第5章高速實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通信

1、5 高速實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通信高速實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通信 5.1 概述概述5.2 運(yùn)算與運(yùn)算與I/O的平衡的平衡 5.3 運(yùn)算與運(yùn)算與I/O的并行的并行5.4 數(shù)據(jù)通信方式數(shù)據(jù)通信方式電子工程與光電技術(shù)學(xué)院電子工程與光電技術(shù)學(xué)院電子工程教研室電子工程教研室5.1 概述概述 運(yùn)算能力與I/O能力匹配 運(yùn)算密集型算法 I/O密集型算法 I/O瓶頸問(wèn)題5.2 運(yùn)算與運(yùn)算與I/O的平衡的平衡運(yùn)算速度與I/O速度不匹配5.2.1 運(yùn)算和運(yùn)算和I/O5.2.2 數(shù)據(jù)采樣率和數(shù)據(jù)量數(shù)據(jù)采樣率和數(shù)據(jù)量 信號(hào)帶寬的增加 處理位數(shù)的提高 積累時(shí)間的延長(zhǎng) 處理方法的復(fù)雜化信息量增大，造成更加嚴(yán)重的IO瓶頸 5.2.3 處理單元個(gè)數(shù)處理

2、單元個(gè)數(shù) 隨著現(xiàn)代信號(hào)處理技術(shù)對(duì)處理機(jī)性能要求的不斷提高，單片處理機(jī)已經(jīng)滿(mǎn)足不了處理任務(wù)的要求了，必須應(yīng)用多片處理器進(jìn)行計(jì)算，處理器的數(shù)量在不斷增大。處理器的內(nèi)核處理速度的不斷加快，使得單個(gè)處理器的通信瓶頸已經(jīng)凸現(xiàn)，多處理器的通信瓶頸更加突出。目前又無(wú)好的并行處理開(kāi)發(fā)工具，數(shù)據(jù)通信難以單純用程序完成。 5.2.4 解決解決IO瓶頸的軟件途徑瓶頸的軟件途徑從算法軟件設(shè)計(jì)入手。采用運(yùn)算密集型的算法，或者以增加運(yùn)算來(lái)降低IO。通過(guò)改進(jìn)任務(wù)劃分和分配算法，增加運(yùn)算與IO比，使負(fù)載、運(yùn)算和IO平衡。 5.2.5 解決IO瓶頸的硬件途徑 增加數(shù)據(jù)通路 增加總線帶寬 增加其他通信口 增加板卡輸入輸出連線 提

3、高通信速率（ISAPCI PCI-E） 采用新技術(shù) （LVDS、光纖、 SERDES ）5.3 運(yùn)算和運(yùn)算和IO的并行的并行5.4 數(shù)據(jù)通信方式數(shù)據(jù)通信方式5.4.1 數(shù)據(jù)通信分類(lèi)通信的結(jié)構(gòu) 多點(diǎn)到多點(diǎn)、點(diǎn)到多點(diǎn)和點(diǎn)到點(diǎn)的結(jié)構(gòu)。高速總線，如PCI、CPCI、PCI-E，VME等總線 準(zhǔn)總線，如CAN、USB和I2C總線等 總線標(biāo)準(zhǔn) 并行總線和串行總線(LVDS:1Gb/s ,USB:480 Mb/s , SERDES: 1Gb/s) 數(shù)據(jù)通信的接口 并行接口（打印口）和串行接口（RS232）5.4.2 總線的性能總線的性能四個(gè)指標(biāo) 數(shù)據(jù)寬度(data width)、 速率(cycle rate

4、)、 設(shè)備管理(device management) 類(lèi)型(device type) 三個(gè)參數(shù) 總線的帶寬 總線的位寬 總線的工作時(shí)鐘頻率5.4.3 總線標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展總線標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展低端總線 如ISA總線、RS232、I2C。高端總線 如32位或 64位的 PCI、VME總線。PCI已取代ISA，PCI總線包括它的變種（如 Compact PCI、 PCI Express ）占主導(dǎo)地位。串行總線 LVDS、USB、SERDES、SATA、PCI-E5.4.3.1 ISA總線總線 工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)（Industry Standard architecture）總線，在 PC機(jī)剛起步時(shí)就已出現(xiàn)，到目前仍在

5、一些系統(tǒng)中服役。雖然由于傳輸率、成本、體積、性能等方面的原因、它將被PCI總線所取代。由于它作為一個(gè)基礎(chǔ)，這里還是簡(jiǎn)要地介紹。 ISA總線經(jīng)歷了8位標(biāo)準(zhǔn)總線（PCXT）、16位標(biāo)準(zhǔn)總線（PCAT），甚至 32位標(biāo)準(zhǔn)總線（EISA，VESA）的歷程，目前服役的ISA總線一般為16位標(biāo)準(zhǔn)總線。 主要包括完整的DP多路復(fù)用地址總線A19A0、8位數(shù)據(jù)總線D0D7及用于IO接口及存儲(chǔ)器、中斷與DMA的一組控制線、電源、地、晶振等。 16位ISA總線是在8位ISA總線的基礎(chǔ)上加上一個(gè)額外的接插件構(gòu)成的。16位ISA總線在8位ISA總線的基礎(chǔ)上，將地址總線擴(kuò)展至A0A23；數(shù)據(jù)總線擴(kuò)展至 D0D15；另外

6、還增加了一些用于中斷及 DMA的信號(hào)。 EISA即擴(kuò)展的ISA結(jié)構(gòu)是對(duì)ISA的一個(gè) 32位的修正版。與 ISA總線比起來(lái)，它是將ISA總線插槽加密而得到的32位數(shù)據(jù)總線寬度。由于EISA采用的總線制造技術(shù)及數(shù)據(jù)的實(shí)發(fā)方式為許多現(xiàn)代總線所采用，盡管EISA已經(jīng)消亡， 但它作為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)總線發(fā)展中的總基石地位不可動(dòng)搖。8位標(biāo)準(zhǔn)ISA總線、16位標(biāo)準(zhǔn)ISA總線及32位的EISA總線都工作在8 MHz的頻率下。 這使它們只能應(yīng)用于傳輸速率要求不高的場(chǎng)合，如EISA最常用的是磁盤(pán)控制器或圖形適配器。VESA在ESIA的基礎(chǔ)上將工作時(shí)鐘由8 MHz提高到33MHz，使數(shù)據(jù)傳輸數(shù)率大大提高，滿(mǎn)足了如視頻、磁

7、盤(pán)接口等場(chǎng)合的應(yīng)用要求。EISA在486PC機(jī)中得到了穩(wěn)定的應(yīng)用。VESA的總線接插件與EISA不同。EISA在ISA總線的基礎(chǔ)上加了一個(gè)VESA接插件。普通PC已取消，但PC104等還在用。 5.4.3.2 PCI總線總線 PCI（Peripheral Component Interconnect）總線的發(fā)展動(dòng)力從技術(shù)上來(lái)講可以歸功于GUI（Graphical user interface）的發(fā)展；圖形用戶(hù)接口以其良好的人機(jī)界面和操作方便的優(yōu)點(diǎn)得到迅速發(fā)展，Windows操作系統(tǒng)風(fēng)靡全球；圖報(bào)界面操作系統(tǒng)需要大容量存儲(chǔ)器。這些在刺激RAM發(fā)展的同時(shí)(SRAM、 DRAM、EDO RAM、SD

8、RAM、NVSDRAM、SBSRAM ）， 也促進(jìn)了信息傳輸渠道總線的發(fā)展。從成本的角度來(lái)講，用大量面向PCI總線的處理芯片構(gòu)造設(shè)計(jì)的單片機(jī)、工作站、外圍設(shè)備及板卡 的處理能力、智能控制水平和傳輸率都很高，并且可以節(jié)省成本1015。從市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的角度來(lái)看，PCI的誕生是Intel、Microsoft迅速發(fā)展?fàn)畲?，IBM的壟斷地位被打破的結(jié)果。PCI總線由Intel、IBM、Compaq、Ast、HP、DEC等100多家公司組成的PCI集團(tuán)于1991年提出的。PCI總線廣泛應(yīng)用于解壓卡、聲卡、顯卡、SCSI卡、網(wǎng)卡等。計(jì)算機(jī)外設(shè)中它的應(yīng)用范圍從便攜機(jī)到服務(wù)器，主要集中在臺(tái)式機(jī)中。 1、PCI總線優(yōu)

9、點(diǎn)總線優(yōu)點(diǎn) （1）高性能 數(shù)據(jù)通道可由32位升級(jí)到64位；同步總線操作達(dá)到 33 MHz；數(shù)據(jù)傳輸率可達(dá) 133 MBS或 266MBS；可變長(zhǎng)度線性地址的觸發(fā)反復(fù)讀寫(xiě)模式改善圖形質(zhì)量；低延遲隨機(jī)存?。浑[含的中心仲裁及處理器內(nèi)存子系統(tǒng)完全一致的處理能力等。 （2）低成本 最優(yōu)化的內(nèi)部結(jié)構(gòu)；電氣驅(qū)動(dòng)能力；頻率規(guī)范是標(biāo)準(zhǔn)的ASIC技術(shù)和其它處理技術(shù)結(jié)合的結(jié)晶；多路復(fù)用結(jié)構(gòu)減少了引腳數(shù)目和PCI部件的封裝尺寸；PCI擴(kuò)展卡獨(dú)立工作在ISA、EISA和MCA的系統(tǒng)中，減少了開(kāi)發(fā)成本，避免了用戶(hù)混亂。 （3）使用方便 能夠自動(dòng)配置參數(shù)；支持PCI局部總線擴(kuò)展板和部件；PCI設(shè)備寄存器用來(lái)存放設(shè)備配置信息

10、。這些信息允許計(jì)算機(jī)自動(dòng)地配置PCI卡。這種特性叫做即插即用（plugandplay）。 (4）使用壽命長(zhǎng) 獨(dú)立處理器；可以支持多種處理器；可擴(kuò)展至64位尋址；支持5V3.3V信號(hào)環(huán)境等等。這都使PCI總線面向未來(lái)有較強(qiáng)的生命力。 （5）可靠性強(qiáng)，可操作性好 擴(kuò)展板小型化。使用擴(kuò)展卡允許超過(guò)系統(tǒng)電力負(fù)荷預(yù)算的最大值，以便硬件能進(jìn)行32000多個(gè)小時(shí)的電子Spice模擬試驗(yàn)驗(yàn)證。 32位和 64位擴(kuò)展卡和部件正反向兼容，排除緩沖和粘附邏輯，在局部總線的部件級(jí)滿(mǎn)足負(fù)載和頻率的需求，以滿(mǎn)足擴(kuò)展中的可靠性和可操作性，并具有MCA微通道擴(kuò)展連接器。 （6）適應(yīng)性 多主控允許任何PCI主設(shè)備和主設(shè)備之間進(jìn)

11、行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的訪問(wèn)。（7）數(shù)據(jù)完整性 PCI提供了數(shù)據(jù)和地址奇偶校驗(yàn)，客戶(hù)機(jī)平臺(tái)更加可靠。（8）軟件兼容性 PCI部件和驅(qū)動(dòng)程序可以用于各種不同的平臺(tái)。 2、PCI總線的地址數(shù)據(jù)總線總線的地址數(shù)據(jù)總線 PCI的地址數(shù)據(jù)總線標(biāo)識(shí)為AD31AD0，為地址數(shù)據(jù)復(fù)用總線。在64位總線系統(tǒng)中，還有專(zhuān)門(mén)用于 傳送AD32AD63數(shù)據(jù)總線，該總線同樣被用來(lái)進(jìn)行地址總線擴(kuò)展。 PCI總線與以前的其它總線不同。它的設(shè)計(jì)不是以ISA總線為基礎(chǔ)的。另外，PCI總線采用的是地址總線和數(shù)據(jù)總線復(fù)用的形式。這樣使PCI總線的體積比較小。PCI總線的寬度可以是32位或64位，時(shí)鐘可以是33MHz或66MHz。3、PCI總線接口

12、設(shè)計(jì)總線接口設(shè)計(jì) PCI總線是外設(shè)元件互連總線，被認(rèn)為是最可靠、最靈活的方案。但并不是最簡(jiǎn)單，真正實(shí)現(xiàn)PCI總線接口有一定困難。主要體現(xiàn)在： PCI總線是同步總線，完全靠CLK信號(hào)同步各個(gè)狀態(tài)的翻轉(zhuǎn)。所有邏輯與控制都需要CLK嚴(yán)格同步時(shí)序。同時(shí)PCI總線負(fù)載能力差，僅能支持23個(gè)負(fù)載。這樣CLK時(shí)鐘的扇出問(wèn)題比較嚴(yán)重。 PCI總線接口遠(yuǎn)比ISA，EISA復(fù)雜得多。這種復(fù)雜的接口需要大量的邏輯單元來(lái)完成邏輯譯碼時(shí)序控制，并實(shí)現(xiàn)配置寄存器、用戶(hù)寄存器FIFO、后端設(shè)備接口。這使得接口電路邏輯十分復(fù)雜。 PCI總線規(guī)范的動(dòng)態(tài)指標(biāo)（如動(dòng)態(tài)特性交流參數(shù)、信號(hào)延遲時(shí)間、邊沿翻轉(zhuǎn)速度）非常高。這使得實(shí)現(xiàn)接口

13、電路邏輯的元件選擇有一定的困難。一般都采用FPGA，CPLD來(lái)實(shí)現(xiàn)，而對(duì)它們的使用本身也有一定的難度。 PCI總線接口設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是為了PCI總線提供主、從設(shè)備接口，要求能完成單一或觸發(fā)讀、寫(xiě)操作，可訪問(wèn)主存空間和IO空間，能產(chǎn)生奇偶校驗(yàn)信號(hào)等，其中最主要的任務(wù)便是完成主從設(shè)備之間的狀態(tài)機(jī)。PCI總線接口設(shè)計(jì)可以采用專(zhuān)用PCI接口芯片比如PCI9050，也可以采用EPLD/FPGA自主設(shè)計(jì)。4、 PCI總線的技術(shù)規(guī)范類(lèi)型總線的技術(shù)規(guī)范類(lèi)型 PCI總線規(guī)范是為板上局部總線的少量插卡而不是為無(wú)源背板而設(shè)計(jì)的。這種規(guī)范存在諸多不足，如帶負(fù)載能力差（3個(gè)，連接不夠可靠）等等。隨著PCI總線的發(fā)展和應(yīng)

14、用領(lǐng)域的拓寬，其它一些PCI技術(shù)規(guī)范被紛紛推出。 自1981年提出PCI總線到現(xiàn)在已經(jīng)出現(xiàn)了10多種相關(guān)PCI技術(shù)規(guī)范。 如無(wú)源背板PCI技術(shù)規(guī)范、無(wú)源背板橋接技術(shù)規(guī)范、Compact PCI技術(shù)規(guī)范、IEEE1386（PMC）夾層插卡技術(shù)規(guī)范、小型PCI（SPCI）技術(shù)規(guī)范、PC104技術(shù)規(guī)范、工業(yè)（PCI）技術(shù)規(guī)范、傳導(dǎo)散熱PCI（CCPMC）技術(shù)規(guī)范、PISA（PCI和EISA）技術(shù)規(guī)范、IEEEP1996高可靠性。PCI技術(shù)規(guī)范、PZCI技術(shù)規(guī)范等、其中 Compact PCI被認(rèn)為是比較有前途的一種技術(shù)規(guī)范。 下節(jié)將介紹 Compact PCI和在它的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的儀器用 PCI（

15、PXI）。5、Compact PCI和和 PXI 由于PCI總線具有開(kāi)放性、高性能、低成本和通用性等優(yōu)點(diǎn)，因而得到了飛速的發(fā)展和普及。但是PCI應(yīng)用于工控、通信和儀器領(lǐng)域時(shí)，PCI存在三個(gè)問(wèn)題： 在通信系統(tǒng)等要求高可靠性的系統(tǒng)中，主要設(shè)備的可使用性要求到達(dá)99.999，計(jì)算機(jī)要每天工作24個(gè)小時(shí)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)比通常商用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的要求要嚴(yán)格得多。要達(dá)到這一要求，一方面對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的建立要有高標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)要求；另一方面特別要求通信系統(tǒng)在不停電的情況下就能更換已換壞的插板熱切換能力（hotplug）。1998年通過(guò)Compact PCI標(biāo)準(zhǔn)具有熱切換能力。Compact PCI的熱切換支持三種模式：基本熱切換、

16、全熱切換和高可用性支持。 PCI采用的插卡機(jī)械性能不夠好，用于工業(yè)系統(tǒng)可靠性不夠高。因此在Compact PCI中采用了歐氏插卡（Eurocard）。歐氏插卡已經(jīng)廣泛使用于VME總線系統(tǒng)中。實(shí)踐證明歐式卡的組裝技術(shù)很成熟，特別適合于嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。它具有插卡垂向而平行地插入機(jī)箱的形式，有利于通風(fēng)散熱。每塊插卡都有金屬前面板，便于安裝連接器，并有指示燈。每塊插卡用螺釘鎖住，有較強(qiáng)的抗震能力；采用插入式電源模塊，便于維修，適合于安裝在標(biāo)準(zhǔn)化工業(yè)機(jī)架上。 原有的 PCI規(guī)范只允許容納 4塊插卡，對(duì)工業(yè)應(yīng)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。 Compact PCI規(guī)范規(guī)定采用無(wú)源底板，其主系統(tǒng)則可容納 8塊插卡。其實(shí)Com

17、pact PCI和 PCI規(guī)定的指標(biāo)一樣，只允許總線上有 10個(gè)負(fù)載。其中 PCI芯片加上臺(tái)式 PC機(jī)的連接器相當(dāng)于 2個(gè)負(fù)載。 每個(gè)插卡只允許增加2個(gè)負(fù)載。所以PCI的PC機(jī)總共只允許增加 4個(gè)附加卡，也即所謂的只能帶 4個(gè)負(fù)載。然而，Compact PCI通過(guò)改進(jìn)信號(hào)的端接方法，使 Compact PCI底板允許 8塊插卡。改進(jìn)的方法是：在總線板上的所有信號(hào)線都串接一個(gè)10的限流電阻。而且電阻安裝在距引腳15.2 mm以?xún)?nèi)的位置上，使之起到隔離作用，防止信號(hào)產(chǎn)生振蕩且能縮小延遲時(shí)間。必須接電阻的信號(hào)有：AD32.00、奇偶檢驗(yàn)信號(hào)PAR等33條。如果系統(tǒng)中有中斷信號(hào)，高速緩存或與64位總線

18、有關(guān)的信號(hào)也必須端接電阻，而時(shí)鐘CLK、總錢(qián)請(qǐng)求REQ、總線允許CNT、邊界掃描的一組信號(hào) TDI，TDO，TCK，TMS和測(cè)試復(fù)位信號(hào) TRST等不必端接電阻。因此在本質(zhì)上Compact是采用歐式插卡的PCI總線。 解決了 PCI總線上的上述三個(gè)問(wèn)題之后，美國(guó) PCIMG把Compact PCI標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)展至工業(yè)系統(tǒng)，使Compact PCI規(guī)范成為開(kāi)放的工業(yè)計(jì)算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)。目前 Compact PCI已經(jīng)占PCI市場(chǎng)的80。 6、PCI-E和和CPCI-E PCI Express規(guī)范是由Intel推出的下一代串行總線規(guī)范，在主板上將使用PCI Express 1代替現(xiàn)行的PCI接口，使用PCI E

19、xpress 16取代現(xiàn)行的AGP插槽。在最新的主板上已經(jīng)出現(xiàn)了這種新的接口，已有聲卡、顯卡、TV卡等產(chǎn)品。 優(yōu)點(diǎn)：采用串行方式，有效地提高頻率，達(dá)到更大的總線帶寬， CPU的占用率低。傳統(tǒng)PCI只能達(dá)到133MB/s的帶寬，而PCI Express 1單行就可以達(dá)到250MB/s的帶寬。 DSP與與PCI/CPCI總線的連接總線的連接采用采用CPCI總線的總線的TMS320C6201板卡板卡采用采用PCI總線的總線的TMS320C6701板卡板卡 5.4.3.3 VME總線總線 VME為英文Versabus Modular Eurocard的縮寫(xiě)，中譯文為Versa總線模塊歐式卡。VME總線

20、是一種開(kāi)放式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，它主要是為微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)制定的，其實(shí)是由Motorola公司制定的Versabus(邏輯、電氣特性)和歐洲的Eurocard標(biāo)準(zhǔn)(機(jī)械特性)構(gòu)成的。 Versabus總線是Motorola公司于1979年針對(duì)其68000微處理器定義的，因此VME總線接口在電氣和邏輯上類(lèi)似于68000微處理器。不過(guò)它只作概括性的規(guī)定，并不涉及或規(guī)定任何特定的微處理器。 自1981年10月Motorola，Mostek和Signetics公布第一版本以來(lái)，幾經(jīng)修改和完善，于1987年VME獲ANSI(美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局)IEEE的認(rèn)可，并正式宣布其為微處理器標(biāo)準(zhǔn)。 VME總線的開(kāi)放性及其優(yōu)良的機(jī)

21、械持性，獲得了廣泛市場(chǎng)。眾多廠商開(kāi)發(fā)出了用于工業(yè)控制、遠(yuǎn)程通訊和儀器儀表等領(lǐng)域的成千上萬(wàn)種VME總線插件產(chǎn)品，VME總線支持多處理器系統(tǒng)，地址總線32位，數(shù)據(jù)總線32位(最高64位)；能處理7級(jí)中斷，具有總線仲裁能力，VME數(shù)據(jù)傳輸總線為高速異步并行的，理論上數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)40Mbytess；實(shí)際為20Mbytess左右。 VME規(guī)范允許最多可容納21塊插件。VME總線插件分為：A型100/160mm(單高)；B型233/160mm(雙高)。A型的96根引腳連接器稱(chēng)P1連接器，P1由3列32根引腳構(gòu)成。B型帶有一個(gè)P1和P2連接器，P2的引腳和外形與P1相同。主要總線分布如下： （a）P1：

22、24位地址線A0A23；16位數(shù)據(jù)線D0D15；地址修改碼AM0M5；握手、仲裁、中斷和電源(+ 5V、+12V)等。 (b) P2：地址線A24A31；數(shù)據(jù)線D16D31等。采用VME總線的TMS320C6201板卡采用VME總線的超高速數(shù)據(jù)采集板卡5.4.3.4 LVDS總線總線 LVDS(Low Voltage Differential Signaling)是一種小振幅差分信號(hào)技術(shù)，它使用非常低的幅度信號(hào)(約350 mV)，通過(guò)一對(duì)差分PCB。走線或平衡電纜傳輸數(shù)據(jù)。它允許單個(gè)信道傳輸速率達(dá)到數(shù)百兆比特每秒，其特有的低振幅及恒流源模式驅(qū)動(dòng)只產(chǎn)生極低的噪聲，消耗非常小的功率。同時(shí)，LVDs

23、也是高速低功耗數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊粋€(gè)多任務(wù)接口標(biāo)準(zhǔn)。LVDS標(biāo)準(zhǔn)從1996年誕生以來(lái)，迅速被業(yè)界所接受，數(shù)量眾多的供應(yīng)商提供了各種不同的接口方案，允許信號(hào)速率高達(dá)1 GHz，傳輸距離達(dá)到數(shù)十米，而其功耗很小。LVDS總線的優(yōu)點(diǎn)：總線的優(yōu)點(diǎn)： 高速傳輸能力 點(diǎn)到點(diǎn)的連接，傳輸速率可達(dá)800 Mbs 低噪聲低電磁干擾 差分方式，恒流源驅(qū)動(dòng)不易產(chǎn)生振鈴和切換尖鋒信號(hào)，進(jìn)一步降低了噪聲。 低功耗 負(fù)載(100終端電阻)的功耗僅為1.2 mW。節(jié)省成本 低成本實(shí)現(xiàn)高性能，對(duì)電纜、連接器和PCB材料無(wú)荷刻要求，減少板面、層數(shù)、接插件和電纜。 5.4.3.5 USB總線總線 1、概述、概述 通用串行總線(Unive

24、rsal Serial Bus，USB)并不是一種新的總線標(biāo)準(zhǔn)，而是應(yīng)用在PC領(lǐng)域的新型接口技術(shù)。USB同傳統(tǒng)PC機(jī)IO接口相比，其功用有很大改變。它具有即插即用、數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量高、節(jié)省系統(tǒng)資源等多種優(yōu)點(diǎn)。隨著雙層ATX主板的盛行和USB20標(biāo)準(zhǔn)的推出，USB獲得了廣泛支持，現(xiàn)已成為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)連接外圍設(shè)備的IO接口標(biāo)準(zhǔn)的主流。 2、USB系統(tǒng)描述系統(tǒng)描述 USB系統(tǒng)包括三部分：USB設(shè)備、USB主機(jī)和USB連接。 每個(gè)USB系統(tǒng)有一臺(tái)USB主機(jī)，最多可擁有127臺(tái)外部設(shè)備。USB設(shè)備可分為HUB和功能外設(shè)二大類(lèi)。 3、USB總線協(xié)議總線協(xié)議 USB采用投票式總線結(jié)構(gòu)，并由主機(jī)系統(tǒng)的USB接口(即

25、主控制器)按照既定原則發(fā)起所有的數(shù)據(jù)傳輸。多數(shù)總線傳輸包括3種信息包，即令牌包、數(shù)據(jù)包和握手包。每次數(shù)據(jù)傳輸首先由主控器發(fā)送1個(gè)USB令牌包。該包包含PID類(lèi)型標(biāo)志、傳輸方向(由主機(jī)到終端或由終端到主機(jī))、USB設(shè)備地址和端口地址，然后由數(shù)據(jù)源傳輸一個(gè)數(shù)據(jù)包或者指示當(dāng)前沒(méi)有數(shù)據(jù)傳輸。通常在目的地以“握手包”進(jìn)行應(yīng)答，指示傳輸是否成功。 4、USB數(shù)據(jù)傳輸方式數(shù)據(jù)傳輸方式 USB體系結(jié)構(gòu)包括4種基本的數(shù)據(jù)傳輸方式。(1)同步傳輸；(2)控制傳輸；(3)中斷傳輸；(4)批量傳輸。 5、USB總線傳輸信息包總線傳輸信息包 USB總線傳輸包括3種信息包：令牌包、數(shù)據(jù)包、握手包。所有的信息包都以PID碼

26、開(kāi)始，標(biāo)志包和數(shù)據(jù)包都以CRC碼結(jié)束。事實(shí)上所有的USB包都以同步碼(SYNC)開(kāi)始。全低速設(shè)備使用8bit同步碼，高速設(shè)備使用32bit同步碼。任何同步碼的最后2bit是同步碼結(jié)束標(biāo)志，也是包標(biāo)志(PID)開(kāi)始標(biāo)志。SCL6SDA5A01A12A23VCC8WC7VSS4U12AT24C04AN-10SI-2.7FD025FD126FD227FD328FD429FD530FD631FD732FD852FD953FD1054FD1155FD1256FD131FD142FD153FA044FA145FA243CS/FLAGD47SLRD8SLWR9PKTEND46FLAGA36FLAGB37FL

27、AGC38READY40RESET49WAKEUP51INT41SLOE42IFCLK20AVCC10VCC16VCC214VCC318VCC424VCC534VCC639VCC750RSV21GND14GND27GND419GND317GND533GND635GND748AGND13SCL22SDA23D+15D-16XIN12XOUT11U5CY7C68001-56PVCD0D1D2D3D4D5D6D7D8D9D10D11D12D13D14D15L9BLM18PG121SN1+3.3VL10BLM18PG121SN1GNDUSB+USB-GND+3.3VGNDC218PFC118PF112

28、2X324MHZA0A1A2USB_CSRDWEUSB_PKTERESETUSB_INTUSB_WKUPUSB_FLAGAUSB_FLAGBUSB_FLAGCUSB_READYGNDU_SCLU_SDAUSBAGNDUSBAGND12C90.1UFC1010UFGNDUSB+USB-USB_VCC12345JP3 5.4.3.6 CAN總線總線 1、概念、概念 CAN(Controller Area Network)即控制器局域網(wǎng)，是一種多主方式的串行通信總線 ，非常適用于實(shí)時(shí)性強(qiáng)的控制領(lǐng)域。應(yīng)用于汽車(chē)電子、航空系統(tǒng)、自動(dòng)控制、智能大廈、電力系統(tǒng)、安防監(jiān)控等眾多領(lǐng)域，是目前國(guó)際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場(chǎng)總線之一。 2、特點(diǎn)、特點(diǎn) 1、高