第五章_總線技術(shù).

1、1第五章 總線技術(shù)2第五章 總線 總線的基本概念總線的基本概念 5 5.1.1 系統(tǒng)總線的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)總線的結(jié)構(gòu) 5 5.2.2 總線信息的傳送方式總線信息的傳送方式5 5.3.3 總線仲裁和定時(shí)總線仲裁和定時(shí) 5 5.4.4 實(shí)用總線標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用總線標(biāo)準(zhǔn) 5 5.5.535.1 總線的基本概念 總線指通過(guò)分時(shí)共享的方式，將信息以一個(gè)或多個(gè)源部件傳送到一個(gè)或多個(gè)目的部件的一組傳輸線。是計(jì)算機(jī)中傳輸數(shù)據(jù)的公共通道。 分時(shí)和共享是總線的兩個(gè)基本特性。 共享是指多個(gè)部件連接在同一條總線上，各個(gè)部件之間都可以通過(guò)這條總線來(lái)進(jìn)行信息的交換。 分時(shí)是指同一時(shí)刻，總線上只能傳輸一個(gè)部一個(gè)部件件發(fā)送出來(lái)的信息。 45

2、.1 總線的基本概念 總線的特性總線的特性一一 總線的分類(lèi)總線的分類(lèi)二二 總線的性能指標(biāo)總線的性能指標(biāo) 三三5一、總線的特性1.電氣特性電氣特性指總線上每一根傳輸線的信號(hào)傳遞方向和有效電平范圍。2.機(jī)械特性機(jī)械特性指總線在機(jī)械連接方式上的一些特性。3.功能特性功能特性指總線中每一根傳輸線的功能。 4.時(shí)間特性時(shí)間特性指總線的每一根傳輸線在什么時(shí)間內(nèi)有效，以及每一根線產(chǎn)生的信號(hào)之間時(shí)序關(guān)系。時(shí)間特性一般可以用信號(hào)的時(shí)序圖來(lái)表示。只有嚴(yán)格按照總線特性設(shè)計(jì)的部件或外設(shè)接口，才能保證系統(tǒng)的可靠傳輸和運(yùn)行。6二、總線的分類(lèi)1. 按連接部件分類(lèi) CPU內(nèi)部總線：即內(nèi)總線，是CPU內(nèi)部各部件之間的信息傳送線

3、。 系統(tǒng)總線：指連接CPU與主存或I/O接口之間的信息傳送線，它是連接整機(jī)系統(tǒng)的基礎(chǔ)。 通信總線：主要是用于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間或計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備之間的通信。2. 按數(shù)據(jù)傳送方式分類(lèi) 并行總線采用多根數(shù)據(jù)線同時(shí)傳送一個(gè)字節(jié)或一個(gè)字的所有位。 串行總線采用一根數(shù)據(jù)線一位一位地傳送數(shù)據(jù)。 7二、總線的分類(lèi)3. 按總線的通信定時(shí)方式分類(lèi) 同步總線：指互聯(lián)的部件或設(shè)備均通過(guò)統(tǒng)一的時(shí)鐘進(jìn)行同步，即所有的互聯(lián)的部件或設(shè)備都必須使用同一個(gè)時(shí)鐘（同步時(shí)鐘），在規(guī)定的時(shí)鐘節(jié)拍內(nèi)進(jìn)行規(guī)定的總線操作，來(lái)完成部件或設(shè)備之間的信息交換。 異步總線：指沒(méi)有統(tǒng)一的時(shí)鐘而依靠各部件或設(shè)備內(nèi)部定時(shí)操作，所有部件或設(shè)備是以信號(hào)握手的方

4、式進(jìn)行，即發(fā)送設(shè)備和接收設(shè)備互用請(qǐng)求（request）和確認(rèn)（acknowledgement）信號(hào)來(lái)協(xié)調(diào)動(dòng)作，總線操作時(shí)序不是固定的。因此，異步總線能兼容多種不同的設(shè)備，而且不必?fù)?dān)心時(shí)鐘變形或同步問(wèn)題使得總線長(zhǎng)度不受限制。例如，火線協(xié)議（Firewire 或IEEE1394）和USB2.0協(xié)議都是異步總線協(xié)議。 8三、總線的性能指標(biāo) 1.總線寬度：即數(shù)據(jù)總線寬度，指一次總線操作中通過(guò)總線傳送的數(shù)據(jù)位數(shù)，一般有8、16、32和64位。2.總線周期：指一次總線操作所用的時(shí)間。3.總線頻率：總線的工作頻率，單位是MHZ。工作頻率越高，總線工作速度越快，總線帶寬越寬。4.總線帶寬（標(biāo)準(zhǔn)傳輸率）：指單位

5、時(shí)間內(nèi)總線上可傳送的數(shù)據(jù)量，用每秒多少兆字節(jié)（MB/S）表示。總線帶寬=總線寬度/8總線工作頻率 MB/s5.信號(hào)線類(lèi)型：指信號(hào)線是專(zhuān)用還是分時(shí)復(fù)用。將地址線和數(shù)據(jù)線單獨(dú)設(shè)置可使寫(xiě)操作的性能更高，因?yàn)榈刂泛蛿?shù)據(jù)可在同時(shí)傳送出去。而采用分時(shí)復(fù)用可使總線利用率更高。6.仲裁方法：指集中式裁決還是分布式裁決。7.定時(shí)方式：指同步方式還是異步方式。95.2 系統(tǒng)總線的結(jié)構(gòu) 根據(jù)連接方式的不同，單機(jī)系統(tǒng)中采用的總線結(jié)構(gòu)有3種基本類(lèi)型：?jiǎn)慰偩€結(jié)構(gòu)、雙總線結(jié)構(gòu)和多總線結(jié)構(gòu)。10雙總線結(jié)構(gòu)11三總線結(jié)構(gòu)12四總線結(jié)構(gòu)135.3 總線信息的傳送方式 1. 并行傳送 并行傳送：指每一位數(shù)據(jù)需要1根傳輸線，多位數(shù)據(jù)

6、同時(shí)傳送。并行傳送的優(yōu)點(diǎn)是傳送速度快。但該傳送方式要求線數(shù)多，成本高，一般在近距離時(shí)采用并行傳送。系統(tǒng)總線上傳送的信息必須采用并行傳送方式 。 并行傳送的速度指標(biāo)為最大數(shù)據(jù)傳輸率（MB/S），例如，時(shí)鐘頻率為33MHZ的PCI總線的最大數(shù)據(jù)傳輸率為132MB/S（32位）164MB/S(64位)。145.3 總線信息的傳送方式 2.串行傳送 采用按位進(jìn)行傳送，發(fā)送用一根數(shù)據(jù)線，接收用一根數(shù)據(jù)線，適合于遠(yuǎn)距離傳輸。 發(fā)送方:并串轉(zhuǎn)換，接收方:串并轉(zhuǎn)換； 串行傳送的速度指標(biāo)為每秒鐘傳送的二進(jìn)制位數(shù)（波特率）。 串行傳送方式有異步方式和同步方式兩種。15串行傳送方式 異步方式：以一個(gè)字符為一個(gè)傳送單

7、位即一幀。一幀信息通常以1個(gè)起始位（低電平表示）和開(kāi)始；接著是58位數(shù)據(jù)位，數(shù)據(jù)位從低位到高位順序傳送；然后可以有（或沒(méi)有）一個(gè)校驗(yàn)位；最后是12個(gè)停止位（高電平）來(lái)作為一幀的結(jié)束。 同步方式：將若干個(gè)字符作為1個(gè)傳送單位或1個(gè)數(shù)據(jù)塊進(jìn)行傳送，在數(shù)據(jù)塊的開(kāi)始和結(jié)束處用1個(gè)或幾個(gè)同步字符做標(biāo)志，而數(shù)據(jù)塊中的各個(gè)字符不再有起始、停止附加位。 同步方式比異步方式速度快，但它要求由時(shí)時(shí)鐘鐘來(lái)實(shí)現(xiàn)發(fā)送端和接收端的同步，并且接口的硬件較復(fù)雜。165.3 總線信息的傳送方式3. 分時(shí)傳送分時(shí)傳送有兩種含義。一種是：指采用總線復(fù)用，即在傳輸線上既傳送地址信息，又傳送數(shù)據(jù)信息，這樣可以減少總線的線數(shù)，為此，必須

8、劃分時(shí)間片，使得同一總線上在不同的時(shí)間片中完成傳送地址和傳送數(shù)據(jù)的任務(wù)。二種是：指共享總線的部件分時(shí)使用總線。因?yàn)?，總線是系統(tǒng)的公共資源，可以有很多部件掛在總線上，但在一個(gè)時(shí)間片內(nèi)，總線只為一對(duì)互相交換信息的源設(shè)備和目的設(shè)備提供服務(wù)。所以，如果有多個(gè)設(shè)備要求使用總線時(shí)，要由總線控制器按時(shí)間片來(lái)分時(shí)提供服務(wù)。175.4 總線仲裁和定時(shí) 一、總線仲裁一、總線仲裁 總線仲裁和定時(shí)總線仲裁和定時(shí)二、總線的定二、總線的定時(shí)時(shí) 18一、總線仲裁總線上可以掛很多設(shè)備，但任一時(shí)刻都只能由一個(gè)設(shè)備控制和使用總線，此設(shè)備稱(chēng)為主設(shè)備。當(dāng)多個(gè)設(shè)備同時(shí)提出使用總線的請(qǐng)求時(shí)，必須由總線控制器按事先規(guī)定的原則進(jìn)行仲裁，確定

9、使用總線的先后次序，從而決定由哪一個(gè)設(shè)備控制總線，稱(chēng)為總線仲裁。除CPU外，I/O設(shè)備也可以提出總線請(qǐng)求。在對(duì)多個(gè)主設(shè)備提出的占用總線請(qǐng)求，一般采用優(yōu)先級(jí)或公平策略進(jìn)行仲裁。根據(jù)總線仲裁電路的位置不同，總線仲裁方式可分為： 集中式仲裁方式集中式仲裁方式 1 分布式仲裁分布式仲裁 2191、集中式仲裁方式 將總線訪問(wèn)的控制邏輯做在一個(gè)控制器中，通過(guò)將所有總線請(qǐng)求集中起來(lái)，采用一個(gè)特定的仲裁算法來(lái)進(jìn)行仲裁。 該總線控制器可能是處理器中的部件，也可能是一個(gè)獨(dú)立的控制單元。系統(tǒng)中每個(gè)設(shè)備至少有兩條控制線連接到總線控制器上 一條是送往總線控制器的總線請(qǐng)求信號(hào)BR； 另一條是總線控制器送出的總線授權(quán)信號(hào)B

10、G； （可能）還有一條送往總線控制器的總線忙信號(hào)BS。 常用的集中式總線仲裁方式重要有鏈?zhǔn)讲樵?xún)方式、計(jì)數(shù)器定時(shí)查詢(xún)方式和獨(dú)立請(qǐng)求方式。20鏈?zhǔn)讲樵?xún)方式 優(yōu)點(diǎn)：只用很少幾根線就能實(shí)現(xiàn)按一定優(yōu)先級(jí)的總線仲裁，并且鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)很容易擴(kuò)充設(shè)備。 缺點(diǎn)：對(duì)查詢(xún)鏈的電路故障很敏感，如果第i個(gè)設(shè)備接口中有關(guān)鏈的電路出現(xiàn)故障，則該設(shè)備后的設(shè)備都不能工作。 查詢(xún)鏈的優(yōu)先級(jí)是固定不變的，假如優(yōu)先級(jí)高的設(shè)備出現(xiàn)繁忙的總線請(qǐng)求，則優(yōu)先級(jí)低的設(shè)備可能長(zhǎng)期得不到總線的使用權(quán)。21計(jì)數(shù)器定時(shí)查詢(xún)方式 為總線上的每個(gè)設(shè)備分配一個(gè)總線地址，各設(shè)備的總線地址按連續(xù)值分配，并且在總線控制器中設(shè)置一個(gè)計(jì)數(shù)器，若設(shè)備數(shù)為N，計(jì)數(shù)器的位數(shù)n

11、應(yīng)滿(mǎn)足。總線請(qǐng)求信號(hào)BR和總線忙信號(hào)BS與鏈?zhǔn)讲樵?xún)方式同樣地與控制器連接。 計(jì)算器定時(shí)查詢(xún)方式的優(yōu)先級(jí)設(shè)置較為靈活，但它需要增加額外的計(jì)數(shù)線。 22獨(dú)立請(qǐng)求方式 優(yōu)點(diǎn)：響應(yīng)速度快，即確定優(yōu)先響應(yīng)的設(shè)備所花費(fèi)的時(shí)間少，不需要一個(gè)設(shè)備接一個(gè)設(shè)備地查詢(xún)；而且，對(duì)優(yōu)先級(jí)的控制非常靈活，總線控制器可以根據(jù)一定的仲裁算法給各請(qǐng)求線以固定的優(yōu)先級(jí)；也可以通過(guò)編程設(shè)置動(dòng)態(tài)優(yōu)先級(jí)；另外還可以用屏蔽（禁止）某個(gè)請(qǐng)求線的辦法，不響應(yīng)無(wú)效設(shè)備的請(qǐng)求。由于獨(dú)立請(qǐng)求方式的這些優(yōu)點(diǎn)，因此現(xiàn)代總線標(biāo)準(zhǔn)普遍采用獨(dú)立請(qǐng)求方式。232、分布式仲裁 分布式仲裁方式?jīng)]有獨(dú)立的總線控制器，總線上每個(gè)主設(shè)備都有自己的總線仲裁邏輯。每次總線

12、仲裁都由各個(gè)設(shè)備的總線仲裁邏輯根據(jù)一定的仲裁算法來(lái)決定自己是否占用總線。 常用的分布式仲裁方式分為： 自舉分布式仲裁 沖突檢測(cè)分布式仲裁 并行競(jìng)爭(zhēng)分布式仲裁24自舉分布式仲裁 自舉分布式仲裁方式中，每個(gè)設(shè)備有一根自己的總線請(qǐng)求線，每個(gè)需要總線請(qǐng)求的設(shè)備在各自的總線請(qǐng)求線上發(fā)出請(qǐng)求信號(hào)，同時(shí)接收其他設(shè)備的總線請(qǐng)求信號(hào)； 如果沒(méi)有接收到優(yōu)先級(jí)比自己高的設(shè)備的總線請(qǐng)求信號(hào)，且此時(shí)“總線忙”信號(hào)無(wú)效，則該設(shè)備可以立即使用總線，并發(fā)出“總線忙”信號(hào)以阻止其他設(shè)備使用總線。 如果一個(gè)設(shè)備在發(fā)出總線請(qǐng)求信號(hào)時(shí)，同時(shí)也檢測(cè)到其他優(yōu)先級(jí)更高的設(shè)備也請(qǐng)求使用總線，則該設(shè)備放棄本次對(duì)總線的請(qǐng)求。 “總線忙”信號(hào)是多

13、個(gè)設(shè)備共享的一根信號(hào)。 自舉分布式仲裁方式的缺點(diǎn)是：需要較多的連線，每個(gè)設(shè)備不僅要有發(fā)出總線請(qǐng)求的線，還要有接收其他設(shè)備的總線請(qǐng)求線。25沖突檢測(cè)分布式仲裁方式 主要用于網(wǎng)絡(luò)通信總線。 每個(gè)設(shè)備都可以獨(dú)立地請(qǐng)求總線，當(dāng)某個(gè)設(shè)備要使用總線時(shí)，它首先檢測(cè)是否有其他設(shè)備正在使用總線，如果沒(méi)有，則置總線忙，然后使用總線； 如果多個(gè)設(shè)備同時(shí)檢測(cè)到總線不忙而造成同時(shí)使用總線時(shí)會(huì)產(chǎn)生沖突，這時(shí)檢測(cè)到?jīng)_突，并按照某種策略在沖突的各方選擇一個(gè)設(shè)備獲得總線控制權(quán)。不同的系統(tǒng)可以有不同的沖突解決策略，例如，以太網(wǎng)中，在同時(shí)訪問(wèn)總線的情景發(fā)生時(shí)，設(shè)備便檢測(cè)到“沖突”，采用的策略是沖突的幾個(gè)設(shè)備都停止傳送，經(jīng)過(guò)一段隨機(jī)

14、延遲時(shí)間，再重新向搶占總線，直到搶占總線發(fā)送數(shù)據(jù)成功為止。這樣沖突就解決了，這也就是以太網(wǎng)的不確定性特征，是一種不可預(yù)測(cè)的仲裁方案。 26并行競(jìng)爭(zhēng)仲裁方式 每個(gè)主設(shè)備都有自己的仲裁號(hào)和控制器，當(dāng)某個(gè)設(shè)備有總線請(qǐng)求時(shí)，把它的仲裁號(hào)發(fā)送到共享的仲裁線上，每個(gè)設(shè)備的控制器將仲裁線上接收到的號(hào)與自己的仲裁號(hào)進(jìn)行比較，如果比自己的仲裁號(hào)大，則在仲裁線上撤銷(xiāo)自己的仲裁號(hào)。最后，競(jìng)爭(zhēng)獲勝者的仲裁號(hào)被保留在仲裁線上。顯然，這種方案中仲裁號(hào)越大，優(yōu)先級(jí)越高。 并行競(jìng)爭(zhēng)分布式仲裁比自舉分布式仲裁所需的的連接線要少，因?yàn)?，并行?jìng)爭(zhēng)分布式仲裁中，對(duì)于n根仲裁線可以表示個(gè)優(yōu)先級(jí)。例如，在并行競(jìng)爭(zhēng)分布式仲裁中，具有8根仲

15、裁線共可以表示256個(gè)優(yōu)先級(jí)，仲裁號(hào)為255的設(shè)備優(yōu)先級(jí)最高，仲裁號(hào)為0的設(shè)備優(yōu)先級(jí)最低。而在自舉分布式仲裁中，請(qǐng)求線是8根，只能表示8個(gè)優(yōu)先級(jí)，也即只有對(duì)8個(gè)設(shè)備進(jìn)行仲裁。27二、總線的定時(shí)總線的一次信息傳送過(guò)程，大致可分為五個(gè)階段： 請(qǐng)求總線階段； 總線仲裁階段； 尋址階段； 信息傳送階段； 結(jié)束階段。為了同步主方、從方的操作，必須制訂定時(shí)協(xié)議。定時(shí)：是指事件出現(xiàn)在總線上的時(shí)序關(guān)系。數(shù)據(jù)傳送過(guò)程中采用兩種定時(shí)方式： 同步定時(shí) 異步定時(shí)28同步定時(shí) 在同步定時(shí)中，總線上有一根設(shè)備公用的時(shí)鐘信號(hào)線，每個(gè)信號(hào)出現(xiàn)在總線上的時(shí)刻由總線時(shí)鐘信號(hào)來(lái)確定。 同步定時(shí)傳輸頻率較高。 適用于總線長(zhǎng)度較短、各

16、功能模塊存取時(shí)間比較接近的情況。當(dāng)各功能模塊存取時(shí)間相差很大時(shí)，會(huì)大大損失總線效率。 29異步定時(shí) 建立在應(yīng)答式或互鎖機(jī)制基礎(chǔ)上。不需要統(tǒng)一的公共時(shí)鐘信號(hào)。總線周期的長(zhǎng)度是可變的。 異步定時(shí)的優(yōu)點(diǎn)是：允許快速和慢速的功能模塊都能連接到同一總線上。異步定時(shí)傳送的可靠性高。 缺點(diǎn)：增加了總線的復(fù)雜性和成本為代價(jià)。 305.5 實(shí)用總線標(biāo)準(zhǔn) ISAISA總線總線 一一二二 PCI ExpressPCI Express總線總線 三三 PCIPCI總線總線 四四 RS-232C/RS-485RS-232C/RS-485接口總線接口總線 五五 USBUSB接口總線接口總線 六六七七 IEEE1394IEE

17、E1394接口總線接口總線 SPISPI/ /I I2 2C C接口總線接口總線 31一、ISA總線 ISA總線也叫AT總線。286、386和486微機(jī)大多采用ISA總線。其主要特點(diǎn)如下：主存尋址空間為16MB,I/O尋址空間為64KB；可進(jìn)行8位或16位數(shù)據(jù)訪問(wèn)；支持15級(jí)硬件中斷、7級(jí)DMA通道。支持8種總線事務(wù)類(lèi)型：存儲(chǔ)器讀、存儲(chǔ)器寫(xiě)、I/O讀、I/O寫(xiě)、中斷響應(yīng)、DMA響應(yīng)、存儲(chǔ)器刷新、總線仲裁。采用獨(dú)立時(shí)鐘，頻率為8MHZ，最大數(shù)據(jù)傳輸率為16Mb/s；信號(hào)線共98根它是一種簡(jiǎn)單的多主控總線。除了CPU外，DMA控制器、DRAM刷新控制器和帶處理器的智能接口卡等都可以成為總線的主設(shè)備

18、。32二、PCI總線 PCI（Peripheral Component Interconnect，外部設(shè)備互連）總線是一種由Intel公司提出的局部總線標(biāo)準(zhǔn)，用來(lái)連接高速外設(shè)接口，如硬盤(pán)控制器、高速網(wǎng)卡和圖形顯示卡等。 PCI設(shè)備可以是主設(shè)備，也可以是從設(shè)備。掛接在PCI總線上的設(shè)備能與CPU并發(fā)工作。PCI橋使得PCI總線獨(dú)立于CPU，并且提供了數(shù)據(jù)緩沖功能。 33二、PCI總線 34二、PCI總線 PCI總線的主要性能： 總線頻率為33.33/66.66MHz，與CPU時(shí)鐘頻率無(wú)關(guān)。 數(shù)據(jù)線寬度為32/64位，數(shù)據(jù)最大傳輸率為132533Mb/s；地址線寬度為32/64位。 采用同步傳送方

19、式和集中式仲裁策略，并具有自動(dòng)配置能力。 地址線和數(shù)據(jù)線分時(shí)復(fù)用，支持無(wú)限猝發(fā)無(wú)限猝發(fā)式數(shù)據(jù)傳輸式數(shù)據(jù)傳輸。在該模式下，PCI能在極短的時(shí)間內(nèi)發(fā)送大量的數(shù)據(jù)。PCI總線支持即插即用技術(shù)，當(dāng)配置PCI適配器時(shí)，配置帶有即插即用功能的BIOS，即可由軟件自動(dòng)識(shí)別插卡。35三、PCI Express總線 PCI Express和PCI不同的是實(shí)現(xiàn)了傳輸方式從并行到串行的轉(zhuǎn)變。PCI Express是采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的串行連接方式，這個(gè)和以前的并行通道大為不同，它允許和每個(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(qǐng)求帶寬，這樣也就輕松地到達(dá)了高帶寬要求。 PCI ExpressPCI Express總線

20、的結(jié)構(gòu)總線的結(jié)構(gòu) 1 PCI ExpressPCI Express總線的主要特點(diǎn)總線的主要特點(diǎn) 2361、PCI Express總線的結(jié)構(gòu) PCI Express系統(tǒng)中的主要組件包括： 根復(fù)合體（Root Complex）：將CPU和主存儲(chǔ)器連到PCI Express線路結(jié)構(gòu)（Fabric）的設(shè)備。根復(fù)合體內(nèi)部有一條虛擬PCI總線，總線號(hào)總是為0，可以下掛一個(gè)多個(gè)PCI Express端口，每個(gè)端口連出一條PCI Express鏈路，下掛一個(gè)端點(diǎn)設(shè)備或一個(gè)交換開(kāi)關(guān)。根復(fù)合體能代表CPU啟動(dòng)PCI Express事務(wù)和訪問(wèn)主存；能在端口上接收來(lái)自PCI Express設(shè)備的訪存請(qǐng)求；也可以將事務(wù)

21、從一個(gè)端口路由到另一個(gè)端口。根復(fù)合體內(nèi)部提供中央資源：熱插拔控制器、電源管理控制器、中斷控制器、錯(cuò)誤檢測(cè)和報(bào)告邏輯等。371、PCI Express總線的結(jié)構(gòu) PCI Express系統(tǒng)中的主要組件包括： 交換開(kāi)關(guān)（Switch）是一個(gè)具有2n個(gè)端口的設(shè)備，每個(gè)端口連一條PCI Express鏈路，在系統(tǒng)中用于多設(shè)備的互連。交換開(kāi)關(guān)可以將事務(wù)從任一個(gè)端口路由到另一個(gè)端口。 端點(diǎn)（Endpoint）是具體的設(shè)備，如以太網(wǎng)、USB或圖形設(shè)備，是PCI Express事務(wù)的請(qǐng)求者（啟動(dòng)事務(wù)）或完成者（響應(yīng)事務(wù)）。端點(diǎn)使用PCI類(lèi)型00配置頭標(biāo)，每個(gè)端點(diǎn)初始化時(shí)設(shè)置一個(gè)設(shè)備ID，由總線號(hào)、設(shè)備號(hào)和功能

22、號(hào)組成。端點(diǎn)作為掛連在一條鏈路上的唯一設(shè)備，設(shè)備號(hào)總是0。381、PCI Express總線的結(jié)構(gòu) PCI Express系統(tǒng)中的主要組件包括： 端口（Port）是PCI Express設(shè)備與鏈路之間的接口，由差分發(fā)送器和接收器組成。指向根復(fù)合體方向的端口為上游端口；離開(kāi)復(fù)合體方向的端口為下游端口。端點(diǎn)上只有上游端口，根復(fù)合體上只有下游端口，而交換開(kāi)關(guān)既有上游端口，也有下游端口。一個(gè)端口中接收包的是入端口，發(fā)送包的是出端口。 PCI Express到PCI/PCI-X的橋是將PCI/PCI-X總線和設(shè)備兼容到PCI Express系統(tǒng)的一個(gè)連接橋，PCI/PCI-X總線與系統(tǒng)統(tǒng)一編號(hào)。392、

23、PCI Express總線的主要特點(diǎn) 串行的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)互連 差分信號(hào)傳送 采用交換開(kāi)關(guān)互連多臺(tái)設(shè)備 PCI Express 事務(wù)與包PCI Express的事務(wù)分成兩類(lèi)：非轉(zhuǎn)發(fā)事務(wù)，即請(qǐng)求者發(fā)送請(qǐng)求包給完成者，完成者返回完成包給請(qǐng)求者，如存儲(chǔ)器讀事務(wù)；轉(zhuǎn)發(fā)事務(wù)，即只有請(qǐng)求者給完成者發(fā)送請(qǐng)求包，而完成者不用返回完成包給請(qǐng)求者，如存儲(chǔ)器寫(xiě)事務(wù)。 具有更高的數(shù)據(jù)傳輸率402、PCI Express總線的主要特點(diǎn) PCI Express設(shè)備采用層次結(jié)構(gòu)412、PCI Express總線的主要特點(diǎn) 錯(cuò)誤處理 具有優(yōu)先級(jí)的傳送 兩種中斷方式一種是類(lèi)似PCI-X的MSI協(xié)議，PCI Express設(shè)備啟動(dòng)一個(gè)寫(xiě)

24、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)PCI總線上的INT x信號(hào)的跳變情況，這種中斷方式只對(duì)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。 支持熱插拔 42四、RS-232C/RS-485接口總線 RS232C通常應(yīng)用于數(shù)據(jù)終端設(shè)備（計(jì)算機(jī)）和數(shù)據(jù)通信設(shè)備之間的連接。 如果要在兩臺(tái)計(jì)算機(jī)之間直接用RS-232-C連接進(jìn)行串行通信，其最長(zhǎng)距離約為15米（在滿(mǎn)足最高速度誤碼率109前提下，在低速和誤碼率要求低的情況下，傳送距離可達(dá)300米）。43四、RS-232C/RS-485接口總線 RS-232-C接口連接

25、器一般使用型號(hào)為DB-9插頭座，通常插頭在DCE端，插座在DTE端。PC機(jī)的RS-232口為9芯針插座。一些設(shè)備與PC機(jī)連接的RS-232接口，因?yàn)椴皇箤?duì)方的傳送控制信號(hào)，只需要三條接口線，即“發(fā)送數(shù)據(jù)TXD”、“接收數(shù)據(jù)RXD”和“信號(hào)地GND”。RS-232傳輸線采用屏蔽雙絞線。 在RS-232-C中信號(hào)線的電壓均為負(fù)邏輯。 RS-232-C總線傳輸速率較低，在異步傳輸時(shí)，波特率為20Kbps。遠(yuǎn)距離串行通信必須使用Modem。44四、RS-232C/RS-485接口總線 如果要求通信距離在幾十米到上千米時(shí)，可以采用RS-485串行總線標(biāo)準(zhǔn)。RS485總線收發(fā)器具有較高的靈敏度，能檢測(cè)最低

26、200mV的電壓，因此可以使超過(guò)千米的傳輸信號(hào)得到恢復(fù)。RS485采用半雙工通信，任何時(shí)候只能有一點(diǎn)處于發(fā)送狀態(tài)，所以，發(fā)送電路必須由允許信號(hào)來(lái)控制。RS-485標(biāo)準(zhǔn)符合真正多點(diǎn)通信網(wǎng)絡(luò)要求，并且該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定在一條單總線（2線）上支持32個(gè)驅(qū)動(dòng)器和32個(gè)接收器。有些RS-485收發(fā)器修改輸入阻抗以便允許多達(dá)8倍以上的節(jié)點(diǎn)數(shù)連接到相同總線。RS-485最常見(jiàn)的應(yīng)用是在工業(yè)環(huán)境下可編程邏輯控制器之間、現(xiàn)場(chǎng)控制器之間的通信連接，許多智能儀器設(shè)備均配有RS-485總線接口，將它們聯(lián)網(wǎng)也十分方便。45五、SPI接口和I2C接口 SPI和I2C是兩種最重要的低速、低成本芯片間接口規(guī)范； 這兩種通信協(xié)議非常適

27、合近距離低速芯片間通信。 Philips（ IC）和Motorola（SPI） 出于不同背景和市場(chǎng)需求制定了這兩種標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議462022-5-3046I2C總線術(shù)語(yǔ)的定義472022-5-3047I2C總線的特征每個(gè)連接到總線的器件都可以通過(guò)唯一的地址和一直存在的簡(jiǎn)單的主機(jī)從機(jī)關(guān)系軟件設(shè)定地址主機(jī)，可以作為主機(jī)發(fā)送器或主機(jī)接收器。它是一個(gè)真正的多主機(jī)總線，如果兩個(gè)或更多主機(jī)同時(shí)初始化數(shù)據(jù)傳輸可以通過(guò)沖突檢測(cè)和仲裁防止數(shù)據(jù)被破壞。 串行的8 位雙向數(shù)據(jù)傳輸位速率在標(biāo)準(zhǔn)模式下可達(dá)100kbit/s， 快速模式下可達(dá)400kbit/s ，高速模式下可達(dá)3.4Mbit/s。片上的濾波器可以濾去總線數(shù)

28、據(jù)線上的毛刺波保證數(shù)據(jù)完整。連接到相同總線的IC 數(shù)量只受到總線的最大電容400pF 限制。482022-5-3048I2C總線的總體特征SDA 和SCL 都是雙向線路都通過(guò)一個(gè)電流源或上拉電阻連接到正的電源電壓，當(dāng)總線空閑時(shí)這兩條線路都是高電平，連接到總線的器件輸出級(jí)必須是漏極開(kāi)路或集電極開(kāi)路才能執(zhí)行線與的功能。SDA 線上的數(shù)據(jù)必須在時(shí)鐘的高電平周期保持穩(wěn)定，數(shù)據(jù)線的電平狀態(tài)只有在SCL 線的時(shí)鐘信號(hào)是低電平時(shí)才能改變。492022-5-3049I2C總線的起始和停止條件在SCL 線是高電平時(shí)，SDA 線從高電平向低電平切換，這個(gè)情況表示起始條件。當(dāng)SCL 是高電平時(shí)，SDA 線由低電平向

29、高電平切換表示停止條件。起始和停止條件一般由主機(jī)產(chǎn)生，總線在起始條件后被認(rèn)為處于忙的狀態(tài)，在停止條件的某段時(shí)間后總線被認(rèn)為處于空閑狀態(tài)。502022-5-3050傳輸數(shù)據(jù) 字節(jié)格式 發(fā)送到SDA 線上的每個(gè)字節(jié)必須為8 位，每次傳輸可以發(fā)送的字節(jié)數(shù)量不受限制，每個(gè)字節(jié)后必須跟一個(gè)響應(yīng)位。首先傳輸?shù)氖菙?shù)據(jù)的最高位MSB，如果從機(jī)要完成一些其他功能，例如一個(gè)內(nèi)部中斷服務(wù)程序才能接收或發(fā)送下一個(gè)完整的數(shù)據(jù)字節(jié)，可以使時(shí)鐘線SCL 保持低電平迫使主機(jī)進(jìn)入等待狀態(tài)。當(dāng)從機(jī)準(zhǔn)備好接收下一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)并釋放時(shí)鐘線SCL 后數(shù)據(jù)傳輸繼續(xù)。512022-5-3051傳輸數(shù)據(jù)響應(yīng)： 數(shù)據(jù)傳輸必須帶響應(yīng)，相關(guān)的響應(yīng)時(shí)

30、鐘脈沖由主機(jī)產(chǎn)生，在響應(yīng)的時(shí)鐘脈沖期間發(fā)送器釋放SDA 線(高)。 在響應(yīng)的時(shí)鐘脈沖期間接收器必須將SDA 線拉低，使它在這個(gè)時(shí)鐘脈沖的高電平期間保持穩(wěn)定的低電平。522022-5-30522 SPI總線接口 SPI總線接口概述 SPI（Serial Peripheral Interface）一般稱(chēng)為串行外設(shè)接口，是Motorola在其MC68HCxx微處理器系列中定義的一種標(biāo)準(zhǔn)接口，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)串行同步協(xié)議，目前在嵌入式系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。SPI采用同步、全雙工串行傳輸技術(shù)，業(yè)內(nèi)也稱(chēng)為同步串行總線接口。532022-5-30532 SPI總線接口 SPI允許計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)、微處理器與外設(shè)之

31、間串行同步通信?？梢耘cSPI通信的外設(shè)有：ADC、DAC、LCD、LED、外置閃存、網(wǎng)絡(luò)控制器等等。另外還有許多廠家生產(chǎn)的多種標(biāo)準(zhǔn)外圍器件可以與SPI接口。通信時(shí)，通信雙方要規(guī)定好一個(gè)為主設(shè)備，另一個(gè)（或多個(gè)）為從設(shè)備。主設(shè)備也允許選擇工作在主方式或從方式。當(dāng)帶有SPI接口的兩個(gè)計(jì)算機(jī)之間通信時(shí)，通常每個(gè)計(jì)算機(jī)的SPI允許選擇使用主方式或從方式。542022-5-3054 計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)、微處理器與外設(shè)使用SPI總線連接。圖9.29552022-5-3055562022-5-3056SPI總線接口 連接在SPI總線上的多個(gè)從設(shè)備，某一時(shí)刻只有一個(gè)，即被主設(shè)備選中的那個(gè)從設(shè)備，能與主設(shè)備通信。其

32、他未被選中的從設(shè)備不能與主設(shè)備通信。 通信中主設(shè)備和被選中的從設(shè)備使用同一個(gè)時(shí)鐘，主設(shè)備創(chuàng)建并發(fā)送時(shí)鐘信號(hào)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)時(shí)鐘），從設(shè)備接收時(shí)鐘，主設(shè)備和從設(shè)備使用同一個(gè)時(shí)鐘將數(shù)據(jù)送出和鎖存。 Motorola SPI總線通常包含4條I/O線。572022-5-3057SPI總線接口 nSS（Slave Select）：從設(shè)備選擇線，信號(hào)低電平有效，由主設(shè)備發(fā)出信號(hào)，通知連接的從設(shè)備被選中，它們之間的通信通道已經(jīng)被激活。當(dāng)一個(gè)主設(shè)備連接多個(gè)從設(shè)備時(shí)，主設(shè)備與每個(gè)從設(shè)備要連接一條單獨(dú)的nSS線，某段時(shí)間只能有一條nSS線上的信號(hào)為低電平。582022-5-3058SPI總線接口 SCK（Serial

33、Clock）：串行時(shí)鐘線，時(shí)鐘由主設(shè)備創(chuàng)建、驅(qū)動(dòng)并發(fā)送，從設(shè)備只能接收。主設(shè)備發(fā)送的時(shí)鐘作為主、從設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐綍r(shí)鐘。使用該時(shí)鐘鎖存串行輸入線上接收到的數(shù)據(jù)位，或送出要發(fā)送的數(shù)據(jù)位到串行輸出線上。592022-5-3059SPI總線接口 MOSI（Master Out Slave In）：主設(shè)備輸出、從設(shè)備輸入串行數(shù)據(jù)線，數(shù)據(jù)由主設(shè)備驅(qū)動(dòng)輸出，從設(shè)備接收，使用SCK同步傳輸。 MISO（Master In Slave Out）：主設(shè)備輸入、從設(shè)備輸出串行數(shù)據(jù)線，數(shù)據(jù)由從設(shè)備驅(qū)動(dòng)輸出，主設(shè)備接收，使用SCK同步傳輸。602022-5-3060SPI總線接口 SPI傳輸?shù)臄?shù)據(jù)以8位二進(jìn)制數(shù)為一

34、個(gè)單位，一般先發(fā)送MSB。 SPI一般控制特性有： 發(fā)送速率（同時(shí)也是接收速率）可選擇； 主/從方式、時(shí)鐘極性和時(shí)鐘相位可選擇； 中斷允許/禁止可選擇。 正確傳輸?shù)年P(guān)鍵與時(shí)鐘極性和時(shí)鐘相位的選擇有關(guān)，同步時(shí)鐘的一個(gè)邊沿使發(fā)送器改變輸出（輸出串行數(shù)據(jù)位），另一個(gè)邊沿使接收器鎖存數(shù)據(jù)（輸入串行數(shù)據(jù)位）。61六、USB接口總線 USB接口的主要特點(diǎn)有：即插即用支持“熱”插拔是一種通用萬(wàn)能插口擴(kuò)展靈活USB總線標(biāo)準(zhǔn)由1.1版升級(jí)到2.0版后，傳輸率由12Mbps增加到了240Mbps，更換介質(zhì)后連接距離由原來(lái)的5米增加到近百米?？梢灾С謱拵?shù)字?jǐn)z像設(shè)備及新型掃描儀、打印機(jī)及存儲(chǔ)設(shè)備。USB總線結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單：信號(hào)定義僅由2條電源線和2條信號(hào)線組成，編碼方式為NRZ-I編碼。62六、USB接口總線 USB采用四線電纜，其中兩根是用來(lái)傳送數(shù)據(jù)的串行通道，另兩根為所接設(shè)備提供電源，對(duì)于高速且需要高帶寬的外設(shè)，USB以全速12Mbps的傳輸數(shù)據(jù)；對(duì)于低速外設(shè)，USB則以1.5Mbps的傳輸速率來(lái)傳輸數(shù)據(jù)。USB總線會(huì)根據(jù)外設(shè)情況在兩種傳輸模式中自動(dòng)地動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換。U