總線與接口標(biāo)準(zhǔn)

關(guān)于總線與接口標(biāo)準(zhǔn)2第12章總線與接口標(biāo)準(zhǔn)

隨著微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展，總線技術(shù)也在不斷地發(fā)展與完善，并且已經(jīng)出現(xiàn)了一系列的標(biāo)準(zhǔn)化總線，這些標(biāo)準(zhǔn)化總線的廣泛使用，對(duì)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在各個(gè)領(lǐng)域的普及和應(yīng)用起到了積極的推動(dòng)作用。為了使微型計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)朝模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化的方向發(fā)展。標(biāo)準(zhǔn)總線應(yīng)具有以下特點(diǎn)：（1）可以簡(jiǎn)化計(jì)算機(jī)軟件和硬件的設(shè)計(jì)；（2）可以簡(jiǎn)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)；（3）易于系統(tǒng)的擴(kuò)展；（4）便于系統(tǒng)的更新；（5）便于系統(tǒng)的調(diào)試和維修。第2頁(yè),共36頁(yè)，2024年2月25日，星期天3第12章總線與接口標(biāo)準(zhǔn)

二、總線分類

在微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中按照總線的規(guī)模、用途及應(yīng)用場(chǎng)合，可將總線分為以下三類。（1）微處理器芯片總線也稱為元件級(jí)總線，這是在構(gòu)成一塊CPU插件或用微處理機(jī)芯片組成一個(gè)很小系統(tǒng)時(shí)常用的總線，常用于CPU芯片、存儲(chǔ)器芯片、I/O接口芯片等之間的信息傳送。按所傳送的信息類別不同，可將芯片總線分為傳送地址、傳送數(shù)據(jù)和傳送控制信息等三組總線，分別為地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線。第3頁(yè),共36頁(yè)，2024年2月25日，星期天4第12章總線與接口標(biāo)準(zhǔn)

（2）內(nèi)總線也稱為板極總線或系統(tǒng)總線，它是微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)連接各插件板的總線，用以實(shí)現(xiàn)微機(jī)系統(tǒng)與各種擴(kuò)展插件板之間的相互連接，是微機(jī)系統(tǒng)所特有的總線，一般用于模板之間的連接。在微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，系統(tǒng)總線是主板上微處理器和外部設(shè)備之間進(jìn)行通訊時(shí)所采用的數(shù)據(jù)通道。（3）外部總線也稱為通信總線，主要用于微機(jī)系統(tǒng)與微機(jī)系統(tǒng)之間或微機(jī)與外部設(shè)備（如打印機(jī)、硬盤設(shè)備）、儀器儀表之間的通信，常用于設(shè)備級(jí)的互連。這種總線的數(shù)據(jù)傳輸可以是并行的，也可以是串行的，數(shù)據(jù)傳輸速率低于系統(tǒng)內(nèi)部的總線。第4頁(yè),共36頁(yè)，2024年2月25日，星期天5第12章總線與接口標(biāo)準(zhǔn)

四、總線數(shù)據(jù)的傳送

1、總線數(shù)據(jù)的傳送方式信息在總線上有三種傳送方式：串行傳送、并行傳送和并串行傳送。（1）串行傳送方式當(dāng)信息以串行方式傳送時(shí)只使用一條傳輸線，而且采用脈沖傳送。具體操作就是在傳輸線上按順序傳送表示一個(gè)數(shù)碼的所有二進(jìn)制位的脈沖信號(hào)，每次一位。通常第一個(gè)脈沖信號(hào)表示數(shù)碼的最低有效位，最后一個(gè)脈沖信號(hào)表示數(shù)碼的最高有效位。第5頁(yè),共36頁(yè)，2024年2月25日，星期天6第12章總線與接口標(biāo)準(zhǔn)

（2）并行傳送方式采用并行方式傳送二進(jìn)制信息時(shí)，每個(gè)數(shù)據(jù)位都需要一條單獨(dú)的傳輸線。信息由多少個(gè)二進(jìn)制位組成，機(jī)器就需要有多少條傳輸線，從而讓二進(jìn)制信息在不同的線上同時(shí)進(jìn)行傳送。當(dāng)進(jìn)行并行傳送時(shí)，所有的位同時(shí)傳送，所以并行傳送方式的速度比串行傳送的速度要快得多。并行傳送是微機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部常用的傳送方式。源目的01010110010101108位數(shù)據(jù)線源01101010目的8T第6頁(yè),共36頁(yè)，2024年2月25日，星期天7第12章總線與接口標(biāo)準(zhǔn)

）并串行傳送方式并串行傳送方式是并行傳送方式與串行傳送方式的結(jié)合。當(dāng)信息在總線上以并串行方式傳送時(shí)，如果一個(gè)數(shù)據(jù)字由兩個(gè)字節(jié)組成，那么當(dāng)傳送一個(gè)字節(jié)時(shí)采用并行方式，字節(jié)之間采用串行方式。例：有的微型計(jì)算機(jī)（3中CPU的數(shù)據(jù)用16位并行運(yùn)算。但由于CPU芯片引腳數(shù)的限制，出入CPU的數(shù)據(jù)據(jù)總線寬度是8位。因此，當(dāng)數(shù)據(jù)從CPU中進(jìn)入數(shù)據(jù)總線時(shí)以字節(jié)為單位，采用并串行方式進(jìn)行行傳送。第7頁(yè),共36頁(yè)，2024年2月25日，星期天8第12章總線與接口標(biāo)準(zhǔn)

2、總線數(shù)據(jù)傳送的通訊協(xié)議

通訊協(xié)議是實(shí)現(xiàn)總線裁決和信息傳送的手段，通常分為同步方式和異步方式。（1）同步通訊方式總線上的部件通過總線進(jìn)行信息交換時(shí)用一個(gè)公共的時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行同步，這種方式稱為同步通訊。在同步方式中，由于采用了公共時(shí)鐘，每個(gè)部件何時(shí)發(fā)送或接收信息都由統(tǒng)一的時(shí)鐘規(guī)定，在通訊時(shí)不用附加時(shí)間標(biāo)志或來(lái)回應(yīng)答信號(hào)。所以，同步通訊具有較高的傳輸頻率。第8頁(yè),共36頁(yè)，2024年2月25日，星期天9第12章總線與接口標(biāo)準(zhǔn)

（2）異步通訊方式如果總線上各部件之間的距離和設(shè)備的速度相差很大，勢(shì)必會(huì)降低總線的效率，在這種情況下往往采用異步通訊方式。異步通訊允許總線上各個(gè)部件有各自的時(shí)鐘，部件之間進(jìn)行通訊時(shí)沒有公共的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)，而是在發(fā)送信息的同時(shí)發(fā)出該部件的時(shí)間標(biāo)志信號(hào)，用應(yīng)答方式來(lái)協(xié)調(diào)通信過程。異步通訊又分為單向方式和雙向方式兩種。單向方式不能判別數(shù)據(jù)是否正確傳送到對(duì)方，故大多采用雙向方式，即應(yīng)答式異步通訊。第9頁(yè),共36頁(yè)，2024年2月25日，星期天10第12章總線與接口標(biāo)準(zhǔn)

3、總線數(shù)據(jù)傳送的錯(cuò)誤檢測(cè)由于外界或者自身存在著各種隨機(jī)出現(xiàn)的干擾因素，總線上傳輸?shù)男畔⒖赡墚a(chǎn)生錯(cuò)誤。為此，需要采用錯(cuò)誤檢測(cè)電路來(lái)發(fā)現(xiàn)或糾正出現(xiàn)的錯(cuò)誤，用專用的總線信號(hào)來(lái)報(bào)告出現(xiàn)的錯(cuò)誤。最常用也是最簡(jiǎn)單的錯(cuò)誤檢測(cè)方法是奇偶校驗(yàn)法。在地址、數(shù)據(jù)或控制信息傳輸?shù)耐瑫r(shí)，將它的奇偶校驗(yàn)信息通過另一根總線傳輸?shù)叫盘?hào)接收方，接收方通過查驗(yàn)接收的信號(hào)是否符合校驗(yàn)規(guī)則來(lái)判斷收到信號(hào)的正確性。一旦發(fā)現(xiàn)奇偶校驗(yàn)的錯(cuò)誤，則通過另一條總線告知信號(hào)發(fā)送方發(fā)生了錯(cuò)誤，這時(shí)就可根據(jù)協(xié)定處理發(fā)現(xiàn)的錯(cuò)誤。第10頁(yè),共36頁(yè)，2024年2月25日，星期天11第12章總線與接口標(biāo)準(zhǔn)

總線進(jìn)行高速和大批量信息傳輸時(shí)，常采用的錯(cuò)誤校驗(yàn)方式是循環(huán)冗余校驗(yàn)CRC。CRC校驗(yàn)將傳輸?shù)臄?shù)據(jù)經(jīng)過專門的電路，產(chǎn)生一個(gè)16位或32位的

CRC碼，加在數(shù)據(jù)的最后發(fā)送。在數(shù)據(jù)的接收端，采用相同的電路對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。如果數(shù)據(jù)傳輸準(zhǔn)確無(wú)誤，則從線路上接收到的校驗(yàn)碼應(yīng)該與接收數(shù)據(jù)產(chǎn)生的校驗(yàn)碼一致，否則就表示發(fā)生了傳輸錯(cuò)誤。

CRC校驗(yàn)方式對(duì)于成塊數(shù)據(jù)傳送中數(shù)據(jù)檢錯(cuò)十分有效，但電路相對(duì)復(fù)雜一些，USB總線就是采用的這個(gè)方法。第11頁(yè),共36頁(yè)，2024年2月25日，星期天12第12章總線與接口標(biāo)準(zhǔn)

五、總線標(biāo)準(zhǔn)

目前總線標(biāo)準(zhǔn)有兩類：（1）是IEEE（美國(guó)電氣及電子工程師協(xié)會(huì)）標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)定義與解釋的標(biāo)準(zhǔn)，如：IEEE-488總線和RS-232C

串行接口標(biāo)準(zhǔn)等，這類標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)已有20多個(gè)。（2）是因廣泛應(yīng)用而被大家接受與公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)，如S-100

總線、IBMPC總線、ISA總線、EISA總線、STD總線接口標(biāo)準(zhǔn)等。不同的總線標(biāo)準(zhǔn)可以用于不同的微機(jī)系統(tǒng)或者同一微機(jī)系統(tǒng)的不同位置。第12頁(yè),共36頁(yè)，2024年2月25日，星期天13第12章總線與接口標(biāo)準(zhǔn)

通常情況下，總線能達(dá)到什么樣的性能是由總線的指標(biāo)體現(xiàn)的，主要有以下兩點(diǎn)：（1）總線寬度總線寬度是指可以同時(shí)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)位數(shù)，位數(shù)越多，一次傳輸?shù)男畔⒕驮蕉?。如EISA總線寬度為16位，PCI總線寬度為32位，

PCI-2總線寬度可達(dá)到64位。微計(jì)算機(jī)的總線寬度一般不會(huì)超過CPU外部數(shù)據(jù)總線的寬度。（2）總線頻率總線通常都有一個(gè)基本時(shí)鐘，總線上其它信號(hào)都以這個(gè)時(shí)鐘為基準(zhǔn)，這個(gè)時(shí)鐘的頻率也是總線工作的最高頻率。時(shí)鐘的頻率越高，單位時(shí)間內(nèi)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量就越大。EISA總線的時(shí)鐘頻率為8MHz，PCI總線為33.3MHz，PCI-2總線可達(dá)66MHz。第13頁(yè),共36頁(yè)，2024年2月25日，星期天14第12章總線與接口標(biāo)準(zhǔn)

11.3系統(tǒng)總線

系統(tǒng)總線是組成微機(jī)系統(tǒng)所用的總線。常用的系統(tǒng)總

線有8/16位ISA和EISA兩種。8位ISA總線也稱為PC總線，

16位ISA總線也稱為PC/AT總線，80年代末期出現(xiàn)了32位的

EISA總線。由于早期總線的時(shí)鐘頻率和最大傳輸率受主板

上的擴(kuò)展槽數(shù)量、傳輸線長(zhǎng)度及擴(kuò)展卡電路負(fù)載的限制，

系統(tǒng)總線傳輸速率較低，已成為限制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)工作速度

的一個(gè)瓶頸。隨著芯片制造技術(shù)的不斷提高，計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)

的更新與工作速度也大幅度提高，全新一代的系統(tǒng)總線也

在不斷涌現(xiàn)。第14頁(yè),共36頁(yè)，2024年2月25日，星期天15第12章總線與接口標(biāo)準(zhǔn)

一、PC總線

20世紀(jì)70年代末，蘋果微型計(jì)算機(jī)的成功證明了個(gè)人電腦市場(chǎng)是確實(shí)存在的，IBM公司最高決策層下令研制個(gè)人電腦，在佛羅里達(dá)的波克鎮(zhèn)成立了一個(gè)13人的研制小組。1981年，該小組推出了以8088為CPU的新一代個(gè)人計(jì)算機(jī)，為增加擴(kuò)充能力也設(shè)計(jì)了總線。該總線被稱為PC或PC/XT總線，

是PC總線的第一次創(chuàng)新與以前其它公司做法不同的是，IBM向外界完全公開了包括PC總線完整規(guī)范在內(nèi)的技術(shù)文件。總線工作頻率4.77MHz，總線寬度w=1Byte，傳送一次數(shù)據(jù)所需時(shí)鐘周期數(shù)N=2，所以總線傳輸率為Q=4.77×112=2.38MB/s。第15頁(yè),共36頁(yè)，2024年2月25日，星期天16第12章總線與接口標(biāo)準(zhǔn)

PC總線也叫做PC/XT總線，是早期PC/XT微機(jī)中采用的系統(tǒng)總線，它支持8位數(shù)據(jù)傳輸和10位尋址空間，最大通信速率為5MB/s。它有62根引腳，可插入符合PC總線的各種擴(kuò)展板，以擴(kuò)展微機(jī)的功能。其特點(diǎn)是把CPU視為總線的唯一總控設(shè)備，其余外圍設(shè)備均為從屬設(shè)備。具有價(jià)格低、可靠性好、兼容性好和使用靈活等優(yōu)點(diǎn)。

PC總線62條引腳信號(hào)通過一個(gè)31腳分為A、B兩面連接插槽，其中A面為元件面，B面為焊接面。這62條引腳信號(hào)分為地址線、數(shù)據(jù)線、控制線、狀態(tài)線、輔助線與電源等5類接口信號(hào)線。第16頁(yè),共36頁(yè)，2024年2月25日，星期天17第12章總線與接口標(biāo)準(zhǔn)

二、ISA總線這是PC總線的第二次創(chuàng)新。80286微處理器推出之后，IBM決定開發(fā)功能比PC/XT更強(qiáng)大的PC，稱為PC/AT。由于原PC/XT總線與新機(jī)器性能指標(biāo)不匹配，同時(shí)又要保證新機(jī)型必須與PC/XT的原有軟硬件兼容，這就要求必須對(duì)新機(jī)型的總線重新設(shè)計(jì)。

IBM公司在PC總線基礎(chǔ)上增加36個(gè)引腳，形成了

AT總線。即從1982年以后，逐步確立的IBM

公司工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)稱為ISA

總線，有時(shí)也稱為

PC/AT總線。第17頁(yè),共36頁(yè)，2024年2月25日，星期天18第12章總線與接口標(biāo)準(zhǔn)

1、ISA總線的特點(diǎn)

PC總線僅適用于8位數(shù)據(jù)的傳送，所以，從

IBMPC/AT微機(jī)開始采用PC/AT總線，即ISA總線，該總線的數(shù)據(jù)傳送速率最快為8MB/s，地址總線寬度為24位，可以支持16MB的內(nèi)存。

ISA總線在PC總線的62引腳的基礎(chǔ)上增加了一個(gè)36引腳的插槽，形成前62引腳和后36引腳的兩個(gè)插座，這樣就構(gòu)成了16

位ISA總線。它可以利用前

62引腳的插座插入與PC總線兼容的8位接口電路卡，也可以利用整個(gè)插座插入16位接口電路卡。除了數(shù)據(jù)和地址線的擴(kuò)充外，16位

ISA部分還擴(kuò)充了中斷和DMA請(qǐng)求、應(yīng)答信號(hào)。第18頁(yè),共36頁(yè)，2024年2月25日，星期天19第12章總線與接口標(biāo)準(zhǔn)

2、引腳信號(hào)功能

16位ISA總線的前62引腳的信號(hào)分布及其功能與PC總線基本相同，

16位總線中新增加的36引腳插槽信號(hào)擴(kuò)展了數(shù)據(jù)線、地址線、存儲(chǔ)器和I/O設(shè)備的讀寫控制線、中斷和DMA控制線、電源和地線等。新插槽中的引腳信號(hào)分為C（元件面）和D（焊接面）兩列。3、ISA總線的體系結(jié)構(gòu)

在利用ISA總線構(gòu)成的微機(jī)系統(tǒng)中，當(dāng)內(nèi)存速度較快時(shí)，通常采用將內(nèi)存移出ISA總線并轉(zhuǎn)移到自己的專用總線—內(nèi)存總線上的體系結(jié)構(gòu)，微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部采用高速總線，DRAM通過內(nèi)存總線與CPU進(jìn)行高速信息交換。ISA總線以擴(kuò)展插槽形式對(duì)外開放，磁盤控制器、顯示卡、聲卡、打印機(jī)等接口卡均可插在8/16

位ISA總線插槽上，以實(shí)現(xiàn)ISA支持的各種外設(shè)與CPU的通信。第19頁(yè),共36頁(yè)，2024年2月25日，星期天20第12章總線與接口標(biāo)準(zhǔn)

四、EISA總線

如果將MCA總線稱為PC總線的第三次創(chuàng)新，那么，EISA總線就是PC總線的第四次創(chuàng)新了。為了打破IBM的壟斷，1988年9月，Compaq、AST，Epson、

HP、Olivetti、NEC等9家公司聯(lián)合起來(lái)，推出了一種兼容性更優(yōu)越的總線，即EISA總線。設(shè)計(jì)EISA總線的目標(biāo)有2個(gè)：為提高數(shù)據(jù)傳輸率用一個(gè)專門猝發(fā)式DMA策略使32位總線能達(dá)到33MB/s；在功能、電氣、物理上保持與PC/XT、PC/AT總線兼容。

EISA總線是擴(kuò)展的ISA總線，引腳由原來(lái)ISA總線的62個(gè)加

36個(gè)擴(kuò)展到了98個(gè)，其數(shù)據(jù)總線被擴(kuò)展到32位，但時(shí)鐘速度仍維持在8MHz，傳輸速率為33MB/S，由于EISA總線性能穩(wěn)定，適用于網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、高速圖像處理、多媒體等領(lǐng)域，最常見的應(yīng)用是作為磁盤控制器和視頻圖形適配器。

由于EISA是兼容機(jī)廠商共同推出的，所以其技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是公開的。第20頁(yè),共36頁(yè)，2024年2月25日，星期天21第12章總線與接口標(biāo)準(zhǔn)

與ISA總線相比EISA總線有如下特點(diǎn)：（1）EISA總線用于32位微型計(jì)算機(jī)中，支持32位的地址總線尋址，可尋址4GB的存儲(chǔ)空間，也支持64KB的I/O端口尋址。（2）它具有32

位數(shù)據(jù)線，大大提高了數(shù)據(jù)傳輸能力，保證了系統(tǒng)性能的提高，使最大數(shù)據(jù)傳輸速率達(dá)33MB/S。（3）EISA總線支持多處理器結(jié)構(gòu)，支持多主控總線設(shè)備，具有較強(qiáng)的I/O擴(kuò)展能力和負(fù)載能力。（4）具有自動(dòng)配置功能，可以根據(jù)配置文件自動(dòng)地初始化，

配置系統(tǒng)板和多擴(kuò)展卡。（5）擴(kuò)展了DMA的范圍和傳輸速度，支持7個(gè)DMA通道，DMA數(shù)據(jù)傳輸既可在ISA方式下進(jìn)行，也可在EISA方式下進(jìn)行。而且在EISA方式下進(jìn)行DMA數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，使用的數(shù)據(jù)總線和地址總線都是32位的。（6）采用同步數(shù)據(jù)傳送協(xié)議，可支持常規(guī)的一次傳送，也可支持突法方式即高速分組傳送。第21頁(yè),共36頁(yè)，2024年2月25日，星期天22第12章總線與接口標(biāo)準(zhǔn)

11.4局部總線

局部總線可看作是CPU總線和系統(tǒng)總線之間的一種總線。它具有較高的時(shí)鐘頻率和傳輸率，在一定程度上克服了系統(tǒng)總線的瓶頸問題，提高了系統(tǒng)性能。使用局部總線后，系統(tǒng)內(nèi)有多條不同級(jí)別的總線，形成了“分級(jí)總線結(jié)構(gòu)”。在這種體系中，不同傳輸要求的設(shè)備“分類”連接在不同性能的總線上，合理地分配系統(tǒng)資源，滿足不同設(shè)備的不同需要。此外，局部總線信號(hào)獨(dú)立于CPU，處理器的更換不會(huì)影響系統(tǒng)結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)在常用的有3種局部總線：VESA局部總線、PCI局部總線、AGP總線。第22頁(yè),共36頁(yè)，2024年2月25日，星期天23第12章總線與接口標(biāo)準(zhǔn)

二、PCI總線

為解決VESA局部總線存在的問題，1991年下半年，Intel公司首先提出了PCI總線的概念。PCI是一種同步且獨(dú)立于處理器的32

位或64位的局部總線，它允許外設(shè)與CPU進(jìn)行智能對(duì)話，從而避免了中斷請(qǐng)求（IRQ）、直接存儲(chǔ)器存?。―MA）和I/O通道之間的沖突。其工作頻率為25、33、66MHz，最大傳輸率可達(dá)528MB/s。

PCI總線支持64位數(shù)據(jù)傳輸、多總線主控和線性突發(fā)方式，目前主要在奔騰（Pentium）等高檔微機(jī)中使用。PCI是高速外設(shè)與CPU

間的橋梁。它在CPU與外設(shè)間插入了一個(gè)復(fù)雜的管理層，以協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)傳輸，并提供了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的總線接口。該管理層提供信號(hào)的緩沖，使PCI能支持10種外設(shè)，并在高時(shí)鐘頻率下保持高性能。第23頁(yè),共36頁(yè)，2024年2月25日，星期天24第12章總線與接口標(biāo)準(zhǔn)

PCI總線有PCI總線控制橋，即PCI芯片組，可以支持對(duì)內(nèi)存、高速緩存、總線和輸入/輸出接口的控制功能，支持突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸周期，可確?？偩€不斷載滿數(shù)據(jù)?？蓽p小存取延遲，

能夠大幅度減少外圍設(shè)備取得總線控制權(quán)所需的時(shí)間，以保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅惩?。PCI總線所具有的主控和同步操作功能有利于提高PCI總線的性能，而且PCI總線不受處理器限制，兼容性強(qiáng)，適用于各種機(jī)型。

PCI局部總線既符合當(dāng)前的技術(shù)要求，又能滿足未來(lái)技術(shù)的發(fā)展需要，已成為廣泛使用的局部總線標(biāo)準(zhǔn)。PCI的高性能、高效率，使其成為開發(fā)當(dāng)今高性能AGP圖形接口的基礎(chǔ)。第24頁(yè),共36頁(yè)，2024年2月25日，星期天25第12章總線與接口標(biāo)準(zhǔn)

1、PCI總線的主要特點(diǎn)（1）線性突發(fā)傳輸（2）支持總線主控方式和同步操作（3）獨(dú)立于處理器（4）即插即用（5）適合于各種機(jī)型（6）多總線共存（7）預(yù)留發(fā)展空間（8）采用了數(shù)據(jù)線和地址線復(fù)用結(jié)構(gòu)，減少了總線引腳數(shù)，從而可以節(jié)約線路空間，降低設(shè)計(jì)成本。第25頁(yè),共36頁(yè)，2024年2月25日，星期天26第12章總線與接口標(biāo)準(zhǔn)

2、PCI總線信號(hào)的定義

PCI總線信號(hào)分為地址線、數(shù)據(jù)線、接口控制線、仲裁線、系統(tǒng)線、中斷請(qǐng)求線、高速緩存支持、出錯(cuò)報(bào)告等信號(hào)線。

PCI總線規(guī)定了兩種PCI擴(kuò)展卡及連接器：一種稱為長(zhǎng)卡，另一種稱為短卡。長(zhǎng)卡提供64位接口，插槽

A、B兩邊共定義了188個(gè)引腳；短卡提供32位接口，插槽A、B兩邊共定義了124個(gè)引腳。除去電源線、地線、未定義的引腳之外，其余信號(hào)線按功能分類如圖。第26頁(yè),共36頁(yè)，2024年2月25日，星期天27第12章總線與接口標(biāo)準(zhǔn)

3、PCI總線的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

PCI局部總線與Pentium機(jī)內(nèi)部總線組合可以構(gòu)成多總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，PCI總線允許在一個(gè)總線中插入32

個(gè)物理部件，每一個(gè)物理部件可以含有最多8

個(gè)不同的功能部件。在PCI總線系統(tǒng)中，處理器與RAM位于主機(jī)總線上，它具有64位數(shù)據(jù)通道和更寬以及更高的運(yùn)行速度。指令和數(shù)據(jù)在CPU和RAM之間快速流動(dòng)，然后數(shù)據(jù)被交給PCI總線。PCI

負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)交給PCI擴(kuò)展卡或設(shè)備。如果需要，也可以將數(shù)據(jù)導(dǎo)向ISA、EISA、MCA

等總線或控制器如IDE、SCSI以便進(jìn)行存儲(chǔ)。第27頁(yè),共36頁(yè)，2024年2月25日，星期天28第12章總線與接口標(biāo)準(zhǔn)

PCI橋的主要功能如下：（1）提供一個(gè)低延遲的訪問通路，從而使處理器能夠直接訪問通過低延遲訪問通路映射于存儲(chǔ)器空間或I/O

空間的PCI設(shè)備。（2）提供能使PCI主設(shè)備直接訪問主存儲(chǔ)器的高速通路。（3）提供數(shù)據(jù)緩沖功能，可以使CPU與PCI總線上的設(shè)備并行工作而不必相互等待。（4）可以使PCI總線的操作與CPU總線分開，以免相互影響，實(shí)現(xiàn)了PCI總線的全部驅(qū)動(dòng)控制。第28頁(yè),共36頁(yè)，2024年2月25日，星期天29第12章總線與接口標(biāo)準(zhǔn)

二、I2C總線

1、I2C總線簡(jiǎn)介

I2C總線是一種由PHILIPS公司開發(fā)的兩線式串行總線，用于連接微控制器及其外圍設(shè)備。I2C

總線產(chǎn)生于在80

年代，最初為音頻和視頻設(shè)備開發(fā)，如今主要在服務(wù)器管理中使用，其中包括單個(gè)組件狀態(tài)的通信。例如管理員可對(duì)各個(gè)組件進(jìn)行查詢，以管理系統(tǒng)的配置或掌握組件的功能狀態(tài)，如電源和系統(tǒng)風(fēng)扇。可隨時(shí)監(jiān)控內(nèi)存、硬盤、網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)溫度等多個(gè)參數(shù)，增加了系統(tǒng)的安全性，方便了管理。第29頁(yè),共36頁(yè)，2024年2月25日，星期天30第12章總線與接口標(biāo)準(zhǔn)

在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中推廣I2C總線后將會(huì)大大改變單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)性能，對(duì)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)帶來(lái)如下好處：（1）可最大限度地簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)。（2）可實(shí)現(xiàn)電路系統(tǒng)的模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)。（3）標(biāo)準(zhǔn)I2C總線模塊的組合開發(fā)方式大大地縮短了新品種的開發(fā)周期，有利于新產(chǎn)品及時(shí)地推向市場(chǎng)。（4）I2C總線各節(jié)點(diǎn)具有獨(dú)立的電氣特性，各節(jié)點(diǎn)單元電路能在相互不受影響的情況下以及在系統(tǒng)供電的情況下進(jìn)行接入或撤除。（5）I2C總線系統(tǒng)的構(gòu)成具有最大的靈活性。系統(tǒng)改型設(shè)計(jì)，或?qū)σ呀?jīng)加工好的電路板進(jìn)行功能擴(kuò)展時(shí)，對(duì)原有的設(shè)計(jì)及電路板系統(tǒng)影響是最小的。（6）I2C總線系統(tǒng)可以方便地對(duì)某一節(jié)點(diǎn)電路進(jìn)行故障診斷與跟蹤，有極好的可維護(hù)性。第30頁(yè),共36頁(yè)，2024年2月25日，星期天31第12章總線與接口標(biāo)準(zhǔn)

2、I2C總線的性能特點(diǎn)

I2C總線的串行數(shù)據(jù)傳送與一般的串行數(shù)據(jù)傳送無(wú)論從接口電氣特性、傳送狀態(tài)管理以及程序編制特點(diǎn)等方面都有很大的不同。

I2C總線主要具有以下特性：（1）二線傳輸。（2）當(dāng)系統(tǒng)中有多個(gè)主器件時(shí)，在I2C總線工作時(shí)任何一個(gè)主器件都可成為主控制器。多機(jī)競(jìng)爭(zhēng)時(shí)的時(shí)鐘同步與總線仲裁都由硬件與標(biāo)準(zhǔn)軟件模塊自動(dòng)完成，無(wú)須用戶介入。（3）I2C總線傳輸時(shí)，采用狀態(tài)碼的管理方法。（4）系統(tǒng)中所有外圍器件及模塊采用器件地址及引腳地址編址方法。（5）所有帶I2C接口的外圍器件都具有應(yīng)答功能。（6）I2C總線電氣接口有嚴(yán)格的規(guī)范，在硬件結(jié)構(gòu)上，任何一個(gè)具有

I2C總線接口的外圍器件，不論其功能差別有多大，都具有相同的電氣接口，各節(jié)點(diǎn)的電源都可以單獨(dú)供電，并可在系統(tǒng)帶電情況下接入或撤出。第31頁(yè),共36頁(yè)，2024年2月25日，星期天32第12章總線與接口標(biāo)準(zhǔn)

3、I2C總線工作原理

I2C總線是由數(shù)據(jù)線SDA和時(shí)鐘SCL構(gòu)成的串行總線，可發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。在CPU與被控IC之間、IC與IC之間進(jìn)行雙向傳送，最高傳送速率100kbps。各種被控制電路均并聯(lián)在這條總線上，但就像電話機(jī)一樣只有撥通各自的號(hào)碼才能工作，所以每個(gè)電路和模塊都有唯一的地址，在信息的傳輸過程中，I2C總線上并接的每一模塊電路既是主控器（或被控器），又是發(fā)送器（或接收器），這取決于它所要完成的功能。CPU發(fā)出的控制信號(hào)分為地址碼和控制量?jī)刹糠?，地址碼用來(lái)選址，即接通需要控制的電路，確定控制的種類；控制量決定該調(diào)整的類別（如對(duì)比度、亮度等）及需要調(diào)整的量。這樣，各控制電路雖然掛在同一條總線上，卻彼此獨(dú)立，互不相關(guān)。第32頁(yè),共36頁(yè)，2024年2月25日，星期天33第12章總線與接口標(biāo)準(zhǔn)

I2C總線在傳送數(shù)據(jù)過程中共有三種類型信號(hào)。它們分別是：開始信號(hào)、結(jié)束信號(hào)和應(yīng)答信號(hào)。

開始信號(hào)：SCL為高電平時(shí)，SDA由高電平向低電平跳變，開始傳送數(shù)據(jù)。

結(jié)束信號(hào)：SCL為低電平時(shí)，SDA由低電平向高電平跳變，結(jié)束傳送數(shù)據(jù)。

應(yīng)答信號(hào)：接收數(shù)據(jù)的IC在接收到8bit數(shù)據(jù)后，

向發(fā)送數(shù)據(jù)的IC發(fā)出特定的低電平脈沖，表示已收到數(shù)據(jù)。CPU向受控單元發(fā)出一個(gè)信號(hào)后，等待受控單元發(fā)出一個(gè)應(yīng)答信號(hào)，CPU接收到應(yīng)答信號(hào)后，根據(jù)實(shí)際情況作出是否繼續(xù)傳遞信號(hào)的判斷。若未收到應(yīng)答信號(hào)，由判斷為受控單元出現(xiàn)故障。

目前有很多半導(dǎo)體集成電路上都集成了I2C接口。帶有I2C接口的單片機(jī)有：CYGNAL的C8051F0XX系列，PHILIPSP87的

LPC7XX系列，

MICROCHIP的PIC16C6XX系列等。很多外圍器件如存儲(chǔ)器、

監(jiān)控芯片等也提供I2C接口。第33