位等。顯然，位等。顯然，總線的寬度越大，它在同一時(shí)刻就能夠傳輸更多總線的寬度越大，它在同一時(shí)刻就能夠傳輸更多的數(shù)據(jù)。的數(shù)據(jù)。2022-2-2614表明總線擁有多少信號線，是數(shù)據(jù)總線、地址表明總線擁有多少信號線，是數(shù)據(jù)總線、地址總線、控制總線和電源總線的總和。信號線數(shù)總線、控制總線和電源總線的總和。信號線數(shù)與總線性能不成正比，但一般與復(fù)雜度成正比。與總線性能不成正比，但一般與復(fù)雜度成正比?？煞譃橥椒绞胶彤惒椒绞健Ｔ谕椒绞较?，總線上可分為同步方式和異步方式。在同步方式下，總線上主模塊與從模塊進(jìn)行一次數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)間是固定的，主模塊與從模塊進(jìn)行一次

12、數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)間是固定的，并嚴(yán)格按照系統(tǒng)時(shí)鐘來統(tǒng)一定時(shí)主模塊、從模塊之間并嚴(yán)格按照系統(tǒng)時(shí)鐘來統(tǒng)一定時(shí)主模塊、從模塊之間的傳輸操作，只要總線上的設(shè)備都是高速的，就可達(dá)的傳輸操作，只要總線上的設(shè)備都是高速的，就可達(dá)到很高的總線帶寬。到很高的總線帶寬。采用多路復(fù)用技術(shù)，可以減少總線的數(shù)目。采用多路復(fù)用技術(shù)，可以減少總線的數(shù)目?？偩€控制方式總線控制方式包括并發(fā)工作、自動(dòng)配置、仲裁方式、包括并發(fā)工作、自動(dòng)配置、仲裁方式、邏輯方式、計(jì)數(shù)方式等。邏輯方式、計(jì)數(shù)方式等。2022-2-2615幾種微型計(jì)算機(jī)總線性能參數(shù)幾種微型計(jì)算機(jī)總線性能參數(shù) 名稱名稱ISA(PC-AT)EISASTDMCAPCIPCI-E適用

13、機(jī)型適用機(jī)型80286,386,486系列機(jī)系列機(jī)386,486,586 IBM系列系列機(jī)機(jī)Z-80，IBM-PC系列機(jī)系列機(jī)IBM個(gè)人個(gè)人機(jī)與工作機(jī)與工作站站P5個(gè)人機(jī)個(gè)人機(jī), PowerPC, Alpha工作站工作站全面取代現(xiàn)有全面取代現(xiàn)有內(nèi)部總線，實(shí)內(nèi)部總線，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)最大傳輸率最大傳輸率8MB/s33MB/s2MB/s33MB/s133MB/s1GB/s（1x）8GB/s（16x）總線寬度總線寬度8/16位位32位位8/16位位32位位32位位8位位總線頻率總線頻率8MHz8.33MHz2MHz10MHz2033MHz2.5GHz同步方式同步方式半同步半同步同步同步同步同步

14、異步異步同步同步支持同步支持同步地址寬度地址寬度2432243232/6432/64負(fù)載能力負(fù)載能力86無限制無限制無限制無限制3無限制無限制信號線數(shù)信號線數(shù)9814356109120164（x16）64位擴(kuò)展位擴(kuò)展不可不可無規(guī)定無規(guī)定不可不可可可可可可可多路復(fù)用多路復(fù)用非非非非非非是是是是2022-2-26161.3 總線的模板化結(jié)構(gòu)總線的模板化結(jié)構(gòu)模板化結(jié)構(gòu)模板化結(jié)構(gòu) 按功能劃分計(jì)算機(jī)的各個(gè)部件，并按總線標(biāo)按功能劃分計(jì)算機(jī)的各個(gè)部件，并按總線標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)成由總線連接的模板結(jié)構(gòu)：準(zhǔn)設(shè)計(jì)成由總線連接的模板結(jié)構(gòu)：CPU主板、主板、RAM/ROM存儲(chǔ)板、存儲(chǔ)板、A/D、D/A、DI、DO等等模板化結(jié)構(gòu)

15、的優(yōu)點(diǎn)模板化結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn) 增加計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的通用性、靈活性、開放增加計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的通用性、靈活性、開放性、擴(kuò)展性和可靠性性、擴(kuò)展性和可靠性 為系統(tǒng)的維修提供了方便為系統(tǒng)的維修提供了方便2022-2-2617 總線控制總線控制1.4 總線控制與總線傳輸總線控制與總線傳輸 將控制邏輯集中在一處將控制邏輯集中在一處(如在如在CPU中中) 。集中。集中控制是單總線、雙總線和三總線結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)控制是單總線、雙總線和三總線結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)主要采用的方式，常見的集中控制方式主要主要采用的方式，常見的集中控制方式主要有鏈?zhǔn)讲樵兎绞?、?jì)數(shù)器定時(shí)查詢方式和獨(dú)有鏈?zhǔn)讲樵兎绞?、?jì)數(shù)器定時(shí)查詢方式和獨(dú)立請求總線控制方式。立請求總線控

16、制方式。 將總線控制邏輯分散在與總線連接的各個(gè)部將總線控制邏輯分散在與總線連接的各個(gè)部件或設(shè)備上。如件或設(shè)備上。如CAN總線總線2022-2-2618 總線傳輸總線傳輸 總線上的數(shù)據(jù)在主模塊的控制下進(jìn)行傳送。一般的，總總線上的數(shù)據(jù)在主模塊的控制下進(jìn)行傳送。一般的，總線在完成一次傳輸周期時(shí)，可分為四個(gè)階段：線在完成一次傳輸周期時(shí)，可分為四個(gè)階段：由需要使用總線的主模塊由需要使用總線的主模塊(或主設(shè)備或主設(shè)備)提出申請，經(jīng)總線仲裁機(jī)提出申請，經(jīng)總線仲裁機(jī)構(gòu)決定在下一傳輸周期是否能獲得總線使用權(quán)；構(gòu)決定在下一傳輸周期是否能獲得總線使用權(quán)；取得了使用權(quán)的主模塊，通過總線發(fā)出本次打算訪問的從模取得了使用

17、權(quán)的主模塊，通過總線發(fā)出本次打算訪問的從模塊塊(或從設(shè)備或從設(shè)備)的存儲(chǔ)地址或設(shè)備地址及有關(guān)命令，啟動(dòng)參與的存儲(chǔ)地址或設(shè)備地址及有關(guān)命令，啟動(dòng)參與本次傳輸?shù)膹哪K；本次傳輸?shù)膹哪K；主模塊和從模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，數(shù)據(jù)由源模塊發(fā)出經(jīng)數(shù)主模塊和從模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，數(shù)據(jù)由源模塊發(fā)出經(jīng)數(shù)據(jù)總線流入目的模塊；據(jù)總線流入目的模塊；主模塊的有關(guān)信息均從系統(tǒng)總線上撤除，讓出總線使用權(quán)。主模塊的有關(guān)信息均從系統(tǒng)總線上撤除，讓出總線使用權(quán)。 申請分配階段申請分配階段尋址階段尋址階段數(shù)據(jù)傳輸階段數(shù)據(jù)傳輸階段結(jié)束階段結(jié)束階段2022-2-26192 內(nèi)部總線內(nèi)部總線 STD總線總線 PC系列總線系列總線2022-2-2

18、620STD總線起初設(shè)計(jì)為可用于總線起初設(shè)計(jì)為可用于64K存儲(chǔ)空間的存儲(chǔ)空間的8位總線，后發(fā)展成可用于尋址位總線，后發(fā)展成可用于尋址16M空間的空間的16位總線位總線美國美國PRO-LOGPRO-LOG公司公司19781978年推出，后被重新定名為年推出，后被重新定名為IEEE961IEEE9612.1 STD總線總線STD總線的特點(diǎn)：總線的特點(diǎn)：l56根并行總線，采用小模板結(jié)構(gòu)根并行總線，采用小模板結(jié)構(gòu), 尺寸為尺寸為165114mml模塊化的總體設(shè)計(jì)布局模塊化的總體設(shè)計(jì)布局l開放式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)開放式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)l兼容式總線結(jié)構(gòu)，擁有豐富的兼容式總線結(jié)構(gòu)，擁有豐富的I/O功能，廣泛適用功能，廣泛

19、適用于工業(yè)控制于工業(yè)控制l小模板結(jié)構(gòu)，模板尺寸小小模板結(jié)構(gòu)，模板尺寸小,可減少?zèng)_擊和震動(dòng)的影響可減少?zèng)_擊和震動(dòng)的影響2022-2-262156根并行總線都有明確的定義，按功根并行總線都有明確的定義，按功能可分為五大類能可分為五大類(1)邏輯電源線邏輯電源線6根根(引線引線16)(2)數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線8根根(引線引線714)(3)地址總線地址總線16根根(引線引線1530)(4)控制總線控制總線22根根(引線引線3152)(5)輔助電源線輔助電源線4根根(引線引線5356)STD總線的信號分配總線的信號分配2022-2-2622 總 線 低 位 地 址總 線 低 位 地 址A0A12直接連接直接

20、連接到各存儲(chǔ)器芯片到各存儲(chǔ)器芯片STD總線與存儲(chǔ)器連接方法總線與存儲(chǔ)器連接方法 高位地址高位地址A13A15用來選片（可選用來選片（可選64K基本存儲(chǔ)器，基本存儲(chǔ)器，通過擴(kuò)展，可增至通過擴(kuò)展，可增至128K）2022-2-2623 地址碼的低位地址碼的低位字節(jié)連接到總字節(jié)連接到總線譯碼器線譯碼器, 形成形成6根選板信號和根選板信號和2根選口信號根選口信號, 選通選通I/O端口工端口工作作STD總線與總線與I/O的連接方法的連接方法 （可選（可選128個(gè)個(gè)口，擴(kuò)展后可口，擴(kuò)展后可增至增至256個(gè)口）個(gè)口）2022-2-2624ISA：Industry Standard Architecture2

21、.2 PC系列總線系列總線MCA：Micro Channel ArchitectureEISA：Extension ISAPCI：Peripheral Components InterconnectIBM PC總線的簡稱，因總線的簡稱，因IBM及其兼容機(jī)的廣泛普及成為及其兼容機(jī)的廣泛普及成為全世界用戶承認(rèn)的一種事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)全世界用戶承認(rèn)的一種事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)PCI-E：PCI Express2022-2-2625問世較早，是問世較早，是8位、位、16位數(shù)據(jù)傳輸總線位數(shù)據(jù)傳輸總線的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)最高傳輸速率最高傳輸速率8Mbps尋址空間為尋址空間為16MB將將CPU看作唯一的主模塊，其余外設(shè)看作

22、唯一的主模塊，其余外設(shè)均為從模塊，包括可以暫時(shí)掌握總線均為從模塊，包括可以暫時(shí)掌握總線的的DMA和協(xié)處理器和協(xié)處理器 98根總線分成根總線分成5類：地址線、數(shù)據(jù)線、控制類：地址線、數(shù)據(jù)線、控制線、時(shí)鐘線和電源線線、時(shí)鐘線和電源線 ISA總線總線2022-2-2626IBM在推出在推出386時(shí)提出時(shí)提出數(shù)據(jù)、地址總線寬度數(shù)據(jù)、地址總線寬度32位，支持位，支持4GB的的尋址能力尋址能力數(shù)據(jù)傳輸速率數(shù)據(jù)傳輸速率33Mbps在電氣及物理上與在電氣及物理上與ISA不兼容不兼容IBM沒有公布標(biāo)準(zhǔn)沒有公布標(biāo)準(zhǔn)MCA總線（總線（Micro Channel Architecture）2022-2-2627 89

23、年，為沖破年，為沖破IBM公司對公司對MCA標(biāo)準(zhǔn)的壟斷，以標(biāo)準(zhǔn)的壟斷，以Compaq公司為首的公司為首的9家兼容機(jī)制造商聯(lián)合推出家兼容機(jī)制造商聯(lián)合推出 32位數(shù)據(jù)總線，支持位數(shù)據(jù)總線，支持32位地址通路位地址通路 總線主控技術(shù)，擴(kuò)展卡上具有總線主控處理器總線主控技術(shù)，擴(kuò)展卡上具有總線主控處理器 與與ISA兼容，支持多個(gè)主模塊兼容，支持多個(gè)主模塊 可以自動(dòng)根據(jù)需要進(jìn)行可以自動(dòng)根據(jù)需要進(jìn)行32、16、8位數(shù)據(jù)間的轉(zhuǎn)換位數(shù)據(jù)間的轉(zhuǎn)換 支持多總線主控模塊支持多總線主控模塊 擴(kuò)展卡的安裝十分容易，可根據(jù)配置文件自動(dòng)配置擴(kuò)展卡的安裝十分容易，可根據(jù)配置文件自動(dòng)配置系統(tǒng)和擴(kuò)展板系統(tǒng)和擴(kuò)展板EISA總線總線2

24、022-2-2628 PCI(Peripheral Component Interconnect，設(shè)備部件互連總線設(shè)備部件互連總線)是一種高性能局部總線，它是一種高性能局部總線，它是是92年由年由Intel公司帶頭制定的設(shè)備總線標(biāo)準(zhǔn)公司帶頭制定的設(shè)備總線標(biāo)準(zhǔn) 支持支持64位數(shù)據(jù)傳送、多總線主控模塊、線性猝位數(shù)據(jù)傳送、多總線主控模塊、線性猝發(fā)讀寫和并發(fā)工作方式發(fā)讀寫和并發(fā)工作方式 具有即插即用功能具有即插即用功能(PnP，Plug and Play) 最高傳送數(shù)據(jù)最高傳送數(shù)據(jù)132Mbps 兼容性強(qiáng)、成本低兼容性強(qiáng)、成本低PCI局部總線局部總線2022-2-2629 PCI總線特有的配置寄存器為

25、用戶使用提供了方便。系統(tǒng)總線特有的配置寄存器為用戶使用提供了方便。系統(tǒng)嵌入自動(dòng)配置軟件，在加電時(shí)自動(dòng)配置嵌入自動(dòng)配置軟件，在加電時(shí)自動(dòng)配置PCI擴(kuò)展卡，為用擴(kuò)展卡，為用戶提供了簡便的使用方法。戶提供了簡便的使用方法。 PCI局部總線已形成工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。它的高性能總線體系結(jié)構(gòu)局部總線已形成工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。它的高性能總線體系結(jié)構(gòu)滿足了不同系統(tǒng)的需求，低成本的滿足了不同系統(tǒng)的需求，低成本的PCI總線構(gòu)成的計(jì)算機(jī)總線構(gòu)成的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)達(dá)到了較高的性能系統(tǒng)達(dá)到了較高的性能/價(jià)格比水平。因此，價(jià)格比水平。因此，PCI總線被應(yīng)總線被應(yīng)用于多種平臺(tái)和體系結(jié)構(gòu)中。用于多種平臺(tái)和體系結(jié)構(gòu)中。 PCI總線的組件、擴(kuò)展板接口與處

26、理器無關(guān)，在多處理總線的組件、擴(kuò)展板接口與處理器無關(guān)，在多處理器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，數(shù)據(jù)能夠高效地在多個(gè)處理器之間傳輸。器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，數(shù)據(jù)能夠高效地在多個(gè)處理器之間傳輸。與處理器無關(guān)的特性，使與處理器無關(guān)的特性，使PCI總線具有很好的總線具有很好的I/O性能，性能，最大限度地使用各類最大限度地使用各類CPU/RAM的局部總線操作系統(tǒng)、的局部總線操作系統(tǒng)、各類高檔圖形設(shè)備和各類高速外部設(shè)備，如各類高檔圖形設(shè)備和各類高速外部設(shè)備，如SCSI、HDTV、3D等。等。2022-2-2630PCI總線結(jié)構(gòu)總線結(jié)構(gòu)2022-2-2631 PCI Express和和PCI不同的是實(shí)現(xiàn)了傳輸方式不同的是實(shí)現(xiàn)了傳輸方式

27、從并行到串行的轉(zhuǎn)變。從并行到串行的轉(zhuǎn)變。 PCI Express是采用點(diǎn)對點(diǎn)的串行連接方式，是采用點(diǎn)對點(diǎn)的串行連接方式，這個(gè)和以前的并行通道大為不同，這個(gè)和以前的并行通道大為不同， 允許和每個(gè)設(shè)備建立獨(dú)立的數(shù)據(jù)傳輸通道。不允許和每個(gè)設(shè)備建立獨(dú)立的數(shù)據(jù)傳輸通道。不用再向整個(gè)系統(tǒng)請求帶寬，這樣也就輕松地到用再向整個(gè)系統(tǒng)請求帶寬，這樣也就輕松地到達(dá)了高帶寬要求。達(dá)了高帶寬要求。PCI-E（PCI Express）總線）總線2022-2-2632PCI-E總線結(jié)構(gòu)總線結(jié)構(gòu)2022-2-2633 串行的點(diǎn)對點(diǎn)互連串行的點(diǎn)對點(diǎn)互連 差分信號傳送差分信號傳送 采用交換開關(guān)互連多臺(tái)設(shè)備采用交換開關(guān)互連多臺(tái)設(shè)備

28、 PCI Express 事務(wù)與包事務(wù)與包 PCI Express的事務(wù)分成兩類：的事務(wù)分成兩類： 非轉(zhuǎn)發(fā)事務(wù)，即請求者發(fā)送請求包給完成者，完成者返回非轉(zhuǎn)發(fā)事務(wù)，即請求者發(fā)送請求包給完成者，完成者返回完成包給請求者，如存儲(chǔ)器讀事務(wù)；完成包給請求者，如存儲(chǔ)器讀事務(wù)； 轉(zhuǎn)發(fā)事務(wù)，即只有請求者給完成者發(fā)送請求包，而完成者轉(zhuǎn)發(fā)事務(wù)，即只有請求者給完成者發(fā)送請求包，而完成者不用返回完成包給請求者，如存儲(chǔ)器寫事務(wù)不用返回完成包給請求者，如存儲(chǔ)器寫事務(wù) 具有更高的數(shù)據(jù)傳輸率具有更高的數(shù)據(jù)傳輸率PCI-E總線主要特點(diǎn)總線主要特點(diǎn)2022-2-2634 PCI Express設(shè)備采用層次結(jié)構(gòu)設(shè)備采用層次結(jié)構(gòu) 采

29、用層次結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢采用層次結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢 分散關(guān)注分散關(guān)注 松散耦合松散耦合 邏輯復(fù)用邏輯復(fù)用 標(biāo)準(zhǔn)定義標(biāo)準(zhǔn)定義 2022-2-2635 錯(cuò)誤處理錯(cuò)誤處理 具有優(yōu)先級的傳送具有優(yōu)先級的傳送 兩種中斷方式兩種中斷方式 一種是類似一種是類似PCI-X的的MSI協(xié)議，協(xié)議，PCI Express設(shè)備啟設(shè)備啟動(dòng)一個(gè)寫存儲(chǔ)器包，向根復(fù)合體發(fā)送一個(gè)中斷向量，動(dòng)一個(gè)寫存儲(chǔ)器包，向根復(fù)合體發(fā)送一個(gè)中斷向量，根復(fù)合體再中斷根復(fù)合體再中斷CPU。 另一種是使用中斷消息事務(wù)向根復(fù)合體傳送傳統(tǒng)另一種是使用中斷消息事務(wù)向根復(fù)合體傳送傳統(tǒng)PCI總線上的總線上的INT x信號的跳變情況，這種中斷方信號的跳變情況，這種中斷方式只對

30、具有傳統(tǒng)功能的端點(diǎn)設(shè)備和式只對具有傳統(tǒng)功能的端點(diǎn)設(shè)備和PCI Express-PCI橋的系統(tǒng)有用。橋的系統(tǒng)有用。 支持熱插拔（即帶電插拔，允許用戶在不關(guān)閉支持熱插拔（即帶電插拔，允許用戶在不關(guān)閉系統(tǒng)，不切斷電源的情況下取出設(shè)備）系統(tǒng)，不切斷電源的情況下取出設(shè)備）2022-2-26363 外部總線外部總線 外部總線又稱為外部總線又稱為通信總線通信總線，用于計(jì)算機(jī)之間，用于計(jì)算機(jī)之間，計(jì)算機(jī)與遠(yuǎn)程終端，計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備以及計(jì)計(jì)算機(jī)與遠(yuǎn)程終端，計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備以及計(jì)算機(jī)與測量儀器儀表之間的通信。算機(jī)與測量儀器儀表之間的通信。 該類總線不是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)已有的總線，而是利該類總線不是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)已有的總線，

31、而是利用電子工業(yè)或其他領(lǐng)域已有的總線標(biāo)準(zhǔn)。外部用電子工業(yè)或其他領(lǐng)域已有的總線標(biāo)準(zhǔn)。外部總線又分為總線又分為并行總線并行總線和和串行總線串行總線. 2022-2-2637 IEEE-488總線總線 RS-232-C總線總線 RS-422和和RS-485總線總線 通用串行總線（通用串行總線（USB）2022-2-2638 IEEE-488IEEE-488總線是一種并行外部總線，專門用總線是一種并行外部總線，專門用于計(jì)算機(jī)與測量儀器、輸入輸出設(shè)備，以及于計(jì)算機(jī)與測量儀器、輸入輸出設(shè)備，以及這些儀器設(shè)備之間的并行通信這些儀器設(shè)備之間的并行通信。 IEEE-488是是1970年由美國惠普公司開發(fā)的并行通

32、訊年由美國惠普公司開發(fā)的并行通訊總線總線,總線上連接的設(shè)備有三種，工作方式也有三種總線上連接的設(shè)備有三種，工作方式也有三種:3.1 IEEE-488總線總線 控者（控者（“控制控制”方式）：每時(shí)只能有一方式）：每時(shí)只能有一個(gè)個(gè) 聽者（聽者（“受話受話”方式）：同時(shí)可有多個(gè)方式）：同時(shí)可有多個(gè) 講者（講者（“送話送話”方式）：每時(shí)只能有一方式）：每時(shí)只能有一個(gè)個(gè)2022-2-2639IEEE-488總線的連接示意圖總線的連接示意圖DIO1 DIO8DAVNRFDNDAC EOI IFC ATN SRQREN 設(shè)備設(shè)備A 控者控者 講者講者 聽者聽者 計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī) 設(shè)備設(shè)備B 講講 者者 聽聽 者

33、者 電壓表電壓表1 1 設(shè)備設(shè)備C 講講 者者 聽聽 者者 設(shè)備設(shè)備D 聽聽 者者 數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線數(shù)數(shù) 據(jù)據(jù)控制線控制線接接 口口管理線管理線電壓表電壓表2 2打印機(jī)打印機(jī)2022-2-2640 接口管理總線接口管理總線 接口清除線接口清除線IFC、服務(wù)請求線、服務(wù)請求線SQR、注意線、注意線ATN、結(jié)束或識別線結(jié)束或識別線EQI、遠(yuǎn)程允許、遠(yuǎn)程允許RENIEEE-488總線的信號分配總線的信號分配IEEE-488共定義了共定義了24根線（其中根線（其中8根地線）根地線）數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線D1-D8D1-D8 數(shù)據(jù)傳送控制線數(shù)據(jù)傳送控制線 數(shù)據(jù)有效線數(shù)據(jù)有效線DAV、未準(zhǔn)備好接受數(shù)據(jù)線、未準(zhǔn)備好接

34、受數(shù)據(jù)線NRFD、未、未接受好數(shù)據(jù)線接受好數(shù)據(jù)線NDAC2022-2-2641數(shù)據(jù)傳輸率不得超過每秒數(shù)據(jù)傳輸率不得超過每秒1M字節(jié)字節(jié)總線上的設(shè)備數(shù)不得多于總線上的設(shè)備數(shù)不得多于15個(gè)個(gè)電纜總長度不超過電纜總長度不超過20m，兩設(shè)備間不，兩設(shè)備間不超過超過2m采用負(fù)邏輯采用負(fù)邏輯使用使用IEEE-488的約定的約定2022-2-2642采用異步方式，利用三條控制線進(jìn)行握手聯(lián)絡(luò)，采用異步方式，利用三條控制線進(jìn)行握手聯(lián)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)三線握手的數(shù)據(jù)傳輸實(shí)現(xiàn)三線握手的數(shù)據(jù)傳輸 IEEE-488總線數(shù)據(jù)傳送時(shí)序總線數(shù)據(jù)傳送時(shí)序2022-2-2643 RS-232-C總線是一種串行外部總線，?？偩€是一種串行外部

35、總線，專門 用 于 數(shù) 據(jù) 終 端 設(shè) 備門 用 于 數(shù) 據(jù) 終 端 設(shè) 備 D T E （ D a t a Terminal Equipment）和數(shù)據(jù)通信設(shè)備）和數(shù)據(jù)通信設(shè)備D C E （ D a t a C o m m u n i c a t i o n Equipment）之間的串行通信。）之間的串行通信。3.2 RS-232-C總線總線 是是1969年由美國電子工業(yè)協(xié)會(huì)（年由美國電子工業(yè)協(xié)會(huì)（EIA）從）從CCITT遠(yuǎn)程通信標(biāo)準(zhǔn)中導(dǎo)出的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。遠(yuǎn)程通信標(biāo)準(zhǔn)中導(dǎo)出的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。 2022-2-2644RS-232-C總線的接口連接器采用總線的接口連接器采用DB-25插頭和插座，插頭和插

36、座，其中陽性插頭（其中陽性插頭（DB-25-P）與）與DTE相連，陰性插座相連，陰性插座（DB-25-S）與）與DCE相連。相連。 RS-232-C總線的機(jī)械特性總線的機(jī)械特性RS-232-C 25個(gè)引腳只定義了個(gè)引腳只定義了22個(gè)。個(gè)。通常使用的通常使用的RS-232-C接口信號只有接口信號只有9根引腳，其插頭根引腳，其插頭插座在插座在RS-232-C的機(jī)械特性中都有規(guī)定。的機(jī)械特性中都有規(guī)定。最基本的三根線是發(fā)送數(shù)據(jù)線最基本的三根線是發(fā)送數(shù)據(jù)線2、接收數(shù)據(jù)線、接收數(shù)據(jù)線3和信號和信號地線地線72022-2-2645 MODEM控制和狀態(tài)引腳分為兩組控制和狀態(tài)引腳分為兩組 一組為一組為DTR

37、和和RTS，負(fù)責(zé)從計(jì)算機(jī)通過，負(fù)責(zé)從計(jì)算機(jī)通過RS-232C接接口送給口送給MODEM 另一組為另一組為DSR、CTS、DCD和和RI，負(fù)責(zé)從，負(fù)責(zé)從MODEM通過通過RS-232C接口送給計(jì)算機(jī)的狀態(tài)信息接口送給計(jì)算機(jī)的狀態(tài)信息 常用的常用的9根引腳分為兩類根引腳分為兩類：另一類是用于調(diào)制解調(diào)器（另一類是用于調(diào)制解調(diào)器（MODEM）的控制和反）的控制和反 映其狀態(tài)的引腳。映其狀態(tài)的引腳。 基本數(shù)據(jù)傳送引腳包括：基本數(shù)據(jù)傳送引腳包括：TXD、RXD和和GND 一類是基本的數(shù)據(jù)傳送引腳一類是基本的數(shù)據(jù)傳送引腳2022-2-2646RS-232C總線的電氣特性總線的電氣特性電氣連接方式：電氣連接方

38、式：TTL電平：電平：+5V為邏輯為邏輯“1”，0V為邏輯為邏輯“0”；EIA電平：電平：-3-15V為邏輯為邏輯“1”，+3+15V為邏輯為邏輯“0” 主要特點(diǎn)：主要特點(diǎn)：非平衡的連接方式非平衡的連接方式采用點(diǎn)對點(diǎn)通信采用點(diǎn)對點(diǎn)通信公用地線公用地線2022-2-2647最高通信速率為最高通信速率為115200bpsRS-232C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定通信距離應(yīng)小于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定通信距離應(yīng)小于15m。 電氣參數(shù)電氣參數(shù) 引線信號狀態(tài)引線信號狀態(tài) RS-232C標(biāo)準(zhǔn)引線狀態(tài)必須是以下三種之一，即標(biāo)準(zhǔn)引線狀態(tài)必須是以下三種之一，即SPACE/ MARK(空號空號/傳號傳號)、或、或ON/OFF(通通/斷斷)、或邏輯、

39、或邏輯0/邏輯邏輯1。引線邏輯電平引線邏輯電平 用用-3-15V表示邏輯表示邏輯1用用+3+15V表示邏輯表示邏輯0 短路抑制性能短路抑制性能 RS-232C的驅(qū)動(dòng)電路必須能承受電纜中任何的驅(qū)動(dòng)電路必須能承受電纜中任何導(dǎo)線短路導(dǎo)線短路 通信速率通信速率 2022-2-2648具有具有MODEM設(shè)備的遠(yuǎn)距離通信線路設(shè)備的遠(yuǎn)距離通信線路 RS-232-C總線的通信結(jié)構(gòu)總線的通信結(jié)構(gòu)2022-2-2649 不用不用MODEM的的 直接通信線路直接通信線路 最簡單的最簡單的RS-232C數(shù)據(jù)通信數(shù)據(jù)通信2022-2-26503.3 RS-422和和RS-485總線總線 RS-422A標(biāo)準(zhǔn)接口標(biāo)準(zhǔn)接口

40、RS-422由由RS-232C發(fā)展而來發(fā)展而來 RS-422是一種單機(jī)發(fā)送、多機(jī)接收的單向、平衡傳輸?shù)目偩€是一種單機(jī)發(fā)送、多機(jī)接收的單向、平衡傳輸?shù)目偩€標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn) RS-422標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了雙端電氣接口型式，使用雙端線傳送信號。它通過傳輸標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了雙端電氣接口型式，使用雙端線傳送信號。它通過傳輸線驅(qū)動(dòng)器，把邏輯電平變換成電位差，完成始端的信息傳送；通過傳輸線接線驅(qū)動(dòng)器，把邏輯電平變換成電位差，完成始端的信息傳送；通過傳輸線接收器，把電位差轉(zhuǎn)變成邏輯電平，實(shí)現(xiàn)終端的信息接收收器，把電位差轉(zhuǎn)變成邏輯電平，實(shí)現(xiàn)終端的信息接收2022-2-2651RS-422的數(shù)據(jù)信號采用差分傳輸方式傳輸。的數(shù)據(jù)信號采用差

41、分傳輸方式傳輸。RS-422 有有4 根信號線，兩根發(fā)送、兩根接收，根信號線，兩根發(fā)送、兩根接收，RS-422 的收與發(fā)是分的收與發(fā)是分開的，支持全雙工的通訊方式開的，支持全雙工的通訊方式 。RS-422的最大傳輸距離為的最大傳輸距離為1200m，最大傳輸速率為，最大傳輸速率為10Mbps。RS-422A接口電路接口電路 2022-2-2652RS-485標(biāo)準(zhǔn)接口標(biāo)準(zhǔn)接口RS-485是一種多發(fā)送器的電路標(biāo)準(zhǔn)，它是是一種多發(fā)送器的電路標(biāo)準(zhǔn)，它是RS-422A性能的性能的擴(kuò)展，是真正意義上的總線標(biāo)準(zhǔn)。擴(kuò)展，是真正意義上的總線標(biāo)準(zhǔn)。允許在二根導(dǎo)線允許在二根導(dǎo)線(總線總線)上掛接上掛接32臺(tái)臺(tái)RS-4

42、85負(fù)載設(shè)備。負(fù)載設(shè)備。負(fù)載設(shè)備可以是負(fù)載設(shè)備可以是發(fā)送器、被動(dòng)發(fā)發(fā)送器、被動(dòng)發(fā)送器、接收器或送器、接收器或組合收發(fā)器（發(fā)組合收發(fā)器（發(fā)送器和接收器的送器和接收器的組合）組合） 2022-2-2653RS485具有以下特點(diǎn)具有以下特點(diǎn)：RS-485的電氣特性：邏輯的電氣特性：邏輯“1”以兩線間的電壓差為以兩線間的電壓差為+2V+6V表示；邏輯表示；邏輯“0”以兩線間的電壓差為以兩線間的電壓差為-2V -6V表示。表示。RS-485的數(shù)據(jù)最高傳輸速率為的數(shù)據(jù)最高傳輸速率為10MbpsRS-485接口是采用平衡驅(qū)動(dòng)器和差分接收器的組接口是采用平衡驅(qū)動(dòng)器和差分接收器的組合，抗共模干擾能力增強(qiáng)。合，抗

43、共模干擾能力增強(qiáng)。RS-485接口的最大傳輸距離為接口的最大傳輸距離為1200m，在總線上是，在總線上是允許連接多達(dá)允許連接多達(dá)128個(gè)收發(fā)器個(gè)收發(fā)器,即具有多站能力和多機(jī)通即具有多站能力和多機(jī)通信功能。信功能。2022-2-2654RS-485與與RS-422的區(qū)別在于：的區(qū)別在于：硬件線路上，硬件線路上，RS-422至少需要至少需要4根通信線，而根通信線，而RS-485僅需僅需2根；根；RS-422不能采用總線方式通不能采用總線方式通信，但可以采用環(huán)路方式通信，而信，但可以采用環(huán)路方式通信，而RS-485兩者兩者均可。均可。通信方式上，通信方式上，RS-422可以全雙工，而可以全雙工，而R

44、S-485只能半雙工。只能半雙工。2022-2-2655串行總線協(xié)議轉(zhuǎn)換器串行總線協(xié)議轉(zhuǎn)換器 2022-2-2656USB設(shè)備的主要特點(diǎn)設(shè)備的主要特點(diǎn)采用采用USB接口的設(shè)備支持熱拔插接口的設(shè)備支持熱拔插USB接口可以同時(shí)連接接口可以同時(shí)連接127臺(tái)臺(tái)USB設(shè)備。設(shè)備。速度方面，速度方面，USB 1.1總線規(guī)范定義了總線規(guī)范定義了12 Mb/s的帶的帶寬，而寬，而USB2.0可提供可提供480Mb/s的傳輸速度，的傳輸速度，USB3.0傳輸速度為傳輸速度為4.8Gb/s。USB總線能夠提供總線能夠提供500mA的電流，的電流，USB3.0為為900mA。 3.4 USB通用串行總線通用串行總線

45、USB (Universal Serial Bus) 協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn) USB1.0、USB1.1、USB2.0、USB On-The- Go（OTG）、）、USB3.0總線標(biāo)準(zhǔn)總線標(biāo)準(zhǔn) 2022-2-2657USB傳輸速率及其適用范圍傳輸速率及其適用范圍 2022-2-2658USB總線系統(tǒng)中的設(shè)備可以分為三個(gè)類型總線系統(tǒng)中的設(shè)備可以分為三個(gè)類型USB主機(jī)主機(jī)USB 集線器（集線器（HUB）USB總線的設(shè)備，又稱總線的設(shè)備，又稱USB功能外設(shè)。功能外設(shè)。USB設(shè)備及其體系結(jié)構(gòu)設(shè)備及其體系結(jié)構(gòu)2022-2-2659USB的傳輸方式的傳輸方式控制控制(Control)傳輸方式傳輸方式設(shè)備控制指令

46、、狀態(tài)查詢及確認(rèn)命令設(shè)備控制指令、狀態(tài)查詢及確認(rèn)命令中斷中斷(Interrupt)傳輸方式傳輸方式數(shù)據(jù)量小、需及時(shí)處理的數(shù)據(jù)，如鍵盤、鼠標(biāo)數(shù)據(jù)量小、需及時(shí)處理的數(shù)據(jù)，如鍵盤、鼠標(biāo)同步同步(Isochronous)傳輸方式傳輸方式對數(shù)據(jù)正確性要求不高、對時(shí)間敏感的外部設(shè)備，對數(shù)據(jù)正確性要求不高、對時(shí)間敏感的外部設(shè)備，如麥克風(fēng)、喇叭如麥克風(fēng)、喇叭批批(Bulk)傳輸方式傳輸方式正確無誤的大批量數(shù)據(jù)，如移動(dòng)硬盤、打印機(jī)、正確無誤的大批量數(shù)據(jù)，如移動(dòng)硬盤、打印機(jī)、掃描儀和數(shù)碼相機(jī)掃描儀和數(shù)碼相機(jī)2022-2-2660 所有所有USB外設(shè)都有一個(gè)上行的連接，上外設(shè)都有一個(gè)上行的連接，上 行連接采用行連接

47、采用A型接口，而下行連接一般則型接口，而下行連接一般則采用采用B型接口。型接口。USB設(shè)備的電氣連接設(shè)備的電氣連接USB連接分為上行連接和下行連接。連接分為上行連接和下行連接。USB電纜中有四根導(dǎo)線，電纜中有四根導(dǎo)線，VBUS為電為電源，源，+5V2022-2-2661USB連接設(shè)備和主機(jī)的連接方法連接設(shè)備和主機(jī)的連接方法 USB 集線器和設(shè)備的電阻連接集線器和設(shè)備的電阻連接2022-2-2662USB連接設(shè)備和主機(jī)的連接方法連接設(shè)備和主機(jī)的連接方法 USB集線器通過監(jiān)視差分?jǐn)?shù)據(jù)線來檢測設(shè)備是否已連接到集線集線器通過監(jiān)視差分?jǐn)?shù)據(jù)線來檢測設(shè)備是否已連接到集線器的端口上器的端口上.當(dāng)沒有設(shè)備連接到

48、當(dāng)沒有設(shè)備連接到USB端口時(shí)，端口時(shí)，D+和和D-通過下拉電阻通過下拉電阻Rpd電平是電平是近地的。近地的。USB設(shè)備必須至少在設(shè)備必須至少在D+和和D-線的任意一條上有一個(gè)上拉電阻線的任意一條上有一個(gè)上拉電阻Rpu 由于由于Rpu=1.5K,Rpd=15K ,所以數(shù)據(jù)線上會(huì)有所以數(shù)據(jù)線上會(huì)有90%的的Vcc電壓電壓集線器通過檢測不同的數(shù)據(jù)線電壓接近集線器通過檢測不同的數(shù)據(jù)線電壓接近Vcc來判別是哪一類來判別是哪一類USB設(shè)備連接到其端口上設(shè)備連接到其端口上如如D+電平接近電平接近Vcc，D-近地，則所連設(shè)備為全速設(shè)備近地，則所連設(shè)備為全速設(shè)備如如D-電平接近電平接近Vcc，D+近地，則所連設(shè)

49、備為低速設(shè)備近地，則所連設(shè)備為低速設(shè)備當(dāng)當(dāng)D+和和D-的電壓都降到的電壓都降到0.8V以下，并持續(xù)以下，并持續(xù)2.5微秒以上的話，微秒以上的話，就認(rèn)為該設(shè)備斷開連接了。就認(rèn)為該設(shè)備斷開連接了。2022-2-2663其他幾種常見的串行總線 I2C總線總線 SPI總線總線2022-2-2664串行通信串行通信：使用串口通信時(shí)，發(fā)送和接收到的每一個(gè)字符串行通信：使用串口通信時(shí)，發(fā)送和接收到的每一個(gè)字符實(shí)際上都是一次一位的傳送的，每一位為實(shí)際上都是一次一位的傳送的，每一位為1或者為或者為0采用串行總線技術(shù)可以使系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)大大簡化、系統(tǒng)采用串行總線技術(shù)可以使系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)大大簡化、系統(tǒng)的體積減小、可

50、靠性提高。同時(shí)，系統(tǒng)的更改和擴(kuò)充極為的體積減小、可靠性提高。同時(shí)，系統(tǒng)的更改和擴(kuò)充極為容易容易可分為可分為同步通信同步通信和和異步通信異步通信兩類兩類 同步通信：發(fā)送時(shí)鐘和接收時(shí)鐘保持嚴(yán)格的同步，如：同步通信：發(fā)送時(shí)鐘和接收時(shí)鐘保持嚴(yán)格的同步，如：I2C，SPI 異步通信：發(fā)送端和接收端可以由各自的時(shí)鐘來控制數(shù)據(jù)的異步通信：發(fā)送端和接收端可以由各自的時(shí)鐘來控制數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，這兩個(gè)時(shí)鐘源彼此獨(dú)立，互不同步。每個(gè)字符發(fā)送和接收，這兩個(gè)時(shí)鐘源彼此獨(dú)立，互不同步。每個(gè)字符都有開始位和停止位，一次同步一個(gè)字符，在開始位進(jìn)行同都有開始位和停止位，一次同步一個(gè)字符，在開始位進(jìn)行同步。如：步。如：UART

51、（RS232）2022-2-2665I2C總線（IIC、I2C） I2C（Inter IC Bus）總線是）總線是Philips公司開發(fā)的公司開發(fā)的一種雙向兩線串行總線，以實(shí)現(xiàn)集成電路之間一種雙向兩線串行總線，以實(shí)現(xiàn)集成電路之間的有效控制。目前，的有效控制。目前，Philips及其它半導(dǎo)體廠商及其它半導(dǎo)體廠商提供了大量的含有提供了大量的含有I2C總線的外圍接口芯片，總線的外圍接口芯片，I2C總線已成為廣泛應(yīng)用的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)之一總線已成為廣泛應(yīng)用的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)之一 I2C總線傳輸率總線傳輸率 標(biāo)準(zhǔn)模式下，基本的標(biāo)準(zhǔn)模式下，基本的I2C總線規(guī)范的規(guī)定的數(shù)據(jù)傳輸總線規(guī)范的規(guī)定的數(shù)據(jù)傳輸速率為速率為100kb

52、/s 快速模式下，數(shù)據(jù)傳輸速率為快速模式下，數(shù)據(jù)傳輸速率為400KB/s 高速模式下，數(shù)據(jù)傳輸速率為高速模式下，數(shù)據(jù)傳輸速率為3.4Mb/s2022-2-2666 I2C總線采用二線制傳輸，一根是數(shù)據(jù)線總線采用二線制傳輸，一根是數(shù)據(jù)線SDA（Serial Data Line），另一根是時(shí)鐘線），另一根是時(shí)鐘線SCL（Serial Clock Line），所有），所有I2C器件都連接器件都連接在在SDA和和SCL上，每一個(gè)器件具有一個(gè)唯一的上，每一個(gè)器件具有一個(gè)唯一的地址地址 I2C總線是一個(gè)多主機(jī)總線，總線上可以有一總線是一個(gè)多主機(jī)總線，總線上可以有一個(gè)或多個(gè)主機(jī)（或稱主控制器件），總線運(yùn)行個(gè)

53、或多個(gè)主機(jī)（或稱主控制器件），總線運(yùn)行由主機(jī)控制由主機(jī)控制 主機(jī)是指啟動(dòng)數(shù)據(jù)的傳送（發(fā)起始信號）、發(fā)出時(shí)鐘信號、發(fā)出終止信號的器件。通常，主機(jī)由單片機(jī)或其它微處理器擔(dān)任 被主機(jī)訪問的器件叫從機(jī)（或稱從器件），它可以是其它單片機(jī)，或者其他外圍芯片，如：A/D、D/A、LED或LCD驅(qū)動(dòng)串行存儲(chǔ)器芯片2022-2-2667 I2C總線支持多主（總線支持多主（multi-mastering）和主從）和主從（master-slave）兩種工作方式）兩種工作方式 多主方式下，I2C總線上可以有多個(gè)主機(jī)。I2C總線需通過硬件和軟件仲裁來確定主機(jī)對總線的控制權(quán) 主從工作方式時(shí)，系統(tǒng)中只有一個(gè)主機(jī)，總線上的其

54、它器件均為從機(jī)（具有I2C總線接口），只有主機(jī)能對從機(jī)進(jìn)行讀寫訪問，因此，不存在總線的競爭等問題。在主從方式下，I2C總線的時(shí)序可以模擬 ，I2C總線的使用不受主機(jī)是否具有I2C總線接口的制約 在嵌入式系統(tǒng)的串行總線擴(kuò)展中，經(jīng)常遇到的是以MCU為主機(jī)，其它接口器件為從機(jī)的單主機(jī)情況2022-2-26682022-2-2669采用I2C總線設(shè)計(jì)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn) 功能框圖中的功能模塊與實(shí)際的外圍器件對應(yīng)，功能框圖中的功能模塊與實(shí)際的外圍器件對應(yīng)，可以使系統(tǒng)設(shè)計(jì)直接由功能框圖快速地過渡到可以使系統(tǒng)設(shè)計(jì)直接由功能框圖快速地過渡到系統(tǒng)樣機(jī)系統(tǒng)樣機(jī) 外圍器件直接外圍器件直接“掛在掛在”I2C總線上，不需設(shè)計(jì)總線

55、上，不需設(shè)計(jì)總線接口；增加和刪減系統(tǒng)中的外圍器件，不總線接口；增加和刪減系統(tǒng)中的外圍器件，不會(huì)影響總線和其他器件的工作，便于系統(tǒng)功能會(huì)影響總線和其他器件的工作，便于系統(tǒng)功能的改進(jìn)和升級的改進(jìn)和升級 集成在器件中的尋址和數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議可以使系集成在器件中的尋址和數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議可以使系統(tǒng)完全由軟件來定義統(tǒng)完全由軟件來定義2022-2-2670I2C總線的數(shù)據(jù)傳輸 I2C總線通過上拉電阻接正電源。當(dāng)總線空閑時(shí)，兩根總線通過上拉電阻接正電源。當(dāng)總線空閑時(shí)，兩根線均為高電平。連到總線上的任一器件輸出的低電平，線均為高電平。連到總線上的任一器件輸出的低電平，都將使總線的信號變低，即各器件的都將使總線的信號變低

56、，即各器件的SDA及及SCL都是都是線線“與與”關(guān)系關(guān)系2022-2-2671 1、數(shù)據(jù)位的有效性、數(shù)據(jù)位的有效性 I2C總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時(shí)，時(shí)鐘信號為高電平期間，總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時(shí)，時(shí)鐘信號為高電平期間，數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)必須保持穩(wěn)定數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)必須保持穩(wěn)定 只有在時(shí)鐘線上的信號為低電平期間，數(shù)據(jù)線上的只有在時(shí)鐘線上的信號為低電平期間，數(shù)據(jù)線上的高電平或低電平狀態(tài)才允許變化高電平或低電平狀態(tài)才允許變化2022-2-2672 2、起始和終止信號、起始和終止信號 SCL線為高電平期間，線為高電平期間，SDA線由高電平向低線由高電平向低電平的變化表示起始信號電平的變化表示起始信號 SCL線為高電平期

57、間，線為高電平期間，SDA線由低電平向高線由低電平向高電平的變化表示終止信號電平的變化表示終止信號 2022-2-2673 起始和終止信號都是由主機(jī)發(fā)出的，在起始信起始和終止信號都是由主機(jī)發(fā)出的，在起始信號產(chǎn)生后，總線就處于被占用的狀態(tài)；在終止號產(chǎn)生后，總線就處于被占用的狀態(tài)；在終止信號產(chǎn)生后，總線就處于空閑狀態(tài)信號產(chǎn)生后，總線就處于空閑狀態(tài) 連接到連接到I2C總線上的器件，若具有總線上的器件，若具有I2C總線的硬總線的硬件接口，則很容易檢測到起始和終止信號件接口，則很容易檢測到起始和終止信號 接收器件若無法立刻接收下一個(gè)字節(jié)，可以將接收器件若無法立刻接收下一個(gè)字節(jié)，可以將SCL線拉成低電平，

58、從而使主機(jī)處于等待狀態(tài)。線拉成低電平，從而使主機(jī)處于等待狀態(tài)。直到接收器件準(zhǔn)備好接收下一個(gè)字節(jié)時(shí)，再釋直到接收器件準(zhǔn)備好接收下一個(gè)字節(jié)時(shí)，再釋放放SCL線使之為高電平，從而使數(shù)據(jù)傳送可以線使之為高電平，從而使數(shù)據(jù)傳送可以繼續(xù)進(jìn)行繼續(xù)進(jìn)行 2022-2-2674 3、數(shù)據(jù)傳輸格式、數(shù)據(jù)傳輸格式 （1）字節(jié)傳送與應(yīng)答）字節(jié)傳送與應(yīng)答 每一個(gè)字節(jié)必須保證是每一個(gè)字節(jié)必須保證是8位長度。數(shù)據(jù)傳送時(shí)，位長度。數(shù)據(jù)傳送時(shí)，先傳送最高位（先傳送最高位（MSB），每一個(gè)被傳送的字節(jié)），每一個(gè)被傳送的字節(jié)后面都必須跟隨一位應(yīng)答位（即一幀共有后面都必須跟隨一位應(yīng)答位（即一幀共有9位）位） 2022-2-2675

59、由于某種原因從機(jī)不對主機(jī)尋址信號應(yīng)答時(shí)（如從機(jī)由于某種原因從機(jī)不對主機(jī)尋址信號應(yīng)答時(shí)（如從機(jī)正在進(jìn)行實(shí)時(shí)性的處理工作而無法接收總線上的數(shù)正在進(jìn)行實(shí)時(shí)性的處理工作而無法接收總線上的數(shù)據(jù)），它必須將數(shù)據(jù)線置于高電平，而由主機(jī)產(chǎn)生一據(jù)），它必須將數(shù)據(jù)線置于高電平，而由主機(jī)產(chǎn)生一個(gè)終止信號以結(jié)束總線的數(shù)據(jù)傳送個(gè)終止信號以結(jié)束總線的數(shù)據(jù)傳送 如果從機(jī)對主機(jī)進(jìn)行了應(yīng)答，但在數(shù)據(jù)傳送一段時(shí)間如果從機(jī)對主機(jī)進(jìn)行了應(yīng)答，但在數(shù)據(jù)傳送一段時(shí)間后無法繼續(xù)接收更多的數(shù)據(jù)時(shí)，從機(jī)可以通過對無法后無法繼續(xù)接收更多的數(shù)據(jù)時(shí)，從機(jī)可以通過對無法接收的第一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)的接收的第一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)的“非應(yīng)答非應(yīng)答”通知主機(jī)，主機(jī)通知主機(jī)

60、，主機(jī)則應(yīng)發(fā)出終止信號以結(jié)束數(shù)據(jù)的繼續(xù)傳送則應(yīng)發(fā)出終止信號以結(jié)束數(shù)據(jù)的繼續(xù)傳送 當(dāng)主機(jī)接收數(shù)據(jù)時(shí)，它收到最后一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)后，必當(dāng)主機(jī)接收數(shù)據(jù)時(shí)，它收到最后一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)后，必須向從機(jī)發(fā)出一個(gè)結(jié)束傳送的信號。這個(gè)信號是由對須向從機(jī)發(fā)出一個(gè)結(jié)束傳送的信號。這個(gè)信號是由對從機(jī)的從機(jī)的“非應(yīng)答非應(yīng)答”來實(shí)現(xiàn)的。然后，從機(jī)釋放來實(shí)現(xiàn)的。然后，從機(jī)釋放SDA線，線，以允許主機(jī)產(chǎn)生終止信號以允許主機(jī)產(chǎn)生終止信號2022-2-2676 （2）數(shù)據(jù)幀格式）數(shù)據(jù)幀格式 I2C總線上傳送的數(shù)據(jù)信號是廣義的，既包括地總線上傳送的數(shù)據(jù)信號是廣義的，既包括地址信號，又包括真正的數(shù)據(jù)信號址信號，又包括真正的數(shù)據(jù)信號 在起始信