嵌入式系統(tǒng)-98645五、系統(tǒng)總線

1、嵌入式系統(tǒng)總線PC系統(tǒng)總線技術應用在嵌入式系統(tǒng)ISA(PC、PC/AT、PCI)PC/104PC/104+PC-104PCICPCIPC/104系列總線PC/104協(xié)會是一個標準化組織，為PC計算機總線制定工業(yè)化的版本 PC系統(tǒng)總線經歷了ISA、PCI、PCI Express 幾個主要的發(fā)展階段 PC/104協(xié)會制定了對應的系列工業(yè)計算機總線：PC/104（ISA）、PC/104-Plus（ISA和PCI）、PCI-104（PCI）、PCI/104-Express（PCI及PCI Express）及PCIe/104（PCI Express）PC/104系列總線發(fā)展1981年，IBM公司提出了8

2、位PC/XT總線，1984年提出16位PC/AT總線1987年，由INTEL等提出以IBMPC總線規(guī)范為基礎的ISA總線標準（IEEE-996） 1992年，由RTD公司和AMPRO公司等12家從事嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的廠商發(fā)起，組建了國際PC/104協(xié)會，制定了PC/104嵌入式總線規(guī)范（IEEE-P996.1）PC/104是一種緊湊型的IEEE-P996，其信號定義和PC/AT基本一致 PC/104標準確立后，得到業(yè)界的廣泛支持，迅速發(fā)展PC/104系列總線發(fā)展（續(xù)）1992年，Intel提出了PCI總線，將總線頻率提高到了33MHZ 1997年，PC/104(PC104)協(xié)會制訂了PC/104

3、+總線，在原PC/104基礎上增加了對PCI總線的支持2003年，PC/104又制訂了PCI-104總線規(guī)范，取消了對ISA總線的支持為什么有PC/104系列總線？PC是最普及的通用計算機系統(tǒng)，在PC發(fā)展過程中積累了豐富的硬件、軟件資源PC性能發(fā)展很快，在需要高性能計算的嵌入式系統(tǒng)應用中引入PC技術是條捷徑在嵌入式系統(tǒng)中引入PC技術，需要遵循PC的體系結構系統(tǒng)總線是計算機結構的核心將PC總線技術引入嵌入式系統(tǒng)PC/104PC/104總線PC/104緊湊型ISA總線PC/104定義8位和16位兩種模塊，分別對應PC/XT和PC/ATPC/104與ISA的不同電路板尺寸減小到90 x96mm采用自

4、棧(self-stacking)結構，不需要背板對功耗進行約束，一般12W每module，大多數(shù)信號需要的驅動電流小于4mAPC/104電路板外形總線90mm96mmPC/104連接器64PIN + 40PINPC/104信號分配PC/104增加了幾個GND引腳，如紅圈標注PC/104信號分配與ISA一致J1/P1對應著8位的PC/XT，J2/P2對應著16位的PC/ATPC/104連接器實物PC/104安裝方式8位模塊結構16位模塊結構PC/104-plusPC/104-plus起源PC/104作為工業(yè)標準普遍應用因為，PCI總線的普及，PCI上的技術資源越來越豐富因為，PC/104(ISA

5、)總線帶寬不能滿足圖像/視頻、高速網絡等大數(shù)據(jù)量應用的要求所以，將PCI總線技術引入PC/104的架構中PC/104-plusPC/104-plus特點兼容過去的PC/104資源增加一個120 pin（4x30）的插座（32位PCI局部總線采用124 pin連接器）PC/104-plus不支持64位擴展、不支持JTAG、PRSNT、CLKRUN信號PC/104-plus機械結構PC/104 & PC/104-plusPC/104PC/104-plus采用龍芯的PC/104-plusPC-104PC-104起源PC/104是ISA緊湊形式PC/104-plus在PC/104的基礎上增加了對PCI

6、總線的支持在PC機中，ISA已經被淘汰，硬件（芯片）和軟件集中在PCI總線上發(fā)展在PC/104-plus的基礎上，把原ISA部分刪除，只剩下對PCI的支持PC-104PC-104機械結構PC/104的發(fā)展PC/104PC/104-plusPC-104ISAISA+PCIPCIPC/104系列總線CompactPCI總線什么是CPCICPCI，即CompactPCI、緊湊型PCI，應用在一些高性能工業(yè)計算機中Compact PCI是一種基于標準PCI總線的堅固、可靠的高性能總線技術 1994年PCIMG提出了Compact PCI技術，它定義了更加堅固耐用的PCI版本 在電氣、邏輯和軟件方面，它

7、與PCI標準完全兼容 CPCI實物PCI6U CPCI3U CPCI插頭3U CPCICPCI機箱CPCI特點/優(yōu)點業(yè)界標準PCI芯片組，以低價格提供高性能單總線8個槽，可通過PCI橋擴展 歐式無源背板結構(IEEE 1101.1)高密度氣密2mm針孔接頭 前面板安裝和拆卸 板卡垂直安裝利于冷卻 強抗沖擊和震動特性支持熱插拔工業(yè)計算機的要求堅固：工業(yè)計算機往往要工作在熱、冷、臟、差的環(huán)境，還要能承受一定的沖擊或振動 可靠：MTBF要高。它涉及到電氣部件、機械部件、連接器以及配套的外圍設備的可靠性 模塊化：除了基本功能，工業(yè)計算機往往還有多種不同用途的I/O，如模擬/數(shù)字轉換器、視頻接口或其他各

8、種各樣的專用I/O。并且，不同的應用對象要求也各異，這就勢必要用模塊化解決 標準化：成功的計算機設計大都不是一家能做好的，只有基于標準平臺和工業(yè)標準才能從多個售主獲得好產品 前面板I/O：為了使用方便，工業(yè)計算機往往需要從前面連接I/O，前面板也兼有某些狀態(tài)指示、插卡拔取和鎖緊功能CPCI采用背板安裝CPCI的總線連接器6U的CPCI板結構3U的CPCI板結構CPCI的熱插拔熱插拔功能允許用戶在無需關掉主程序的同時在線更改、添加、升級CPC I 板卡而不需要重新啟動操作系統(tǒng)CPC I 熱插拔技術包括熱替換(hot replacement)、熱添加(ho t expansion) 和熱升級(ho

9、 t upgrade)CPCI與PCI最主要的區(qū)別：機械結構；熱插拔CPCI連接器的不等長插針 CompactPCI背板的J1連接器插針分為長針、中長針和短針 長針都是電源和信號地，中長針是PCI信號，IDSEL、BD_SEL#所在插針最短 J2的插針都是中長針 CPCI模塊的熱插入在CompactPCI模塊兩側設計有靜電條，模塊插入時首先通過靜電條向機箱放電，消除靜電的影響隨后，模塊電源和信號地首先與底板接通，這時對PCI信號進行預充電，使這些信號線在與底板總線連接之前維持在1.0V左右的電壓 ，減少熱插入設備造成的瞬態(tài)干擾 BD_SEL#和IDSEL信號的插針最短，所以模塊插入插槽時，最后

10、連接上是是這兩個信號。模塊的BD_SEL#有效，板上邏輯才可以開始工作；而IDSEL信號連接到總線上后，主處理器可以訪問模塊的配置空間，實現(xiàn)后續(xù)的設備配置工作 CPCI模塊的熱拔出功能模塊的拔出順序過程與插入過程相反首先是短針的BD_SEL#、IDSEL信號斷開然后需要預充電的PCI信號電平被調整到1.0V左右的最后斷開電源和信號地系統(tǒng)卸載該模塊的設備驅動程序及相關資源配置 CompactPCI總線預充電原理 龍芯CPCIminiPCIminiPCI基本概念miniPCI是PCI的一種小尺寸形式由PCISIG定義是筆記本計算機中可擴展PCI卡的一種形式因為具有小巧的結構，在嵌入式系統(tǒng)中時有所見

11、miniPCI與PCI的轉接筆記本電腦中的miniPCIminiPCI在嵌入式系統(tǒng)的應用高性能嵌入式系統(tǒng)經常需要使用PCI的資源嵌入式系統(tǒng)往往結構緊湊，有機械尺寸的限制。一般不能提供商用計算機的PCI安裝結構miniPCI是嵌入式系統(tǒng)的適用選擇miniPCI的使用可以方便地為嵌入式系統(tǒng)擴充無線網絡、有線網絡、Modem、聲卡等功能miniPCI在嵌入式系統(tǒng)應用實例無線投影機網關投影機便攜機1便攜機2便攜機n802.11g無線網絡VGA連接系統(tǒng)結構GX533DDR RAMCS5535外部控制器BIOSUSB1USB1USB1USB1聲卡控制器CRT接口MiniPCI插座(無線網卡)CF存儲卡系統(tǒng)

12、實物(正面)GX533CS5535DDR SDRAMUSB VGA BIOS 系統(tǒng)實物(背面)miniPCI插座，擴展無線網卡CF卡插座，存儲WinCEminiPCI的特點/優(yōu)點可升級靈活性強：如配置不同的接口降低系統(tǒng)成本維修方便軟件兼容小尺寸標準化的結構自動配置，容易使用增加系統(tǒng)板的市場壽命靈活的電源管理miniPCI的總線信號PCI局部總線信號PCI電源管理類信號音頻接口信號網絡接口信號Modem接口信號自定義系統(tǒng)總線自定義系統(tǒng)總線的需求嵌入式系統(tǒng)針對具體應用進行設計，對成本、功耗、機械尺寸、安裝方式有特殊的要求PC/104、CPCI等總線的使用極大降低了系統(tǒng)硬件、軟件的開發(fā)工作量，但是硬件成本很高，只適合工業(yè)、軍事等對價格不敏感的行業(yè)在需要進行模塊化設計的嵌入式系統(tǒng)中，自定義總線是常見設計自定義系統(tǒng)總線實例多錄語音記錄器 多路語音記錄器系統(tǒng)功能要求獨立的嵌入式設備，上電后自行工作支持多路語音同時采集、編碼、存儲、傳輸語音通道數(shù)量在4、8、12、16、20、24、28、32路可配置自定義總線設計實例系統(tǒng)原理CPURAMFLASH硬盤網絡A/DA/DA/DA/D編碼編碼編碼編碼RS2