儀器總線及虛擬儀器

1、第二章： 虛擬儀器的硬件接口和總線體系 虛擬儀器二種類型:1 功能確定型 PC 儀器 2 功能開放型 PC 儀器特殊單一的測控型PC 儀器為第1種類型。我們講大部分虛擬儀器為第2種類型。 一 總線的一般概念 1 總線： 用來傳遞信息的一束信號線的集合。微機(jī)芯中間，各部件和外部設(shè)備間采用總線進(jìn)行連接，實現(xiàn)相互間的信息或數(shù)據(jù)交換。廣義地說： 總線就是連接二個以上數(shù)字系統(tǒng)的信息通路。虛擬儀器所使用的芯片之間，插卡與PC 機(jī)之間，以及其他儀器系統(tǒng)之間通過總線進(jìn)行。重要性： 總線的標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范對所設(shè)計的儀器系統(tǒng)的性能 先進(jìn)性 起關(guān)鍵作用。 2。PC總線的發(fā)展概述PC計算機(jī)的系統(tǒng)總線主要用途：是主CPU和磁

2、盤驅(qū)動器、顯示器和打印機(jī)及其它I/O外設(shè)之間傳送數(shù)據(jù)。最早應(yīng)用計算機(jī)系統(tǒng)總線是IBM的16位工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)總線（I SA）。非常成熟、支持度高。但I(xiàn)SA總線由于制定時間久，有局限性：其數(shù)據(jù)寬度為16位，總線同步時鐘也只有8MHz。CPU從8086發(fā)展到Pentium、酷睿雙核、四核等 , CPU的數(shù)據(jù)寬度和工作頻率有了很大提高，ISA總線顯然就滿足不了芯片的要求，造成了CPU與外設(shè)之間的數(shù)據(jù)瓶頸問題。2。PC總線的發(fā)展概述為解決這個問題，計算機(jī)界作出了努力。出現(xiàn)了多種計算機(jī)總線，比較典型的有EISA、VESA、PCI等。Compaq等計算機(jī)廠商聯(lián)合推出了lsA總線的32位擴(kuò)展標(biāo)準(zhǔn)（EISA）。EIS

3、A總線將lsA總線的數(shù)據(jù)寬度擴(kuò)展到32位，同時也將尋址能力擴(kuò)展到4G。EISA總線還推出了一種新的傳送方式：碎發(fā)傳送。數(shù)據(jù)傳送率大有提高。最重要的一點(diǎn)是：EISA總線與IsA總線保持向下兼容，IsA外插卡能用于EISA插槽內(nèi)，保護(hù)了用戶的利益。與EISA同期出現(xiàn)的總線還有美國Motorala公司的VME總線。這也是一種32位總線。但它談不上系統(tǒng)同步時鐘，因為它是一種串行總線。由于它主要用于Motorala公司的68000系列CPU，在國內(nèi)較為少見，熟悉它的人并不多。2。PC總線的發(fā)展概述與EISA同期出現(xiàn)的總線還有美國Motorala公司的VME總線。這也是一種32位總線。它是一種串行總線。由

4、于它主要用于Motorala公司的68000系列CPU，VXI總線由此擴(kuò)展。2。PC總線的發(fā)展概述隨著CPU的發(fā)展，Pentium、P6及以后的酷睿雙核、四核成為當(dāng)今的主流芯片。P6這樣的高速cPu，無論在容量上還是在圖像處理等，均有極高的數(shù)據(jù)通過量來支持。顯然已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過象ISA、EISA這些標(biāo)準(zhǔn)總線的傳送能力。各種“局部總線”就應(yīng)運(yùn)而生。在許多局部總線中，VESA局部總線和PCI局部總線是最具代表性的兩種。VESA局部總線是視頻電子標(biāo)準(zhǔn)委員會（Video Electionics Standands Associatlon）制訂的一種局部總線。其目的是解決CPU與視頻設(shè)備（例如VGA等）之間的

5、數(shù)據(jù)傳送的瓶頸問題，當(dāng)然，其他諸如磁盤驅(qū)動器、網(wǎng)卡等外設(shè)也可從其高數(shù)據(jù)寬度和高操作頻率上獲益。VESA局部總線是一種32位總線，并且具有32位尋址能力。總線的最高同步時鐘可達(dá)到50MH：。數(shù)據(jù)傳輸能力最高可以達(dá)到16oMB / s。vESA總線還可以擴(kuò)展到64位，相應(yīng)地，最大數(shù)據(jù)傳輸能力也提高到267MB / s。2。PC總線的發(fā)展概述VESA局部總線是一種32位總線，并且具有32位尋址能力?？偩€的最高同步時鐘可達(dá)到50MH：。數(shù)據(jù)傳輸能力最高可以達(dá)到160MB / s。vESA總線還可以擴(kuò)展到64位，相應(yīng)地，最大數(shù)據(jù)傳輸能力也提高到267MB / s。vEsA總線只定義了一種5v信號環(huán)境，對

6、于3. 3v則沒有定義。vESA總線有一個較大的缺點(diǎn)是它只能帶最多3個插槽。這嚴(yán)重限制了這種總線的應(yīng)用。2。PC總線的發(fā)展概述PCI總線：外圍元件互連（Peripheral Component Interconnet）是一種為主CPU和外設(shè)之間提供高性能數(shù)據(jù)通道的總線（PCI總線）。PCI元件互連（Periphera1C0mponent Interconnect）是一種為主CPU和外設(shè)之間提供高性能數(shù)據(jù)通道的總線（PcI總線）；PCI總線規(guī)范是由Intel公司為首的一個PCl特別興趣小組（Specical interest Group）制訂并維護(hù)的。PCI總線也是一種32位局部總線，可進(jìn)行32

7、位尋址。可作單數(shù)據(jù)操作，也可作碎發(fā)傳送。PCI局部總線的一個與其他總線最大的區(qū)別是它有一個特別的地址空間：配置空間( Configuration Space）。PCI總線有許多優(yōu)點(diǎn)：數(shù)據(jù)線和地址線采用多路復(fù)用結(jié)構(gòu)，減少了針腳數(shù)。目標(biāo)設(shè)備可以只用47條引腳，而總線主控可以只用49條引腳。PCI總線定義了兩種信號環(huán)境：5V和3 . 3V。這兩種信號環(huán)境可以很容易地轉(zhuǎn)換。3 . 3V的定義也為PCI總線用于便攜機(jī)開辟了道路。獨(dú)立于處理器。因而可支持多系列的處理器。32 / 64位總線透明性，允許32位64位器件相互協(xié)作允許PCI局部總線擴(kuò)展板和元件的自動配置。在PCI器件上包含有寄存器，上面帶有配置

8、所需的器件信息。一 總線的一般概念總線的標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范對所設(shè)計的儀器系統(tǒng)的性能 起關(guān)鍵作用。 先進(jìn)性 可靠性 兼容性 互換標(biāo)準(zhǔn)性 擴(kuò)充和開放性 2 總線的分類 按用途，應(yīng)用場合，分三類：片總線內(nèi)總線 （ I- BUS）外總線 （E-BUS） 2 總線的分類片總線芯片內(nèi)部總線，(元件做總線)連接集成電路芯片中內(nèi)部各功能單元的信息通路。應(yīng)用： 電子程序借助于（EDA） 電子設(shè)計自動化，設(shè)計專用集成電路（ASIC）。提供給廠家= 加工制造出集成電路。優(yōu)點(diǎn)： 保密性好，使用方便，性能可靠。2 總線的分類內(nèi)總線 （I-BUS）稱系統(tǒng)總線，板間總線，又稱微機(jī)總線。構(gòu)成PC機(jī)多插板的相互連接，是微機(jī)重要組成部分

9、。對虛擬儀器應(yīng)用是重要的， 結(jié)構(gòu)性能影響= 工作效率，可靠性。 2 總線的分類外總線 （E-BUS） 通訊總線，用于PC 之間， PC 與其它儀器，外設(shè)的相互連接。非PC 專有，借用總線標(biāo)準(zhǔn)，加以應(yīng)用而形成。 2 總線的分類從儀器結(jié)構(gòu)來分： 二類：1 以微處理器為核心面向處理機(jī)結(jié)購。2 以總線為中心的面向總線的結(jié)構(gòu)。第1 類 ： 用于智能儀器第2類： 用于PC 儀器 （虛擬儀器） 標(biāo)準(zhǔn)總線的優(yōu)點(diǎn)： 簡化了硬，軟件設(shè)計。*從硬件角度講，儀器就是將接口卡掛在PC總線上構(gòu)成的。由于采用標(biāo)準(zhǔn)總線，不同廠的接口卡可互相調(diào)換，也可自己設(shè)計。硬件設(shè)計具有方便性，設(shè)計周期大大縮短。*軟件角度 因硬件均為相對獨(dú)

10、立的模塊，使編寫模塊的相應(yīng)軟件容易調(diào)試和修改均方便，構(gòu)成模塊化程序，供多個用戶使用，提高效率，降低軟件成本。簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)面向總線結(jié)構(gòu)節(jié)省連線，系統(tǒng)清晰明了，提高系統(tǒng)性能和可靠性。 標(biāo)準(zhǔn)總線的優(yōu)點(diǎn)：易于擴(kuò)展標(biāo)準(zhǔn)總線，擴(kuò)展非常容易。按擴(kuò)展要求，自己設(shè)計或購買適當(dāng)?shù)牟蹇?，軟件上編出相?yīng)程序。就完成功能擴(kuò)展。 但受到總線帶戴能力等條件因素限制。易于開放應(yīng)用系統(tǒng)通過軟件，或硬件（插卡） 進(jìn)行性能升級。易于調(diào)試和維修 總線分類： 內(nèi)總線： PC/ XT/ AT（ISA) bus EISA bus STD bus Fast bus VME bus = ( VXI bus)NU busMulti busIBM

11、 Micro channelFuture busVES bus PCI bus 總線分類：外總線： IEEE 488 ( GPIB ) RS 232 C RS 422 ( 423) SCSI CENTRONIC 二 PC 總線標(biāo)準(zhǔn) STD 總線標(biāo)準(zhǔn) PC 總線分 PC/XT .AT. EISA、PCI、USB等幾種形式，具向上兼容性。STD 為工業(yè)控制微機(jī)標(biāo)準(zhǔn)總線系統(tǒng)1 PC/ XT 總線IBM PC/ XT 帶有8 個擴(kuò)展插槽，除第 8 個外，信號線完全相同，有相同的含義。由62條信號線組成，分成二排，即A排，B排，排列在插槽的二面，依次排成A1至A31，B1至B311 PC/ XT 總線P

12、X /XT 有 62條信號線，數(shù)據(jù)線8條，地址線20條，尋址范圍1M。 各主要引腳功能如下： （1）RESETDRV （B 2# 引腳）：系統(tǒng)加電復(fù)位= 輸出高電平，平時，低電平。（2） OSC（B30#引腳） ： 系統(tǒng)時鐘信號輸出端。1 PC/ XT 總線（3）A19A0 （A12#31# ）20 位地址總線，其中A9A0 可用作PC I/O 尋址編碼。（4）ALE （B28 #引腳）低8位地址鎖存信號輸出端，高電平有效。（5）D7D0 （A2#A9#） 8位雙向數(shù)據(jù)總線。（6）AEN（ A11# ）地址允許信號輸出端，當(dāng)它低電平時，總線由CPU控制； 高電平時，總線由DMA控制器使用。1

13、PC/ XT 總線（7）MEMW（B11#）MEMR（B12#）存貯器寫、讀信號輸出端，低電平有效，20位地址尋址。 （8）IOW（B13#）IOR（B14#）I/O 口寫、讀信號輸出端，低電平有效，10位地址尋址（9） I/OCHCK（A1# ）外部電路奇偶檢驗信號輸出端，低電平表示有校驗錯誤發(fā)生。（10）I/O CHRDY （A 10 # ）外部I/O 準(zhǔn)備好信號輸出端口，高電平表示已準(zhǔn)備好。 當(dāng)總線接有內(nèi)貯或慢速電路時，可用該端輸入一個低電平表示尚未準(zhǔn)備好，告知 CPU 或 DMA 以便插入適當(dāng)?shù)牡却隣顟B(tài)，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_。1 PC/ XT 總線（11）IRQ7IRQ2（B21#B25

14、、B4#） 6個外部中斷請求輸入端，上升沿有效，高電平應(yīng)維持到CPU 響應(yīng)為止， IRQ2優(yōu)先級，級別最高，IRQ7最低。 （12）DRQ3DRQ1（B16#、6#、18# ） DMA 通道請求信號輸入端，高電平有效。DRQ1優(yōu)先級最高。（13）DACK3DACK1（B15、26#17#19#）DMA響應(yīng)信號輸出端。DACK0用于動態(tài)存貯器刷新控制。2 PC/AT 總線PC/AT 總線在XT 總線基礎(chǔ)上擴(kuò)展，原62 腳插槽基本保留，增加36 腳插槽。這樣AT總線工98個引腳。結(jié)構(gòu)如下：2 PC/AT 總線新增信號線主要有：（1）A23A20 （C2#C5#） 新增最高位地址，它與原A19A0

15、一起構(gòu)成24位地址的尋址能力，同時重復(fù)新增A19A17 （ C6#C8# ）三條地址線，在擴(kuò)展槽上 A23A17 是不鎖存的。（2）D15D8 （C18# C11#）新增8位數(shù)據(jù)總線，同原 D7D0 一起進(jìn)行16位數(shù)據(jù)讀寫，同時也可用數(shù)據(jù)高字節(jié)允許信號 SBHE（C1#）（低電平有效）。 控制的數(shù)據(jù)線高8位，低8位，或整字等形式，進(jìn)行讀寫操作。（3）IRQ14IRQ10（D7#D3#） 新增加中斷請求信號。2 PC/AT 總線（4）SMEMW（B11#）SMEMR（B12#）用于1M 空間的存貯器讀寫。（5） MEMW（C10#）MEMR（C9#）用于16M 空間的存貯器讀寫。（6）MEMCS

16、16(D1#)存貯器16位數(shù)據(jù)傳遞選通信號輸入端，低電平有效，選通信號常由 A23A17 地址譯碼電路產(chǎn)生。2 PC/AT 總線（7）I/OCS16（D2#）16 位I/O 數(shù)據(jù)傳送，選通信號輸入端。 （8）OWS（B8#）零等待信號輸入端。 低電平CPU 可不用等待，當(dāng)總線插卡，令 MASTER（D17#）為低電平。 CPU讓出總線，讓該插入設(shè)備為主控器。3 EISA 總線EISA 總線出現(xiàn)為滿足PC機(jī)發(fā)展更高要求 如：高分率顯示；實時圖象處理； 網(wǎng)絡(luò)窗源共享； 復(fù)雜數(shù)據(jù)處理。由9家廠商聯(lián)合開發(fā)： 擴(kuò)展工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)EISA 總線。EISA 總線是在AT總線基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)展而成，由原AT 總線6

17、2加36引腳 （ 共98個引腳）信號，擴(kuò)展到196各引腳信號。新增信號是原AT總線插槽引腳中間又增加新的引腳來達(dá)到。 3 EISA 總線目的在于： 1 原來AT 總線上的各種卡（ 插板） 可直接插在EISA 總線上。 2 EISA 總線插槽使用是特殊構(gòu)造的插座，能滿足要求。3 EISA 總線在EISA 總線中，附加到AT總線上的信號有以下幾種：（1）BE0BE3（F18#、E17#F17#F15#）字節(jié)允許信號，信號分別表示32位數(shù)據(jù)總線上，那個字節(jié)與當(dāng)前總線周期有關(guān)。它們與80386 （80486）CPU上的BEOBE3有同樣功能。（2）M / IO（F 10#）存貯器或接口指示信號，用該信

18、號的不同電平來區(qū)分EISA總線上是內(nèi)存周期，還是接口（O/I）周期。（3）START（E2#）起始信號，表明EISA 總線周期開始。3 EISA 總線（4）CMD（E1#）定時控制信號，在EISA 總線周期中提供定時控制。（5）LA2 LA31 （H5# E18#）： 地址總線信號，這些信號在底板上沒有鎖存，可實現(xiàn)高速傳遞。他們與 BE0BE3 一起，共同決定32位地址的尋址空間，范圍4G。（6）D16 D31 （H7# G18#）數(shù)據(jù)總線的高16位， 該信號與原來AT 總線上定義的D0D15 共同構(gòu)成32位數(shù)據(jù)總線，使EISA 總線具備尋址32位 數(shù)據(jù)的功能。3 EISA 總線（7）MAC

19、KN（H19#）： 總線主控器指示信號，用該信號表示第n個總線主控器已獲總線控制權(quán)。（8）MREQN（G19# ）主控器請求信號，總線上主控器在希望獲得總線時，發(fā)出此信號，用請求得到總線控制權(quán)。（9）MSBUST （E9# ）用來指明一個主控器有能力完成一次猝發(fā)傳遞周期。3 EISA 總線（10）SLBUST （E8 #）用來指明一個控制器有能力接受一次猝發(fā)傳遞周期。（11）EX32， EX16 （E4#E7#）指示受控器是一個EISA 板，并能支持32位或16位周期。若一個周期開始，這兩信號均見效，則總線變成AT 總線的兼容方式。（12）EXRDY （E3#）指示一個EISA 受控器準(zhǔn)備結(jié)束

20、一個周期。 2）EISA總線的主要特點(diǎn) AT 總線上擴(kuò)展，與AT 兼容，所有AT 插板可在EISA 上運(yùn)行。 具有較高傳輸速率，可達(dá) 33MB/S 速度進(jìn)行32位猝發(fā)或傳輸。 規(guī)定中斷線使用電平觸發(fā)。 總線裁決使用集中方式進(jìn)行，使 EISA 總線有效的支持構(gòu)成多CPU 系統(tǒng)。 3）利用inter 芯片構(gòu)成EISA 總線PC 機(jī)系統(tǒng)舉例：3）利用inter 芯片構(gòu)成EISA 總線PC 機(jī)系統(tǒng)舉例：上述EISA 總線，關(guān)鍵芯片3塊，外圍接口芯片 ISP 82357總線主控接口控制器 BMIC 82355EISA 總線控制器 EBC 823584.STD 總線STD 總線是工業(yè)控制微機(jī)，標(biāo)準(zhǔn)總線，具

21、有良好兼容性。品種多，易選擇，高可靠，在惡劣條件環(huán)境長時間工作。STD 總線有56線，114線，136線三種標(biāo)準(zhǔn)。*STD 總線插件板都是有尺寸，厚度規(guī)范的，不能隨意更改。插接引腳排列分 元件面單號序數(shù)排序 焊接面雙號序數(shù)5.PCI總線PCI總線( Peripheral component Interconnection）外設(shè)互連總線的簡稱由Intel公司推出的32/64位標(biāo)準(zhǔn)總線。PCI總線是一種與CPU隔離的總線結(jié)構(gòu)，并能與CPU同時工作。這種總線適應(yīng)性強(qiáng)、速度快、數(shù)據(jù)傳輸率為133MB / s。適用于目前大部分微型計算機(jī)。5.PCI總線PCI總線不依附于具體處理器總線。PCI是在CPU和

22、原來的ISA系統(tǒng)總線之間插入的另一級總線，具體由一個橋接電路實現(xiàn)對這一層的管理，并實現(xiàn)上下之間的接口以協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)的傳送。管理器提供了信號緩沖，使之能支持10種類型的外設(shè)接口，并能在較高時鐘頻率下保持高性能。PCI總線也支持總線主控技術(shù)，允許智能設(shè)備在需要時取得總線控制權(quán)，以加速數(shù)據(jù)傳送。5.PCI總線一個PCI接口包括一系列的寄存器，位于PCI接口上的一個小容量的存儲器中，其中包含了PCI接口的信息。根據(jù)這些寄存器中的信息，計算機(jī)就可以把PCI接口自動配置到系統(tǒng)中，這個特性被稱為即插即用（PnP）特性，這是PCI總線在最新的計算機(jī)系統(tǒng)中變得流行的原因之一。PCI總線的主要性能特點(diǎn)如下：總線時鐘頻

23、率為33MHz/66MHz；最大數(shù)據(jù)傳輸速率在時鐘頻率為33MHz時為133MB /s ( 32位）或266MB / : ( 64位）；時鐘為同步方式；總線寬度為32位/64位：能自動識別外設(shè)（即插即用功能）；具有與處理器和存儲器子系統(tǒng)完全并行操作的能力；支持64位尋址能力；完全的多總線主控能力。2）PCI總線引腳PCI總線包含32位（或64位）數(shù)據(jù)總線和32位（或64位）地址總線。地址總線和數(shù)據(jù)總線是多路復(fù)用的，它們在連接器上標(biāo)識為ADO一AD63。32位PCI總線具有連接引腳號1到62，而64位PCI總線具有連接引腳號1到94。下表給出了PCI總線各個引腳定義。3） PCI總線結(jié)構(gòu)連接方式

24、PCI總線的基本連接方式如圖所示。CPU總線是單獨(dú)的并獨(dú)立于PCI總線?？煽吹紺PU總線（即前端總線）和PCI總線由橋接電路（稱北橋芯片或GMCH）相連。北橋芯片除含有橋接電路外，還有cache控制器和DRAM控制器等其他控制電路。PCI總線上掛接高速設(shè)備，如圖形控制器、IDE、SCSI設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)控制器等。PCI總線和ISA / EISA總線之間也通過橋接電路（稱南橋芯片或ICH）相連；ISA/EISA上掛接傳統(tǒng)的慢速設(shè)備，繼承原有的資源。PCI總線還有其他一些連接方式，如雙PCI總線方式、PCI to PCI方式、多處理器服務(wù)器方式等。4）PCI總線的中斷和總線仲裁PCI總線支持4種中斷（#

25、INTA#INTD）。任何PCI設(shè)備接口都可以使用INTA，但是只有多功能接口可以使用其他3種中斷（#INTB#INTD）。根據(jù)系統(tǒng)BIOS的設(shè)置，這些中斷可以被PCI橋接器導(dǎo)入IRQx中斷中的一個。例如，100Mbits的以太網(wǎng)卡可以觸發(fā)中斷#INTA，該中斷將被導(dǎo)入IRQ10o在PCI總線上，總線主控器是總線上的設(shè)備，它可以接管總線的控制權(quán)。為了避免總線沖突，PCI使用REQ（請求）信號和GNT（授權(quán)）信號來對總線的使用進(jìn)行仲裁。4）PCI總線的中斷和總線仲裁當(dāng)某一總線主控設(shè)備需要控制總線時，它就會激活REQ信號，用以表示請求控制PCI總線若請求被接受，仲裁邏輯電路就激活G NT信號；于是

26、發(fā)出請求信號的總線主控設(shè)備就可以獲得總線控制權(quán)。5） PCI接口的配置寄存器每個PCI接口都有256字節(jié)的配置存儲器，每4個字節(jié)構(gòu)成一個32位的寄存器，配置存儲器是由64個32位的寄存器組成。配置存儲器的前64個字節(jié)為預(yù)定義信息區(qū)（又稱標(biāo)題區(qū)）；其中的信息由PCI SIG組織進(jìn)行預(yù)定義；后192字節(jié)為特殊配置數(shù)據(jù)區(qū)，其中的內(nèi)容根據(jù)接口的特性由生產(chǎn)廠家定義。主機(jī)系統(tǒng)可以通過配置存儲器給出的信息來配置操作系統(tǒng)，以實現(xiàn)PCI接口的即插即用特性。下圖給出了配置存儲器的前64字節(jié)的內(nèi)容5） PCI接口的配置寄存器（l）設(shè)備識別碼和廠商識別碼。設(shè)備識別碼若為FFFFh，表示沒有安裝設(shè)備，而其他數(shù)據(jù)都表示設(shè)

27、備的編碼。廠商識別碼是由PCI SIG組織進(jìn)行分配的這個編碼一般顯示在BOIS的啟動畫面里例如，Motorola的廠商識別碼為1057h , EPSON為1008h , Intel為8086h等。（2）狀態(tài)和命令格式圖所示（3）類別碼和修訂號類別碼有3個字節(jié)，第一個字節(jié)定義部件的主類別（00h表示沒有類碼，01h表示大容量存儲器，02h表示網(wǎng)絡(luò)控制器，03h表示視頻控制器，04h表示多媒體組件，05h表示內(nèi)存控制器，06h表示橋接器），第二個字節(jié)為設(shè)備的子類碼。第三個字節(jié)用于定義組件的編程接口。前2個字節(jié)的代碼定義見下表5） PCI接口的配置寄存器（4 ) BlST（內(nèi)部自測）是一個8位字段，

28、最高有效位定義設(shè)備是否可進(jìn)行一次BIST，次高有效位定義是否將要執(zhí)行一次BIST（該位置上的1表示要執(zhí)行一次BIST）。第0位到第3位定義了BIST執(zhí)行過后的狀態(tài)碼（0值表示沒有錯誤）。（5）標(biāo)題字段。標(biāo)題字段定義了在最開始16字節(jié)的報頭以后的48個字節(jié)的布局，最高有效位定義了該設(shè)備是否多功能設(shè)備，1表示是多功能設(shè)備。（6 ) CLS（高速緩存行大小）定義部件中的高速緩存行的大小。（7）等待時間定義了PCI總線操作所需的時間，其中的時間值為等待時間加上8個PCI時鐘周期。（8）基地址。該區(qū)域存放了內(nèi)存的基地址、I/O地址空間和擴(kuò)展ROM的地址。前兩個雙字包含位于PCI接口中的內(nèi)存的32位基地址

29、或64位基地址。內(nèi)存基地址的格式如下：第3個雙字包含I/O空間的基地址，其格式如下：5） PCI接口的配置寄存器（9）擴(kuò)展ROM基址。允許將擴(kuò)展ROM的地址放到32位存儲器地址區(qū)域里的任何位置。（10 ) MaxLat和MinGNT都是只讀字段，它們定義了最大和最小等待時間值。（11 ) INT-Line是一個只有4位的字段，用于定義所用到的中斷信號線（IRQ0-IRQ15 )，字段值0000-1111分別表示使用IRQ0-IRQ15。PCI橋接器可以將這個中斷轉(zhuǎn)接到適當(dāng)?shù)腎RQ信號線上。（12）INT-Pin也是一個4位的字段，它定義了設(shè)備正在使用哪一根PCI中斷信號線( #INTA-#IN

30、TD ) , 0表示沒有中斷，1表示#INTA , 2表示INTB依此類椎。6 ） I/O尋址6 ） I/O尋址標(biāo)準(zhǔn)PC的I/O尋址范圍是以0000H-FFFFH的64KB空間，只需要16位地址線，而PCI總線可以支持32位或64位尋址。PCI設(shè)備可以按以下兩種方式進(jìn)行配置。6 ） I/O尋址（1）配置方式通過兩個標(biāo)準(zhǔn)地址（0CF8H和0CFCH）來配置PCI設(shè)各。其中地址為0CF8H的4個字節(jié)稱為配置地址寄存器，用于訪問配置地址區(qū)域；0CFCH的4個字節(jié)稱為配置數(shù)據(jù)寄存器，用于從PCI設(shè)備的配置存儲器中讀一個32位數(shù)或把一個32位數(shù)寫入PCI設(shè)各的配置存儲器中（2）配置方式把每個PCI設(shè)備映

31、射到C0000-CFFFH的4KB大小的I/O空間中。要使用配置方式二，應(yīng)該激活0CF8H地址處的配置寄存器CSE；CSE寄存器的格式定義如下Bit7-bit4為0000時是正常模式，為0001-1111時是激活配置區(qū)。這4位的值除了0000外，其他任何數(shù)值都可以將映射配置區(qū)激活激活后，C000H到CFFFH之間的所有I/O地址都可以當(dāng)成是正常的I/O端口來操作。 Bit3-bit1為功能位。定義了多功能PCI設(shè)備中的功能數(shù)。 bit0為SCE位。0表示配置周期，1表示特殊周期。7） . BIOS中的PCI擴(kuò)展功能PCI總線的系統(tǒng)對BIOS進(jìn)行了擴(kuò)展，這些擴(kuò)展功能提供了對PCI接口配置的支持。

32、BIOS中的PCI擴(kuò)展功能是通過中斷1AH來進(jìn)行訪問8） PCI總線的發(fā)展Intel推出一種稱為MiniPCI的總線標(biāo)準(zhǔn)。Mini PCI對原來的PCI總線在控制線路和功能作了改進(jìn)，減小了外形尺寸，用于便攜式計算機(jī)。為了滿足系統(tǒng)對總線帶寬的需求，Intel推出的新一代PCI總線規(guī)范稱為PCI-X，主要適用于133MHz總線時鐘頻率的臺式機(jī)主板。更新型的PCI-X2.0可適用于總線時鐘頻率為533MHz主板。PCI-X與傳統(tǒng)PCI總線的比較如表所示。6.AGP總線1）概述AGP ( Accelerated Graphics Port，加速圖形接口）是一種專為提高視頻帶寬而設(shè)計的總線規(guī)范。AGP插

33、槽可以插入符合該規(guī)范的AGP顯示插卡。視頻信號的傳輸速率可以從PCI的133MB/s提高到266MB / s (1x模式）、533MB / s (2x模式）、1066MB / s ( 4x模式）或2133MB / : ( 8x模式）。AGP不能稱為總線，因為它僅在AGP控制芯片和AGP顯示卡之間提供了點(diǎn)到點(diǎn)的連接。6.AGP總線在AGP出現(xiàn)以前，幾乎所有圖形顯示卡都采用了PCI總線接口。隨著圖形顯示卡3D圖形處理性能大幅度提升，顯卡處理的數(shù)據(jù)越來越多，PCI接口就逐漸暴露出其局限性這種局限性主要表現(xiàn)在3D圖形描繪中，儲存在PCI顯示卡顯示內(nèi)存中的不僅有影像數(shù)據(jù)，還有紋理數(shù)據(jù)（Texture D

34、ata）、z軸的距離數(shù)據(jù)及Alpha變換數(shù)據(jù)等，特別是紋理信息量大；為了解決3D圖形數(shù)據(jù)的傳輸問題，主要微機(jī)生產(chǎn)廠商聯(lián)合推出了AGP圖形接口。AGP在主內(nèi)存與顯卡間提供了一條直接通道，使3D圖形數(shù)據(jù)可不經(jīng)PCI總線，而直接送入顯示子系統(tǒng)。這樣就能突破由于PCI總線形成的系統(tǒng)瓶頸，實現(xiàn)高性能3D圖形的描繪功能。推出AGP接口的主要目的就是為了大幅度提高微型計算機(jī)的3D圖形的處理能力，或者說AGP是用于加速圖形顯示的一個專用總線接口。AGP總線的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖所示2）AGP的性能特點(diǎn)AGP以66MHz PCI Rev2.1規(guī)范為基礎(chǔ)。擴(kuò)充了以下主要功能：（1）數(shù)據(jù)讀寫操作的流水線操作流水線（Pipe

35、llning）操作是AGP提供的僅針對主存的增強(qiáng)協(xié)議。采用流水線操作能減少內(nèi)存的等待時間，數(shù)據(jù)傳輸速度有了很大提高。（2）具有2X、4x、8X的數(shù)據(jù)傳輸頻率AGP使用了32位數(shù)據(jù)總線和多時鐘技術(shù)的66MHz時鐘允許AGP在一個時鐘周期內(nèi)傳輸2次、4次甚至8次數(shù)據(jù)，從而使AGP總線傳輸帶寬達(dá)到了533MB / s (2X）、1066MBls (4X）和2133MB / s (8X）6.AGP總線( 3）直接內(nèi)存執(zhí)行DIME存入系統(tǒng)內(nèi)存，從而讓出幀緩沖區(qū)和帶寬供其他功能使用。這種允許顯示卡直接操作主存的技術(shù)稱為DIME ( Direct Memory Execute）口；與采用的UMA有以下兩點(diǎn)區(qū)

36、別：通過AGP技術(shù)使用的主內(nèi)存（稱為AGP RAM）并沒有完全取代顯示卡的顯示緩存，AGP主存只是對緩存的擴(kuò)大和補(bǔ)充。低端機(jī)的UMA是通過PCI接口運(yùn)行的，速度較慢。( 4）地址信號與數(shù)據(jù)信號分離采用多路信號分離技術(shù)（Demultiplexing )，并通過使用邊帶尋址SBA ( Side Band Address）總線來提高隨機(jī)內(nèi)存訪問的速度。( 5）并行操作在CPU訪問系統(tǒng)RAM的同時允許AGP顯示卡訪問AGP內(nèi)存，顯示卡可以獨(dú)享AGP總線帶寬，從而進(jìn)一步提高了系統(tǒng)性能。3） AGP的工作模式4） PCI和AGP的比較7.USB總線計算機(jī)有SIO和PIO接口，設(shè)置在主機(jī)箱的后面板，以連接鍵

37、盤、鼠標(biāo)器、顯示器與打印機(jī)等外部設(shè)備；隨著計算機(jī)的應(yīng)用廣泛，需要連接外設(shè)不斷增多，接口矛盾尖銳。USB接口和USB總線應(yīng)運(yùn)而生。USB是由compaq、DEC、IBM、Intel、Microsoft和NEC等多家美國和日本公司共同開發(fā)一種新的外設(shè)連接技術(shù)。總線獨(dú)立于主計算機(jī)系統(tǒng)，在整個計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中保持一致。為實現(xiàn)目標(biāo)，USBIF發(fā)布一種稱為通用串行總線的串行技術(shù)規(guī)范，簡稱為USB。微軟從Win98開始加入了USB，使USB得到發(fā)展和普及USB已成為微機(jī)一種事實接口標(biāo)準(zhǔn)，新產(chǎn)品大量采用。2）USB的特點(diǎn)USB的顯著特點(diǎn)：易于使用、對用戶隱藏技術(shù)實現(xiàn)細(xì)節(jié)、可以應(yīng)用于不同的領(lǐng)域、有足夠帶寬以適應(yīng)

38、多媒體應(yīng)用要求、具有高可靠性、設(shè)備與系統(tǒng)相互獨(dú)立。( l）易于使用是USB的主要目標(biāo)，USB受到用戶廣泛歡迎，其主要原因包括：適合多種設(shè)各。一種通用接口，無需準(zhǔn)備不同接口和協(xié)議，自動配置，即插即用（PnP），不需要用戶進(jìn)行初始設(shè)置，如端口地址和中斷請求( IRQ）線等，節(jié)省硬件資源。IRQ線是稀缺資源，對USB，它只需若干端口地址和一根IRQ，而掛接到USB上的外設(shè)不需任何資源。易于連接。有了USB，就不需再打開計算機(jī)的機(jī)箱去為每個外設(shè)增加擴(kuò)展卡。PC機(jī)有2一6個USB端口，一個USB支持多達(dá)127個物理外設(shè)。簡易電纜連接。USB被設(shè)計易于連接。USB電纜只有4根芯線：兩根數(shù)據(jù)線，一根電源和一

39、根地線。電纜可長達(dá)5米。通過集線器，連接還可以擴(kuò)展到30米。( l）易于使用熱插拔。連接和斷開外設(shè)，都不會損壞PC或外設(shè)。不需另備電源。USB接口自帶了電源線和地線，可以提供十5V的電源供應(yīng)。一個外設(shè)如果需中等功率的電源供應(yīng)（最多500mA )，從總線得到電源而不需使用外置電源。( 2）速度較快一個USB 2.0規(guī)范將以480Mbit /s傳輸數(shù)據(jù)。實際數(shù)據(jù)傳輸速率比這個數(shù)值要低一些，是因所有外設(shè)都共用總線，導(dǎo)致總線除傳輸數(shù)據(jù)外，還須攜帶狀態(tài)、控制和錯誤檢測信號。這使USB對打印機(jī)和其他需要快速傳遞大容量數(shù)據(jù)的外設(shè)更具吸引力。USB也支持1.5Mbit/s的低速傳輸。低速外設(shè)便宜。它們的電纜更

40、靈活（如鼠標(biāo)），因為電纜不需要屏蔽。( 3）可靠性高USB的可靠性來自于硬件設(shè)計和數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議兩方面。USB驅(qū)動器、接收器和電纜的硬件規(guī)范消除了大多數(shù)可能引起數(shù)據(jù)錯誤的噪聲USB協(xié)議用差錯控制和缺陷發(fā)現(xiàn)機(jī)制，當(dāng)檢測到錯誤時，能通知發(fā)送方重新發(fā)送前面的數(shù)據(jù)檢測、通知和重發(fā)都由硬件來完成，不需要任何軟件的介入。( 4）低成本雖然USB比以前的接口復(fù)雜，但組件和電纜并不昂貴。USB接口設(shè)備與相同功能的老式接口設(shè)備所需費(fèi)用是甚至更低。對成本非常低的外設(shè)來說，可以選擇低速傳輸以降低對硬件的要求，使成本控制在合理的范圍內(nèi)。( 5）低功耗當(dāng)USB外設(shè)不被使用時省電電路和代碼會自動關(guān)閉它的電源，但仍能夠在需要

41、的時候作出反應(yīng)。降低電源消耗除可帶來保護(hù)環(huán)境的好處外，對電源非常敏感的筆記本電腦尤其有吸引力。3 . USB的技術(shù)指標(biāo)到目前為止，USB己有幾種版本，USB1.1、2.0和USB3.0。這幾種版本的USB均采用一條4芯的電纜連接主機(jī)和USB設(shè)備。連接電纜除提供信號線外，還向USB設(shè)備提供了電源。USB1.1和2.0的主要技術(shù)指標(biāo)如表所示。4）USB總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和連接形式USB總線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是一種多層的星形結(jié)構(gòu)，如圖所示。每個星形中心是一個集線器。一個集線器可有27個端口，每一個端口都可以連接一個功能設(shè)備或另一個集線器。所有的連接都是點(diǎn)對點(diǎn)的。4）USB總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和連接形式USB設(shè)備可以劃分成

42、兩大類，集線器（Hub）和功能部件（Function）。只有集線器有能力提供附加的USB接入點(diǎn)。而功能部件為主機(jī)提供附加的功能。有些USB設(shè)備既是功能部件，也可以提供集線器功能稱其為復(fù)合設(shè)備。由于USB是一個主從式總線協(xié)議，即在USB總線上有一個主設(shè)備和若干個從設(shè)備。這主設(shè)稱為主機(jī)，從設(shè)備稱為USB設(shè)備。主機(jī)對USB總線擁有絕對的主控權(quán)，總線上的一切數(shù)據(jù)傳輸都由主機(jī)控制。( 1 ) USB主機(jī)在USB系統(tǒng)中只允許有一個主機(jī)。主機(jī)中的USB接口稱之為USB主控制器而根集線器是集成在主機(jī)系統(tǒng)中的。在USB規(guī)范中，USB主機(jī)被定義為控制USB的軟件和硬件的集合?？烧J(rèn)為USB主機(jī)就是PC機(jī)的硬件和相應(yīng)

43、的驅(qū)動程序主機(jī)在USB中的責(zé)任是：1）檢測USB設(shè)備的插入和拔出。2）在主機(jī)與USB設(shè)備之間管理數(shù)據(jù)流；主機(jī)負(fù)責(zé)控制總線上的數(shù)據(jù)流3）進(jìn)行錯誤檢查；主機(jī)也有錯誤檢查的責(zé)任4）提供電源( 2 ) USB設(shè)備USB設(shè)備分為集線器和功能設(shè)備。集線器具有一個上行端口（Upstream Port）和若干個下行端口。上行端口用于連接主機(jī)或上級集線器，下行端口用于連接下級集線器或直接連接設(shè)備。通過集線器可實現(xiàn)USB總線的多級連接。集線器可以發(fā)現(xiàn)下行端口上的設(shè)備插入或拔出操作，并為下行設(shè)備分配電源。每一個下行端口都可以分別配置為全速或低速，集線器可以把低速端口與全速率信號分離開來。( 2 ) USB設(shè)備功能設(shè)

44、備是：可從USB總線上接收或發(fā)送數(shù)據(jù)或控制信息的USB設(shè)備。一個功能設(shè)備由一個獨(dú)立的外圍設(shè)備實現(xiàn)，它通過一根電纜接到集線器上的某一端口。一個物理組件可包含多個功能設(shè)備和一個嵌入式集線器，且僅用一根USB電纜連接到上級集線器，這稱為復(fù)合設(shè)備。對主機(jī)而言，復(fù)合設(shè)備呈現(xiàn)為永遠(yuǎn)都連接著一個或多個USB設(shè)備的集線器。每一個功能設(shè)備都包含描述能力和所需資源的配置信息。用一個功能設(shè)備前，須由主機(jī)來對其進(jìn)行配置。這種配置操作包括分配USB帶寬和為該功能設(shè)備選擇特定的配置選項。例子包括鼠標(biāo)、鍵盤、打印機(jī)、MODEM、移動硬盤、數(shù)字相機(jī)等。( 2 ) USB設(shè)備與主機(jī)不同的是，設(shè)備不能主動發(fā)起一次USB通信。它須

45、等待主機(jī)并響應(yīng)主機(jī)發(fā)起的通信（一個例外遠(yuǎn)程喚醒，能申請通信）。設(shè)備在USB中責(zé)任是：檢測與自己的通信；每個外設(shè)始終監(jiān)測著總線上的通信對標(biāo)準(zhǔn)請求進(jìn)行響應(yīng)；錯誤檢查管理電源( 3 ) USB的設(shè)備類型USB各引即信號的定義和用途5）USB通信流USB接口是一個基于令牌（token-based）的總線協(xié)議整個USB通信包含一大管道（12Mbit/s )，這大管道可分高達(dá)127個小管道，每小管道連到一個USB設(shè)備上由于在USB令牌包含有7個用來尋址的位（位于地址數(shù)據(jù)域，ADDR )，最多可尋址128個設(shè)備，而每個連接到設(shè)備小管道又再細(xì)分為許多微管道。在令牌包中包含了4位的端點(diǎn)地址（位于端點(diǎn)數(shù)據(jù)域，EN

46、DP）以及一個輸入輸出位，在一個單獨(dú)小管道內(nèi)最多再分割成16組微管道，可對16個輸出瀚入點(diǎn)的端點(diǎn)（共32個端點(diǎn)）尋址。( 1）設(shè)備端點(diǎn)（End Point )端點(diǎn)是USB設(shè)備惟一可確認(rèn)部分，是主機(jī)和設(shè)備之間通信流的終點(diǎn)。USB為主機(jī)上客戶軟件與USB功能模塊之間通信提供服務(wù)。端點(diǎn)可以決定端點(diǎn)和客戶軟件之間通信所需要的傳輸服務(wù)類型。一個端點(diǎn)具有以下一些屬性：端點(diǎn)號總線頻率延時要求帶寬要求差錯控制要求端點(diǎn)可以接收或傳遞的最大分組端點(diǎn)的傳送類型端點(diǎn)和主機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳送方向端點(diǎn)0是USB設(shè)備默認(rèn)端點(diǎn)功能設(shè)備具有其他的端點(diǎn)。有16個輸入端點(diǎn)和16個輸出端點(diǎn)。( 2）管道USB管道是設(shè)備上一個端點(diǎn)和主機(jī)上

47、軟件的聯(lián)合體，主機(jī)上的軟件通過管道與USB設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。一個USB設(shè)備進(jìn)行配置后，就會形成管道。端點(diǎn)0擁有一個管道，該管道稱默認(rèn)管道。系統(tǒng)軟件利用該管道來識別設(shè)備和確定配置要求，并對設(shè)備進(jìn)行配置。當(dāng)設(shè)備配置完畢后，該設(shè)備的專用軟件也可使用默認(rèn)管道。同時USB系統(tǒng)軟件也保留對默認(rèn)管道的“所有權(quán)”，并由它來協(xié)調(diào)其他客戶軟件對該管道的使用。6）USB的傳輸類型USB定義了以下4種傳輸類型：1）控制傳輸 用于命令/狀態(tài)操作。是由主機(jī)軟件發(fā)起的請求/響應(yīng)通信過程，具有突發(fā)性，非周期的特點(diǎn)2）同步傳輸 用于主機(jī)和設(shè)備與時間有關(guān)的信息傳輸。具有周期性、連續(xù)性的特點(diǎn)。這種傳輸類型保留了數(shù)據(jù)中時間壓縮概念。

48、3）中斷傳輸 用于向主機(jī)通知設(shè)備的服務(wù)請求。是由設(shè)備發(fā)起的通信，具有數(shù)據(jù)量小、非周期、低頻率、延時固定等特點(diǎn)。4）批量傳輸 用于那些可以利用任何可用的帶寬進(jìn)行傳送，或可以延遲到有可以利用的帶寬時再進(jìn)行傳送的數(shù)據(jù)。它具有非周期和突發(fā)性強(qiáng)的特點(diǎn)7）總線枚舉總線枚舉是指對總線上接入的USB設(shè)各進(jìn)行識別和尋址操作。USB熱插拔和即插即用，主機(jī)須用總線枚舉過程來識別和管理設(shè)備狀態(tài)變化。并動態(tài)進(jìn)行配置。當(dāng)USB設(shè)備接入，下列事件會發(fā)生：1 ) USB接入集線器向主機(jī)報告該事件。2）主機(jī)詢問集線器確定變化真實性質(zhì)。3）主機(jī)己知新設(shè)備所接入端口，向端口發(fā)激活復(fù)位信號4）集線器把發(fā)端口復(fù)位信號保持10ms。US

49、B處于加電狀態(tài)。所有寄存器和狀態(tài)都重新設(shè)置；7）總線枚舉5）為USB分配地址前，用默認(rèn)地址仍可訪問默認(rèn)管道。主機(jī)讀取設(shè)備描述符，確定這USB設(shè)備默認(rèn)管道實際可用最大數(shù)據(jù)負(fù)載尺寸。6）主機(jī)為USB設(shè)備分配惟一USB地址，然后用這地址和端點(diǎn)0來建立USB設(shè)備的控制管道。7）主機(jī)讀取設(shè)備每項配置信息。這個過程需傳輸若干個幀的數(shù)據(jù)。8）根據(jù)配置信息，主機(jī)向設(shè)備分配一個配置值，這時設(shè)備就處于配置完成狀態(tài)，為使用做好了準(zhǔn)備。當(dāng)USB設(shè)備被拆除時，集線器也會通知主機(jī)。拆除一個設(shè)備會使該設(shè)備所接入的端口被禁用。一旦收到了拆除指示，主機(jī)將立即更新它的本地拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)信息8）USB傳輸與數(shù)據(jù)包格式USB傳輸數(shù)據(jù)的格式

50、與計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)的格式相似，即所有的數(shù)據(jù)都須封裝成幀（或稱為數(shù)據(jù)包）才能遞交給總線接口送到總線傳輸。任何數(shù)據(jù)包發(fā)送前，都要先發(fā)送一個同步字節(jié)（80H），然后緊接著發(fā)送數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)包的第一個字節(jié)是數(shù)據(jù)包識別字節(jié)（PID）。下表給出了PID的定義下表給出了PID的定義下圖列出了USB傳輸中出現(xiàn)的數(shù)據(jù)、標(biāo)記、信號交換以及幀起始數(shù)據(jù)包的格式。地址字段包含USB設(shè)備的7位地址（USB最多可尋址127個設(shè)備）,端點(diǎn)號指示通信流的端點(diǎn)。CRC是數(shù)據(jù)校驗字段，USB用兩種CRC ( cyclic Redundancy check，循環(huán)冗余校驗）: CRC5和CRC16。CRC5的生成多項式為X5+X2+1（

51、對應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)為100101) , CRCl6的生成多項式為X16+X15+X2+1（二進(jìn)制數(shù)11000000000000101）。8）USB傳輸與數(shù)據(jù)包格式USB使用ACK和NAK來協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)包在主機(jī)系統(tǒng)和USB設(shè)備之間的傳輸。USB設(shè)備一旦收到從主機(jī)發(fā)來的數(shù)據(jù)包，就應(yīng)發(fā)回一個ACK（確認(rèn)）或NAK（否認(rèn)）給主機(jī)。如數(shù)據(jù)被正確接收，則發(fā)AcK：如果接收不正確，則發(fā)送NAK。如果主機(jī)接收到NAK，則它重新發(fā)送該數(shù)據(jù)包，直到接收器正確地接收到此數(shù)據(jù)包為止。這種數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒ǔ１环Q為停等式數(shù)據(jù)流控制（s top and wait flow control）。這種方法的關(guān)鍵是，主機(jī)在傳輸下一個數(shù)據(jù)包之

52、前，必須等待接收方返回對上一個數(shù)據(jù)包的回應(yīng)信息。三 、接口硬件電路設(shè)計二方面內(nèi)容 ： 1 總線的驅(qū)動與控制 2 總線擴(kuò)展的斷口譯碼技術(shù)和接口設(shè)計（一）總線的驅(qū)動與控制對任何CPU，若直接用它驅(qū)動總線，則構(gòu)成PC機(jī)規(guī)模極其有限（ 如單板機(jī)），因CPU 驅(qū)動能力有限。要構(gòu)成一個PC 儀器系統(tǒng)，總線驅(qū)動不可少。在驅(qū)動后的總線上要實現(xiàn)：（ 中斷 、DMA）等功能 = 必須對總線驅(qū)動器進(jìn)行控制，以避免發(fā)生總線競爭，使系統(tǒng)不能工作 引出本節(jié)討論的原因， 從工程應(yīng)用角度非常重要。 所以在儀器總線接口中，競爭須避免。 設(shè)計總線驅(qū)動器和插件板內(nèi)總線驅(qū)動時，要進(jìn)行驅(qū)動器的控制邏輯設(shè)計，保證任何情況下不發(fā)生總線競爭

53、。1、總線競爭的概念亦稱總線爭用，在同一總線上，同一時刻有二個或二個以上的器件輸出其狀態(tài)。如同一時刻： 門1，門2同時輸出狀態(tài)， 門1 低電平，門2 高電平，使總線狀態(tài)難以確定。門1的灌電流和門2的拉電流也可能使門損壞。 2.負(fù)載的計算在PC 及儀器接口卡中，某一芯片的驅(qū)動能力 它能在規(guī)定的性能下，供給下一級的電流（ 或吸收下級電流） 的能力。 及允許在其輸出端所接的等效電容的能力。能力 = 直流負(fù)載 稱下級電路對驅(qū)動器 的直流負(fù)戴 交流負(fù)載 稱下級電路對驅(qū)動器的交流負(fù)戴1）直流的負(fù)載估算 以如下系統(tǒng)為例：驅(qū)動門= 驅(qū)動負(fù)載門，分：驅(qū)動門輸出 1 高電平 2 低電平 （1）驅(qū)動門為高電平時：為

54、負(fù)戴門提供高電平，輸出電流 I1H為使電路正常工作，驅(qū)動門經(jīng)有能力為所有負(fù)戴門提供它們所需的電流。所以驅(qū)動門的高電平輸出電流 IOH 不小于所有負(fù)戴門所需的高電平輸入電流I1H 之和，滿足下式：n 驅(qū)動負(fù)戴的數(shù)， I1HI 為第I 個負(fù)戴門的高電平輸入電流。即： NOH = IOH/I1H 輸出電流 I1H 負(fù)戴電流 N 能力取最小值 （2）驅(qū)動門為低電平時： 驅(qū)動門為低電平時：驅(qū)動門的低電平輸出電流IOL （實際是負(fù)戴的灌電流） 應(yīng)大于所有負(fù)戴門的低電平輸入電流 I1L （實際是負(fù)戴門漏電流）滿足下式：IOL I1Li n 驅(qū)動負(fù)戴數(shù)NOL = IOLI1L直流計算實例：利用上述公式，可計算

55、驅(qū)動門的負(fù)戴。例： 查手冊，一門電路的IOH = 15mA。 IOL =24mA，它的I1L = 0.2 Ma， I1H= 0.1mA。若用這樣的門來驅(qū)動同樣的門?？捎嬎愠觯?高電平下 ： NH =15mA0.1mA= 150(個） 低電平下： NL=24mA0.2mA=120(個) 所以理論上這樣的門可驅(qū)動120 個同樣的門，但實際應(yīng)用，一般不超過20個門。交流負(fù)戴的計算：目前應(yīng)用，頻率不是很高，一般考慮電容影響。原因： 電容存在，使脈沖信號延時，邊沿變壞。所以許多芯片限定所允許的負(fù)戴電容CP。另一面，總線引線及每一個負(fù)戴都有一定輸入電容CI ，從交流負(fù)戴考慮，經(jīng)滿足下式：CP CP 驅(qū)動門

56、所能驅(qū)動的最大電容. CIi 第 i個負(fù)戴的輸入電容。 交流能力NP=CopCip 交流計算實例例： 某門電路所能驅(qū)動的最大電容為150PF，而每個負(fù)戴的輸入電容為5PF， 則以交流估算 n=150PF5PF =30 所以理算情況可驅(qū)動30個。小結(jié)： 進(jìn)行估算時，經(jīng)對直流和交流都進(jìn)行計算。 選取最小的數(shù)量各驅(qū)動能力。 一般選20個以內(nèi)， 或更小一些。3.總線驅(qū)動和控制方法驅(qū)動 增加總線的驅(qū)動能力?？偩€控制 要防止總線競爭現(xiàn)象的發(fā)生方法： 在應(yīng)用電路系統(tǒng)中對重負(fù)的總線增接一個總線驅(qū)動器。 （ 增驅(qū)動能力） 采用三態(tài)控制的總線尋址方式 （ 防總線競爭）所以總線驅(qū)動器有三態(tài)能力：同相驅(qū)動器： 反向驅(qū)

57、動器： 雙響驅(qū)動器：74LS244 74LS240 74LS 245也可用可編程接口： 如 8255， 8155 實現(xiàn)目的。3.總線驅(qū)動和控制方法一些應(yīng)用簡單示例：三態(tài)總線驅(qū)動器的接口電路方法；（寫狀態(tài)）當(dāng)計算機(jī)寫指定地址 傳輸線時，三態(tài)門選通，數(shù)據(jù)可對外驅(qū)動傳輸。3.總線驅(qū)動和控制方法AEN 地址允許信號輸出 0 CPU1 DMA 當(dāng)計算機(jī)讀指定地址CSx 時， 三態(tài)門選通，外部數(shù)據(jù)被讀入計算機(jī)中。 * 在沒有讀，寫上述指定地址的情況下，二種三態(tài)門均是阻斷的。數(shù)據(jù)總線雙向三態(tài)驅(qū)動的實際接口。應(yīng)用中： IOR 進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞方向控制。1# 讀操作時， IOR =0， 數(shù)據(jù)從 B口 A 口。2#

58、寫操作時， IOR = 1，數(shù)據(jù)從A口 B 口。尋址譯碼電路由 與非門完成74LS 245 按譯碼電路輸出所選通的I/O 地址進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫計算機(jī)未選中該地址時，未選中該地址為高電平，245的A口，B口被阻斷，稱高狀態(tài)，避免數(shù)據(jù)競爭。 4. PC/ XT 總線驅(qū)動與控制 PC/XT 總線形成電路1）原理： 8088 提供的地址總體地址信號 A0A7， A12A19 通過二片 74LS373 （三態(tài)鎖存器） 輸出。地址A8A11 由三態(tài)門74LS244 驅(qū)動。時分地址總線用總線控制器。8288提供的ALE 信號74LS373進(jìn)行鎖存。數(shù)據(jù)總線用74LS245 雙向三態(tài)門驅(qū)動。1* 當(dāng)CPU 讀內(nèi)存

59、（ 接口時）， 用8288的DT/ R 和DEN控制74LS245由B= A導(dǎo)通。2* 當(dāng)CPU 寫數(shù)據(jù)時，245由A= 向B導(dǎo)通。利用8288對CPU 的S2，S1，S0 進(jìn)行譯碼，產(chǎn)生總線上多種控制信號。1* 當(dāng)CPU工作時，根據(jù)時序需要，總線驅(qū)動器產(chǎn)生相應(yīng)（地址 數(shù)據(jù) 控制）信號，完成對CPU 的讀寫操作PC/XT總線形成電路2* 當(dāng)DMA控制器提出DMA 請求得到響應(yīng)時，則： 本驅(qū)動電路中所有地址數(shù)據(jù) 信號置高阻 = 以讓出總線交給DMA 使用?？刂撇捎肈MA 應(yīng)答電路控制 8288 中AEN， AENBRD 實現(xiàn)DAM控制。2）DMA控制數(shù)據(jù)傳送2）DMA控制數(shù)據(jù)傳送（1）無總線請求

60、，應(yīng)答電路輸出AENBRD 為0， AEN =1 高電平(AEN =0 CPU 控制）AEN BRD （0）= 加到8288上，8288正常工作，DEN輸出=高電平，經(jīng)反向器加到74LS245上= 數(shù)據(jù)驅(qū)動器正常工作。所以總線處于正常工作，通過控制74LS373， 74LS245和8288來保證。(2)有DMA請求，PC/XT中的8088，S0，S1同時為1，利用READY信號使CPU插入“等待周期”，并保持 SOS1 為1，直到DMA 傳送結(jié)束。 當(dāng)SOS1為1，此時DMA請求發(fā)生 HRQ DMA =1 則與非門 （應(yīng)答電路中）輸出為低電平 “0”= 最終D 觸發(fā)器，D3輸出（ AEN BR