大學(xué)精品課件：第二章計算機總線接口技術(shù)

1、第二章,計算機測控總線,總線 指一組通信導(dǎo)線的集合，用這個集合可以組成系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)信息通道 接有若干裝置/設(shè)備，可以進行信息傳遞的信號線 一對一/一對多/多對多 原則 內(nèi)部插件的幾何尺寸相同 插頭座的規(guī)格統(tǒng)一 針數(shù)相同，各針的定義統(tǒng)一 控制插件相同、信號定義和工作時序相同,2.1 總線及其標(biāo)準(zhǔn),分類 按作用范圍 計算機總線 測控總線 網(wǎng)絡(luò)通信總線 按傳送數(shù)據(jù)的方式 并行傳送總線：數(shù)據(jù)總線、地址總線、控制總線 位串行傳送總線 按傳送數(shù)據(jù)位的寬度 8、16、32、64 總線規(guī)約 為了可靠有效的進行各種數(shù)據(jù)交換而對總線信號傳送規(guī)則及傳送信號的物理介質(zhì)所做的一系列物理規(guī)定 總線標(biāo)準(zhǔn) 對某一標(biāo)準(zhǔn)化組織批準(zhǔn)

2、或推薦的總線規(guī)約稱為某種總線的標(biāo)準(zhǔn) 機械特性、電氣特性、功能特性、過程特性,總線標(biāo)準(zhǔn) 計算機用總線標(biāo)準(zhǔn) IEC和IEEE制定的總線標(biāo)準(zhǔn) 通用性、兼容(性、可擴展性、適應(yīng)能力強 適用各種CPU系統(tǒng) 在此基礎(chǔ)上各類廠商推出的自己的標(biāo)準(zhǔn) IBMPC-XT，PC/AT/ISA 并行總線標(biāo)準(zhǔn) 微機系統(tǒng)內(nèi)并行總線標(biāo)準(zhǔn) 三總線結(jié)構(gòu) 數(shù)據(jù)總線DB：寬度和總線時鐘頻率決定數(shù)據(jù)傳輸能力 地址總線AB：尋址范圍 控制總線CB：控制管理協(xié)調(diào)能力,系統(tǒng)間并行總線標(biāo)準(zhǔn) 又稱并行通信總線 特點 速度快、 近距離， 總線寬度窄，8位居多，16位及以上用于大容量高速的外圍設(shè)備（硬盤） 一般無地址線或地址/數(shù)據(jù)復(fù)用 控制線少,總

3、線的基本操作 總線主設(shè)備 總線上的所有設(shè)備都可以發(fā)出信息傳輸命令，進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪骋慌_設(shè)備 總線從設(shè)備 此時的其他總線設(shè)備 總線規(guī)約 解決總線占用權(quán)技術(shù) 定時信號 中斷處理 總線復(fù)用,總線仲裁 集中仲裁 利用優(yōu)先級方案 按級別長時間占用 按時間先后 設(shè)備越多，允許線數(shù)量越多，結(jié)構(gòu)月復(fù)雜 鏈路方式 允許線功用 按鏈路位置決定優(yōu)先級 有占用，不允許其他設(shè)備請求，但無法考慮中斷的優(yōu)先級 離總裁電路遠，占有率低 分布式仲裁 主設(shè)備置優(yōu)先級代碼于總線，總裁結(jié)果使最高優(yōu)先級在總線上，如優(yōu)先級相同，按時間排隊,總線定時 主設(shè)備獲得總線控制權(quán)，與從設(shè)備進行（地址、數(shù)據(jù)）信息交換，定時信號確定這些信息何時有效

4、同步 異步 命令者與響應(yīng)者之間有一對選通/應(yīng)答定時信號 尋址 建立主設(shè)備何從設(shè)備的聯(lián)系 尋址方式 物理尋址 邏輯尋址 廣播尋址,數(shù)據(jù)傳輸 數(shù)據(jù)的讀寫操作 方式 串行：附加應(yīng)答信號、起始和結(jié)束標(biāo)志位、校驗位等 并行 方向 單工、半工、全工 時序：同步、異步 出錯檢測 噪音及串?dāng)_ 串行 校驗碼產(chǎn)生和校驗電路 重發(fā)方式糾錯,中斷 菊花鏈?zhǔn)?中斷處理機構(gòu)識別中斷碼 總線仲裁 設(shè)備判別 容錯技術(shù) 軟件措施 動態(tài)重配邏輯地址、故障隔離、更換軟件單元 備用總線 控制信號 初始化操作 清零、啟動、停止 改變總線的操作方式 改變數(shù)據(jù)流向、數(shù)據(jù)字段的寬度、字節(jié)選擇 指明地址和數(shù)據(jù)的含義,采用總線的優(yōu)點 簡化了系統(tǒng)

5、硬件和軟件的設(shè)計 簡化了系統(tǒng)設(shè)計及系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)的擴充和更新性能好 便于組織生產(chǎn)、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低產(chǎn)品造價 可維護性好,測控總線性能指標(biāo),總線寬度 尋址能力 總線頻率 數(shù)據(jù)傳輸率 總線定時協(xié)議 同步定時、異步定時、半同步定時 熱插拔 即插即用 負載能力,2.2 接口及其技術(shù),接口的概念 一個部件（Unit） 1：ROM接口2：數(shù)據(jù)存儲器RAM接口 3：打印機接口4：顯示器接口 5：鍵盤接口6：系統(tǒng)間接口 RS-232C通用串行接口,接口分類 接口與總線關(guān)系 元件級接口（Component Level Interface） 計算機系統(tǒng)內(nèi)部某一具體元件與內(nèi)部總線之間的聯(lián)系。 如：存儲器、定時器、

6、中斷控制器 插板級接口（Board Level Interface） 系統(tǒng)內(nèi)接口，系統(tǒng)某一部分和系統(tǒng)總線之間的聯(lián)系 如：鍵盤接口、顯示器接口、打印機接口、磁盤驅(qū)動器接口 系統(tǒng)間接口（Communication Interface） 按功能：元件級和輸入輸出（I/O）接口 I/O接口 人機對話接口：鍵盤、顯示器 過程通道接口：傳感器接口、控制接口 通用外設(shè)接口,接口電路的基本結(jié)構(gòu) 輸入輸出鎖存緩沖器 地址譯碼器 控制邏輯,典型接口芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu),接口的功能和作用 數(shù)據(jù)交換的問題 速度不匹配 時序不匹配 信息格式不匹配 信息類型不匹配 功能 數(shù)據(jù)寄存、緩沖 信息格式轉(zhuǎn)換 協(xié)調(diào)信息類型和電平差異 協(xié)

7、調(diào)時序差異 地址譯碼和設(shè)備選擇功能 設(shè)置中斷和DMA控制邏輯,接口芯片的組成 數(shù)據(jù)輸入/輸出緩沖寄存器：數(shù)據(jù)緩沖，速度匹配 控制寄存器：存放CPU的控制命令 狀態(tài)寄存器：保存外部狀態(tài)信息 數(shù)據(jù)總線和地址總線緩沖器 地址譯碼器 內(nèi)部控制電路及中斷控制電路,接口的控制方式 程序查詢方式 CPU通過I/O循環(huán)查詢外設(shè) 中斷處理方式 外設(shè)申請 DMA傳送方式 硬件控制,常見測控總線,串行總線 RS-232C RS-422A RS-485 USB 現(xiàn)場總線 生產(chǎn)過程專用網(wǎng)絡(luò)或工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò) CAN、ModBUS、ProfiBUS、HART,并行總線 GPIB SCSI MXI,CAN總線,控制器局部網(wǎng)（CANCONTROLLER AREA NETWORK）是BOSCH公司為現(xiàn)代汽車應(yīng)用領(lǐng)先推出的一種多主機局部網(wǎng)，由于其卓越性能現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化、多種控制設(shè)備、交通工具、醫(yī)療儀器以及建筑、環(huán)境控制等眾多部門?？刂破骶植烤W(wǎng)將在我國迅速普及推廣,CAN總線特點,CAN總線是德國BOSCH公司從80年代初為解決現(xiàn)代汽車中眾多的控制與測試儀器之間的數(shù)據(jù)交換而開發(fā)的一種串行數(shù)據(jù)