第2章系統(tǒng)總線

1、l ISA總線總線 l EISA總線總線 l PC-104總線總線 l STD工業(yè)控制總線工業(yè)控制總線 ISA(IndustryStandardArchitecture，工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu))總線是Intel公司、IEEE和EISA集團(tuán)聯(lián)合在62線的PC總線基礎(chǔ)上經(jīng)過擴展36根線而開發(fā)出的一種系統(tǒng)總線。它具有16位數(shù)據(jù)線，最高工作頻率為8MHz，數(shù)據(jù)傳輸率達(dá)到16MBs。 lISA總線共有98根線，均連接到了主板的ISA總線插槽上。lISA插槽是長度為1385mm的黑色插槽 內(nèi)存CPUPIC系統(tǒng)DMACISA 總線ISA卡ISA卡ISA卡局部總線(內(nèi)存總線)3. ISA總線的體系結(jié)構(gòu)總線的體系結(jié)構(gòu)

2、 1地址線地址線 SA0SA19和LAl7LA23。SA0SA19是可以鎖存的地址信號，LAl7LA23為非鎖存地址信號。其中SAl7SAl9和LAl7LAl9是重復(fù)的。 2數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線 SD0SD15。其中，SD0SD7為低8位數(shù)據(jù)，SD8SD15為高8位數(shù)據(jù)。 3控制線控制線 AEN 地址允許信號，高電平有效，由DMA控制器發(fā)出。AEN=1，表示處于DMA 程控制周期；AEN=0，表示非DMA周期。 BALE 地址鎖存允許信號。該信號由總線控制器8288提供。其信號為高電平的時候CPU發(fā)出地址到系統(tǒng)總線，BALE的下降沿將SA0SAl9的地址信號鎖存。 IOR I/O讀命令，低電平有效，表

3、示系統(tǒng)需要從外設(shè)讀取數(shù)據(jù)。 IOW IO寫讀命令，低電平有效，表示系統(tǒng)需要向外設(shè)寫數(shù)據(jù)。MR和SMEMW 存儲器讀寫命令，低電平有效，用于對A0A19這20位地址尋址的1MB內(nèi)存的讀寫操作。 MEMR和MEMW 存儲器讀寫命令，低電平有效，用于對24位地址線全部存儲空間讀寫操作。 MEMCSl6和IOCSl6 分別是存儲器16位片選和I016位片選信號，指明當(dāng)前的數(shù)據(jù)傳送是16位的存儲周期或16位IO周期。SBHE 總線高字節(jié)允許信號。該信號有效表示數(shù)據(jù)總線上傳送的是高位字節(jié)數(shù)據(jù)。IRQ3IRQ7，IRQ9RQl2，IRQl4和IRQl5 外部設(shè)備中斷請求輸入線。它們分別接到主8259A和從8

4、259A中斷控制器中.DRQ0DRQ3和DRQ5DRQ7 來自外部設(shè)備的DMA請求輸入線。高電平有效，分別連到主8237A和從8237A DMA控制器。DRQ4用于主8237和從8237的級聯(lián)而不出現(xiàn)在總線中。DACK0DACK3和DACK5DACK7 DMA回答信號，低電平有效。有效的時候，表示DMA請求被接受，DMA控制器占有總線，進(jìn)入DMA周期。TC DMA計數(shù)結(jié)束信號，高電平有效，表示DMA傳送的數(shù)據(jù)已經(jīng)達(dá)到預(yù)設(shè)的字節(jié)數(shù)。通常用來結(jié)束DMA的一次數(shù)據(jù)傳送。MASTER 輸入信號，低電平有效。需要占用總線的有主控能力的外設(shè)卡驅(qū)動這個信號。當(dāng)外設(shè)的DEQ得到確認(rèn)(DACK有效)后，才使MA

5、STER有效之后，該設(shè)備保持對總線的控制直到MASTER無效。RESE TDRV 系統(tǒng)復(fù)位信號，高電平有效。當(dāng)系統(tǒng)電源接通的時候該信號為高電平，等到所有的電平都達(dá)到規(guī)定后變低。該信號用來復(fù)位和初始化接口和IO設(shè)備。 IOCHCK IO通道檢查，低電平有效。當(dāng)擴展卡上的存儲器或IO端口出現(xiàn)奇偶校驗錯的時候，該信號有效。IOCHRDY IO通道就緒，高電平有效表示就緒。如果擴展槽中的存儲器或 IO端口速度慢而不能和處理器同步時，則可以將此信號變低，使處理器在正?？偩€周期中插入等待狀態(tài)。OWS 零等待狀態(tài)信號。該信號為低的時候，無需插入等待周期。 除了上述3類信號外，還有時鐘OSCCLK以及電源12

6、V,5V及地線等。 ISA總線與PC總線引腳的不同情況如下： LA17LA23：非鎖存地址總線A17A23，它與系統(tǒng)地址總線SA0SA19一起為系統(tǒng)提供多達(dá)16 MB的尋址空間。LA17LA19與原來的PC總線的地址線是重復(fù)的，因為原先的XT地址線是利用鎖存器提供的，鎖存導(dǎo)致了傳送速度降低， 故ISA中定義了不鎖存的地址線，在BALE高電平期間有效。 SD8SD15：新增加的8位高位數(shù)據(jù)線。 ： 高字節(jié)允許信號。當(dāng)其為低電平時表示數(shù)據(jù)總線正在傳送高字節(jié)SD8SD15，16位設(shè)備可以利用 控制SD8SD15接到數(shù)據(jù)總線緩沖器上。 SBHESBHE 、 ： 存儲器讀信號。 在所有存儲器讀周期有效；

7、取自 和存儲器低1 MB的譯碼，僅當(dāng)讀取存儲器低1 MB時才有效。 、 ： 存儲器寫信號。 在所有存儲器寫周期有效； 取自 和存儲器低1 MB的譯碼，僅當(dāng)寫入存儲器低1 MB時才有效。 ： 零等待狀態(tài)信號。該輸入信號用來告訴微處理器， 不必增加附加的等待狀態(tài)就可以完成當(dāng)前的總線周期。 ：如果總線上的某一存儲器卡要傳送16位數(shù)據(jù)，則必須產(chǎn)生一個有效的 信號，該信號加到系統(tǒng)板上， 通知主板實現(xiàn)16位數(shù)據(jù)的傳送。 MEMRSMEMRMEMRMEMRMEMW SMEMWMEMWMEMWWS016MEMCS16MEMCS 此信號需利用三態(tài)門或集電極開路門驅(qū)動。 ： 與 類似， 如果一個I/O接口卡要傳送

8、16位數(shù)據(jù)， 則必須產(chǎn)生一個有效的I/OCS16信號，該信號加到系統(tǒng)板上，通知主板實現(xiàn)16位數(shù)據(jù)傳送。此信號也需利用三態(tài)門或集電極開路門驅(qū)動。 ：該信號與DRQ線一起用于獲取對系統(tǒng)總線的控制權(quán)， 使I/O通道上的處理器暫時控制系統(tǒng)總線并訪問存儲器和外設(shè)。 DRQ0DRQ3、 DRQ5DRQ7：DMA請求信號。優(yōu)先權(quán)從高到低的順序為DRQ0、DRQ1 DRQ6、DRQ7。其中DRQ0DRQ3用于8位DMA傳送，DRQ5DRQ7用于16位DMA數(shù)據(jù)傳送。 16/OCSI16MEMCSMASTER 它們對應(yīng)的響應(yīng)信號分別為 、 。 IRQ3IRQ7、IRQ9IRQ12、IRQ14IRQ15：可屏蔽中

9、斷請求信號，優(yōu)先級從高到低的順序是IRQ9IRQ12、IRQ14、 IRQ15、IRQ3IRQ7。 0DACK2DACK5DACK6DACKl設(shè)計基于設(shè)計基于ISA總線的擴展卡時，利用總線的擴展卡時，利用ISA總線接口信號總線接口信號得到地址得到地址 .需要通過擴展卡的地址譯碼電路來得到符合需要通過擴展卡的地址譯碼電路來得到符合ISA地址要求、又不和其他硬件沖突的地址。地址要求、又不和其他硬件沖突的地址。l如果擴展卡使用了中斷和如果擴展卡使用了中斷和DMA，則還要給擴展卡確定，則還要給擴展卡確定中斷號和中斷號和DMA通道號。要注意中斷和通道號。要注意中斷和DMA的請求與的請求與應(yīng)答信號要和應(yīng)答

10、信號要和ISA總線的相應(yīng)接口信號正確連接?？偩€的相應(yīng)接口信號正確連接。 l由于系統(tǒng)的中斷、由于系統(tǒng)的中斷、DMA通道以及端口地址有限，難免通道以及端口地址有限，難免會出現(xiàn)和其他擴展卡沖突的情況，因此在設(shè)計擴展卡會出現(xiàn)和其他擴展卡沖突的情況，因此在設(shè)計擴展卡的時候，不要把中斷號、的時候，不要把中斷號、DMA通道號和端口地址固定，通道號和端口地址固定，而是要能夠給用戶多種選擇。而是要能夠給用戶多種選擇。 由來由來 ISA總線適合于80286等具有16位外部數(shù)據(jù)總線的微機系統(tǒng)，但當(dāng)PC機發(fā)展到32位數(shù)據(jù)總線之后，ISA總線的數(shù)據(jù)總線和地址總線的寬度影響了32位微處理器性能的發(fā)揮。1988年，Comp

11、aq，HP，Epson和NEC等9家公司聯(lián)合在ISA總線的基礎(chǔ)上推出了32位的“擴展工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)”EISA總線。 lEISA總線支持32位地址，可以尋址4GB l32位數(shù)據(jù)總線，總線頻率為833MHz，最大數(shù)據(jù)傳輸率達(dá)到333MBs l EISA總線采用開放結(jié)構(gòu)，與ISA兼容 。 1. 地址線地址線 A19A0：地址線。用來選定存儲器地址或I/O設(shè)備地址。 當(dāng)選定I/O設(shè)備地址時，A19A16無效。這些信號一般由CPU產(chǎn)生，也可以由DMA控制器產(chǎn)生。20位地址線允許訪問1 MB存儲空間，16位地址線允許訪問64 KB的I/O設(shè)備空間。 2. 數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線 D7D0：數(shù)據(jù)線。用于CPU、存儲器和

12、各種I/O適配器之間的數(shù)據(jù)傳送。 3. 控制線控制線 、 ：存儲器讀、存儲器寫信號。由CPU或DMA控制器產(chǎn)生，用來控制存儲器的讀/寫操作。 SMEMRSMEMW 、 ： I/O讀、 I/O寫信號。 由CPU或DMA控制器產(chǎn)生，用來控制對I/O適配器的數(shù)據(jù)讀出或?qū)懭搿?ALE： 地址鎖存允許信號。由總線控制器8288提供，用在系統(tǒng)板上鎖存從處理器來的有效地址。在I/O通道上，作為處理器有效地址指示。該信號用來鎖存處理器地址。ALE下降沿鎖存。 AEN：地址允許信號。由總線響應(yīng)電路產(chǎn)生，用于DMA操作。 當(dāng)它為高電平時，禁止中央處理器信號進(jìn)入系統(tǒng)總線，而允許DMA控制器控制系統(tǒng)總線。 IRQ3I

13、RQ7：6級中斷請求信號。 這是I/O通道上的I/O適配器向中央處理器發(fā)出中斷請求服務(wù)的信號。采用邊沿觸發(fā)。 DRQ1DRQ3： 3條DMA請求信號。 DACK1DACK3： 3條DMA響應(yīng)信號。 IORIOW 4. 狀態(tài)線狀態(tài)線 ： I/O通道校驗。此信號指明I/O通道上擴充存儲器或外設(shè)出現(xiàn)奇偶校驗出錯。該信號有效時，將使CPU進(jìn)入非屏蔽中斷（NMI）。 I/O CHRDY： I/O通道就緒信號。該信號通常處于高電平，若慢速的I/O設(shè)備等需要CPU延長總線周期時，將此信號變?yōu)榈碗娖?。直到此信號重新置為高電平才停止總線周期延長。 其延長時間是時鐘（210 ns）的整數(shù)倍。 5. 定時信號線定時

14、信號線 OSC：主振蕩器輸出信號。8284時鐘發(fā)生器提供給I/O通道作為主振蕩器信號。周期為70ns，即頻率為14.31818MHz， 占空比為50%。 OCHCKT / 若I/O槽上某適配器請求和存儲器交換數(shù)據(jù)（如軟盤的讀或?qū)懖僮鳎瑒tDMA請求（DRQ）信號電平升高， 在CPU執(zhí)行完本總線周期操作后，通過DMA控制器向該適配器發(fā)回DMA響應(yīng)（DACK）信號，同時DMA控制器占用系統(tǒng)總線。 REFRESH：系統(tǒng)板上RAM刷新電路信號。 ： 零等待狀態(tài)信號。 T/C： 計數(shù)終止信號。 當(dāng)任一個DMA通道的傳送達(dá)到預(yù)定字節(jié)數(shù)時，向適配器發(fā)出T/C脈沖信號，以終止DMA數(shù)據(jù)交換。 RESET DR

15、V：系統(tǒng)總清信號，加電時使系統(tǒng)各部件復(fù)位或初始化。 WS0 CLK：系統(tǒng)時鐘信號。它是微處理器工作頻率， 又稱狀態(tài)周期信號，由OSC晶體振蕩器主振頻率14.318 18 MHz經(jīng)8284時鐘三分頻獲得。周期為210 ns，工作頻率為4.77 MHz，占空比為33%。 EISA總線的后36引腳設(shè)置了8位數(shù)據(jù)線（高字節(jié)）SD8SD15，高七位地址線SA23SA17以及控制存儲器和I/O設(shè)備的讀寫命令線，并增加了若干中斷和DMA控制線、電源和地線等 在36引腳中還設(shè)置了如下信號： ： 總線高字節(jié)允許（輸入/輸出）信號。 表示數(shù)據(jù)總線傳送的是高位字節(jié)（SD8SD15），16位設(shè)備用 信號控制數(shù)據(jù)總線緩

16、沖器接到SD8SD15。 SBHESBHE 和 ： 存儲器16位芯片選擇和I/O 16位芯片選擇（輸入）信號，用來通知系統(tǒng)板，當(dāng)前的數(shù)據(jù)傳送是一個等待狀態(tài)的16位存儲器周期還是I/O周期。 ： 主設(shè)備信號（輸入）信號，用來指示I/O通道上的微處理器將控制總線。 16MEMCS16/OCSIMASTERl PC-104總線是超小型PC微機所用的總線標(biāo)準(zhǔn)。由于這種超小型PC機體積小、結(jié)構(gòu)緊湊，所以主要是嵌入到各種儀器設(shè)備、軍用電子設(shè)備和機器人等之中。目前使用PC104總線的嵌入式PC機已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用，很多廠家都生產(chǎn)了系列化的功能模塊。這種PC機有兩個總線插頭，P1插頭有64腳，P2插頭有40腳，總共為104腳。這種超小型PC微機在硬件和軟件上與PC總線完全兼容。 l 采用超小尺寸插卡。包括CPU插卡在內(nèi)，所有的插卡均采用PC104標(biāo)準(zhǔn)的90mm96mm尺寸。l自疊總線結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)取消了主板和插槽，而是將所有的插卡(包括CPU插卡)利用卡上的疊裝總線插座堆疊連接起來。l總線驅(qū)動電流小，