微機系統(tǒng)與接口：第三章微機總線與接口標準

1、1第三章 微機總線與接口標準 第一節(jié)第一節(jié) 總線與接口概述總線與接口概述 一、總線和接口及其標準的概念一、總線和接口及其標準的概念 總線：總線：是在模塊和模塊之間或設(shè)備與設(shè)備之間的一是在模塊和模塊之間或設(shè)備與設(shè)備之間的一組進行互連和傳輸信息的信號線，信息包括指令、組進行互連和傳輸信息的信號線，信息包括指令、數(shù)據(jù)和地址。數(shù)據(jù)和地址。 同一時間段內(nèi)，只有一個主設(shè)備可主動進行信號的同一時間段內(nèi)，只有一個主設(shè)備可主動進行信號的傳輸。傳輸。 2 總線標準總線標準 指芯片之間、擴展卡之間以及系統(tǒng)之間，指芯片之間、擴展卡之間以及系統(tǒng)之間，通過總線進行連接和傳輸信息時，應(yīng)該遵守通過總線進行連接和傳輸信息時，應(yīng)

2、該遵守的一些協(xié)議與規(guī)范。的一些協(xié)議與規(guī)范。 接口標準接口標準 接口標準指接口標準指外設(shè)接口的規(guī)范外設(shè)接口的規(guī)范，涉及接口信號線定義，涉及接口信號線定義、信號傳輸速率、傳輸方向和拓撲結(jié)構(gòu)，以及電氣特、信號傳輸速率、傳輸方向和拓撲結(jié)構(gòu)，以及電氣特性和機械特性等多個方面。性和機械特性等多個方面。 3總線與接口的區(qū)別總線與接口的區(qū)別v 總線標準具有公用性；總線標準具有公用性；v 總線往往以主板上的總線擴展槽形式提供使用；總線往往以主板上的總線擴展槽形式提供使用； 接口一般是以接口插座（頭）形式提供使用。接口一般是以接口插座（頭）形式提供使用。v 總線一般是并行傳輸；接口有并行傳輸，也有串總線一般是并行

3、傳輸；接口有并行傳輸，也有串行傳輸。行傳輸。v 總線定義的信號線多，總線定義的信號線多， 而且齊全，有分離的控制而且齊全，有分離的控制線、數(shù)據(jù)線和地址線；接口的信號線少，而且不齊線、數(shù)據(jù)線和地址線；接口的信號線少，而且不齊全，一般是控制線、數(shù)據(jù)線和地址線共用。全，一般是控制線、數(shù)據(jù)線和地址線共用。 4二、總線的分類 1.按總線功能或信號類型劃分按總線功能或信號類型劃分 數(shù)據(jù)總線、地址總線、控制總線數(shù)據(jù)總線、地址總線、控制總線2.按總線的層次結(jié)構(gòu)分按總線的層次結(jié)構(gòu)分 CPU總線總線局部總線：局部總線：PCI系統(tǒng)總線：系統(tǒng)總線：ISA，EISA ，。，。通信總線通信總線 ：RS-232，IEEE-

4、488，USB，IEEE13945三、總線的主要性能參數(shù) 1總線頻率總線頻率2總線寬度總線寬度3總線的數(shù)據(jù)傳輸率總線的數(shù)據(jù)傳輸率 總線的數(shù)據(jù)傳輸率總線的數(shù)據(jù)傳輸率=(總線寬度總線寬度/8位位)總線頻率總線頻率 例：例：PCI總線的總線頻率為總線的總線頻率為33.3MHz，總線寬度為，總線寬度為64位的情況下，總線數(shù)據(jù)傳輸率為位的情況下，總線數(shù)據(jù)傳輸率為266MB/s 。 6四、 總線標準的特性1物理特性物理特性信號線數(shù)量、及其排列，總線插頭，插座尺寸形狀等2功能特性功能特性每根線的功能定義。3電器特性電器特性每根線上信號的傳輸方向及有效電平范圍。4時間特性時間特性總線操作時序。7五、 總線操作

5、和總線傳送控制 1. 總線操作的總線操作的4個階段個階段 1）總線請求和仲裁階段）總線請求和仲裁階段2）尋址階段）尋址階段3）數(shù)據(jù)傳送階段）數(shù)據(jù)傳送階段4）結(jié)束階段）結(jié)束階段82. 總線傳送控制總線傳送控制1）同步方式）同步方式 2）異步方式）異步方式 3）半同步方式）半同步方式 4）分離方式）分離方式9第二節(jié) 系統(tǒng)總線 一、一、 ISA總線總線 (Industry Standard Architecture)1. ISA總線的信號總線的信號 （98線）線）C18外內(nèi)A1B1A31B31C1D1D182.5410.16138.5圖圖3.1 ISA總線插槽示意圖總線插槽示意圖ISA，EISA，M

6、CA，PC-104，STD10112. ISA總線擴展卡的設(shè)計總線擴展卡的設(shè)計 1）ISA總線擴展卡的物理尺寸總線擴展卡的物理尺寸 金手指靠外邊靠里邊芯片芯片芯片擴展卡元件面722.8129.54157.9圖圖 3.2 ISA擴展卡尺寸擴展卡尺寸 10.162）ISA總線擴展卡的地址分配和中斷號分配總線擴展卡的地址分配和中斷號分配 12二、 其它系統(tǒng)總線 1. EISA總線總線 EISA總線支持總線支持32位地址，具有位地址，具有32位數(shù)據(jù)總線，總線位數(shù)據(jù)總線，總線頻率頻率8.33MHz，最大數(shù)據(jù)傳輸率達到，最大數(shù)據(jù)傳輸率達到33.3MB/s(8.3332位位/8)。 結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)與ISA兼容，

7、兼容，EISA總線插槽與總線插槽與ISA插槽等長等寬插槽等長等寬，內(nèi)部被設(shè)計成為雙層引腳。，內(nèi)部被設(shè)計成為雙層引腳。132. PC-104總線總線 主要特點主要特點 采用超小尺寸插卡，采用超小尺寸插卡，64+40線，嵌入式系統(tǒng)線，嵌入式系統(tǒng) 插卡均采用插卡均采用PC-104標準的標準的90mm96mm尺寸。尺寸。 自疊總線結(jié)構(gòu)自疊總線結(jié)構(gòu)芯片支柱總線插座CPU插卡網(wǎng)絡(luò)插卡顯示插卡圖圖3.3 PC-104總線插卡組裝圖總線插卡組裝圖 總線驅(qū)動電流總線驅(qū)動電流小，功耗低小，功耗低14第三節(jié) PCI總線 一、一、 PCI總線的特點總線的特點 1) 獨立于處理器獨立于處理器2) 傳輸效率高傳輸效率高3

8、) 多總線共存多總線共存4) 支持突發(fā)傳輸支持突發(fā)傳輸 5) 支持總線主控方式支持總線主控方式6) 采用同步操作采用同步操作 7) 支持兩種電壓下的擴展卡支持兩種電壓下的擴展卡 8) 具有即插即用功能具有即插即用功能 9) 合理的管腳安排合理的管腳安排 10) 預(yù)留擴展空間預(yù)留擴展空間 15二、 PCI信號定義 1. 系統(tǒng)接口信號系統(tǒng)接口信號 CLK IN：PCI系統(tǒng)總線時鐘系統(tǒng)總線時鐘 最高最高33MHz/66MHz，最低，最低0Hz。 PCI大部分信號在大部分信號在CLK的上升沿有效。的上升沿有效。2. 地址與數(shù)據(jù)接口信號地址與數(shù)據(jù)接口信號 AD31:00 T/S：它們是地址、數(shù)據(jù)多路復(fù)用

9、：它們是地址、數(shù)據(jù)多路復(fù)用的輸入的輸入/輸出信號輸出信號主：49條，從：47條，可選：51條16 C/BE3:0# T/S：它們是總線命令和字節(jié)使能：它們是總線命令和字節(jié)使能多路復(fù)用信號線多路復(fù)用信號線 PAR T/S：針對：針對AD31:00和和C/BE3:0#進行奇進行奇偶校驗的校驗位偶校驗的校驗位 在在FRAME#有效的第有效的第1個時鐘，個時鐘，AD31:00上傳上傳送的是送的是32位地址，稱為位地址，稱為地址期地址期 。 在在IRDY#和和TRDY#同時有效時，同時有效時，AD31:00上上傳送的為傳送的為32位數(shù)據(jù)，稱為位數(shù)據(jù)，稱為數(shù)據(jù)期數(shù)據(jù)期。17 STOP# S/T/S：從設(shè)備

10、發(fā)出的要求主設(shè)備終止當前：從設(shè)備發(fā)出的要求主設(shè)備終止當前的數(shù)據(jù)傳送的信號。的數(shù)據(jù)傳送的信號。 LOCK# S/T/S：鎖定信號：鎖定信號 IDSEL IN：初始化設(shè)備選擇信號：初始化設(shè)備選擇信號 DEVSEL# S/T/S：設(shè)備選擇信號：設(shè)備選擇信號 3.接口控制信號接口控制信號 FRAME# S/T/S：幀周期信號：幀周期信號 IRDY# S/T/S：主設(shè)備準備好信號：主設(shè)備準備好信號 TRDY# S/T/S：從設(shè)備準備好信號：從設(shè)備準備好信號 184.仲裁接口信號仲裁接口信號 REQ# T/S：總線占用請求信號：總線占用請求信號 GNT# T/S：總線占用允許信號：總線占用允許信號 5.錯

11、誤報告接口信號錯誤報告接口信號 PERR# S/T/S：數(shù)據(jù)奇偶校驗錯誤報告信號：數(shù)據(jù)奇偶校驗錯誤報告信號 SERR# O/D：系統(tǒng)錯誤報告信號：系統(tǒng)錯誤報告信號 6.中斷接口信號中斷接口信號 PCI有有4條中斷線，分別是條中斷線，分別是INTA#、INTB#、INTC#、INTD# 197. 64位總線擴展信號位總線擴展信號 AD63:32 T/S：擴展的：擴展的32位地址和數(shù)據(jù)多路復(fù)用線位地址和數(shù)據(jù)多路復(fù)用線 C/BE7:4# T/S：總線命令和字節(jié)使能多路復(fù)用擴展：總線命令和字節(jié)使能多路復(fù)用擴展信號線信號線 REQ64# S/T/S，64位傳輸請求信號位傳輸請求信號 ACK64# S/T

12、/S：64位傳輸允許信號位傳輸允許信號 PAR64 T/S：奇偶雙字節(jié)校驗：奇偶雙字節(jié)校驗 20三、PCI插槽和PCI擴展卡 1.PCI插槽插槽 5V 32位插槽位插槽5V 64位插槽位插槽3.3V 32位插槽位插槽3.3V 64位插槽位插槽連接連接卡口卡口a. 4種種PCI卡插槽卡插槽A1外內(nèi)A49A52B1B49B52A62B621.273.8277.48b. 5V32位位PCI插槽插槽圖圖3.4. PCI插槽插槽212.PCI插卡插卡 ICICIC1.9160.9612.741.680圖圖3.5 5V32位位PCI卡尺寸卡尺寸外邊里邊22四、 PCI總線命令 C/BE3:0#命令類型說明

13、命令類型說明C/BE3:0#命令類型說明命令類型說明0000中斷響應(yīng)中斷響應(yīng)1000保留保留0001特殊周期特殊周期1001保留保留0010I/O讀讀(從從I/O端口地址中讀數(shù)據(jù)端口地址中讀數(shù)據(jù))1010配置讀配置讀0011I/O寫寫(向向I/O端口地址中寫數(shù)據(jù)端口地址中寫數(shù)據(jù))1011配置寫配置寫0100保留保留1100存儲器多行讀存儲器多行讀0101保留保留1101雙地址周期雙地址周期0110存儲器讀存儲器讀(從內(nèi)存空間映像中讀數(shù)從內(nèi)存空間映像中讀數(shù))1110存儲器行讀存儲器行讀0111存儲器寫存儲器寫(向內(nèi)存空間映像中寫向內(nèi)存空間映像中寫)1111存儲器寫并無效存儲器寫并無效23五、 P

14、CI總線協(xié)議 1PCI總線的傳輸控制總線的傳輸控制 遵循的管理規(guī)則：遵循的管理規(guī)則：(1) FRAME#和和IRDY#定義了總線的忙定義了總線的忙/閑狀態(tài)。閑狀態(tài)。 (2) 一旦一旦FRAME#信號被置為無效，在同一傳輸期間信號被置為無效，在同一傳輸期間不能重新設(shè)置。不能重新設(shè)置。(3) 除非設(shè)置除非設(shè)置IRDY#信號，一般情況下不能設(shè)置信號，一般情況下不能設(shè)置FRAME#信號無效。信號無效。(4) 一旦主設(shè)備設(shè)置了一旦主設(shè)備設(shè)置了IRDY#信號，直到當前數(shù)據(jù)期信號，直到當前數(shù)據(jù)期結(jié)束為止，主設(shè)備不能改變結(jié)束為止，主設(shè)備不能改變IRDY#信號和信號和FRAME#信號的狀態(tài)。信號的狀態(tài)。242P

15、CI總線的尋址總線的尋址表表3.4 AD1:0和和C/BE3:0#對應(yīng)關(guān)系表對應(yīng)關(guān)系表AD1AD0C/BE3C/BE3# #C/BE2#C/BE1#C/BE0#000010110011110111(1) I/O地址空間地址空間 在在I/O地址空間，地址空間，32位位AD線全部被用來提供一個線全部被用來提供一個完整的地址編碼（字節(jié)地址）。完整的地址編碼（字節(jié)地址）。 AD1:0和和C/BE3:0指明傳輸?shù)淖畹陀行ё止?jié)。指明傳輸?shù)淖畹陀行ё止?jié)。25(2) 內(nèi)存地址空間內(nèi)存地址空間 (3) 配置地址空間配置地址空間 3101雙字邊界對齊的起始地址雙字邊界對齊的起始地址200地址遞增地址遞增01Cac

16、he行切換行切換1X保留保留701雙字邊界對齊的起始地址雙字邊界對齊的起始地址200選擇該設(shè)備選擇該設(shè)備01訪問該橋路后設(shè)備訪問該橋路后設(shè)備1X保留保留263字節(jié)對齊字節(jié)對齊 4PCI總線的驅(qū)動與過渡總線的驅(qū)動與過渡 PCIPCI總線上不能進行字節(jié)的交換。具有總線上不能進行字節(jié)的交換。具有6464位通道的位通道的主設(shè)備可以進行主設(shè)備可以進行DWORDDWORD（雙字）的交換。（雙字）的交換。 主設(shè)備可在每個新數(shù)據(jù)期開始的時鐘前沿改變字主設(shè)備可在每個新數(shù)據(jù)期開始的時鐘前沿改變字節(jié)使能信號，且在整個數(shù)據(jù)期中保持不變。節(jié)使能信號，且在整個數(shù)據(jù)期中保持不變。 讀緩沖中的數(shù)據(jù)可以不考慮字節(jié)使能信號，而傳

17、讀緩沖中的數(shù)據(jù)可以不考慮字節(jié)使能信號，而傳送所有的字節(jié)。送所有的字節(jié)。 在每個地址（數(shù)據(jù)）期中，所有的在每個地址（數(shù)據(jù)）期中，所有的ADAD線都必須線都必須被驅(qū)動到穩(wěn)定的狀態(tài)（數(shù)據(jù)），包括那些字節(jié)使能被驅(qū)動到穩(wěn)定的狀態(tài)（數(shù)據(jù)），包括那些字節(jié)使能信號表明無效的字節(jié)所對應(yīng)的信號表明無效的字節(jié)所對應(yīng)的ADAD線。線。 從一個設(shè)備驅(qū)動總線到另一個設(shè)備驅(qū)動從一個設(shè)備驅(qū)動總線到另一個設(shè)備驅(qū)動PCIPCI總線總線之間設(shè)置一個過渡期，又稱為交換周期，以防止總之間設(shè)置一個過渡期，又稱為交換周期，以防止總線訪問沖突。線訪問沖突。 275設(shè)備選擇設(shè)備選擇 CLKFRAME#IRDY#TRDY#DEVSEL#1234

18、5678FASTMED SLOW圖圖3.6 設(shè)備選擇的時序關(guān)系設(shè)備選擇的時序關(guān)系28六、 PCI總線數(shù)據(jù)傳輸過程 1總線上的讀操作總線上的讀操作 CLKFRAME#123456789ADC/BE#IRDY#TRDY#DEVSEL#ADDRESSDATA1DATA2DATA3BUSCMDBE#s地址期地址期數(shù)據(jù)期數(shù)據(jù)期數(shù)據(jù)期數(shù)據(jù)期數(shù)據(jù)期數(shù)據(jù)期圖圖3.7 讀操作時序讀操作時序292總線上的寫操作總線上的寫操作 CLKFRAME#123456789ADC/BE#IRDY#TRDY#DEVSEL#ADDRESSDATA2DATA1DATA3BUSCMD地址期地址期數(shù)據(jù)期數(shù)據(jù)期 數(shù)據(jù)期數(shù)據(jù)期數(shù)據(jù)期數(shù)據(jù)期

19、圖圖3.8寫操作時序?qū)懖僮鲿r序BEs1BEs2BEs330 3傳輸?shù)慕K止過程傳輸?shù)慕K止過程 (1) 由主設(shè)備提出的終止由主設(shè)備提出的終止 (2) 由從設(shè)備提出的終止由從設(shè)備提出的終止 原因：原因：傳輸結(jié)束，超時傳輸結(jié)束，超時 處理處理：建立建立IRDY#，撤消，撤消FRAME#，直到，直到TRDY#有效后傳輸完最后一個數(shù)據(jù)有效后傳輸完最后一個數(shù)據(jù) 原因：原因：死鎖，死鎖，8個時鐘內(nèi)無響應(yīng)個時鐘內(nèi)無響應(yīng) 處理：處理：發(fā)發(fā)STOP#31 當當STOP#STOP#信號有效時，信號有效時，F(xiàn)RAME#FRAME#應(yīng)該在其后的應(yīng)該在其后的2323個時個時鐘周期內(nèi)盡快撤消，但撤消時應(yīng)使鐘周期內(nèi)盡快撤消，但

20、撤消時應(yīng)使IRDY#IRDY#有效，從設(shè)有效，從設(shè)備應(yīng)無條件的保持備應(yīng)無條件的保持STOP#STOP#的有效狀態(tài)直到的有效狀態(tài)直到FRAME#FRAME#撤消撤消為止。為止。FRAME#FRAME#撤消后，撤消后，STOP#STOP#也應(yīng)該緊跟著撤消。也應(yīng)該緊跟著撤消。 PCI總線上總線上FRAME#、IRDY#、TRDY#和和STOP#遵遵循的規(guī)則循的規(guī)則 在任何時鐘的上升沿，若在任何時鐘的上升沿，若STOP#STOP#和和TRDY#TRDY#同時有效，同時有效，就表示是傳輸?shù)淖詈笾芷?，就表示是傳輸?shù)淖詈笾芷冢琁RDY#IRDY#要在下一個時鐘的要在下一個時鐘的上升沿之前撤消，表示傳輸?shù)慕Y(jié)束

21、。上升沿之前撤消，表示傳輸?shù)慕Y(jié)束。 對被目標設(shè)備終止的傳輸，主設(shè)備要繼續(xù)完成它，對被目標設(shè)備終止的傳輸，主設(shè)備要繼續(xù)完成它，就必須用下一個未傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的地址來重試訪問。就必須用下一個未傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的地址來重試訪問。 32七、 總線仲裁 CLKFRAME#1234567ADGNT#-BIRDY#TRDY#GNT#-A地址地址數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)A存取存取B存取存取圖圖3.9 兩個主設(shè)備之間的兩個主設(shè)備之間的PCI總線仲裁總線仲裁REQ#-BREQ#-A地址地址數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)cabdefg33八、八、 PCI總線配置總線配置 1、配置空間頭區(qū)域及功能、配置空間頭區(qū)域及功能 34(1)設(shè)備識別設(shè)備識別 (2)設(shè)備控制設(shè)

22、備控制 (3)設(shè)備狀態(tài)設(shè)備狀態(tài) 35(4)基址寄存器基址寄存器 1I/O空間指針空間指針規(guī)范規(guī)定每個規(guī)范規(guī)定每個I/O基地址下基地址下的端口數(shù)不得大于的端口數(shù)不得大于256。31 2 1 0基基 地地 址址保留保留0預(yù)取使能預(yù)取使能存儲空間指針存儲空間指針00 32位地址空間任意映射位地址空間任意映射01 32位地址空間位地址空間1M字節(jié)以內(nèi)映射（已經(jīng)不用）字節(jié)以內(nèi)映射（已經(jīng)不用）10 64位地址空間任意映射位地址空間任意映射 11 保留保留31(63) 3 2 1 0基基 地地 址址地址映射寄存器地址映射寄存器 36舉例舉例1：基址寄存器的值基址寄存器的值=FFF00000h 位位0=0，表

23、示是一個存儲器地址空間映射，表示是一個存儲器地址空間映射 位位2:1=00b，它使，它使32位存儲器映射位存儲器映射 位位3=0，表示它不是預(yù)取存儲器。，表示它不是預(yù)取存儲器。 位位31:4第一個為第一個為1的是位的是位20，表示映射的存儲空間為，表示映射的存儲空間為1MB。這意味著存儲映射的基地址應(yīng)該起始于這意味著存儲映射的基地址應(yīng)該起始于1MB、2MB、3MB等的邊界上。等的邊界上。 系統(tǒng)經(jīng)過權(quán)衡后再向該基址寄存器寫入實際映射系統(tǒng)經(jīng)過權(quán)衡后再向該基址寄存器寫入實際映射的空間基址。的空間基址。37舉例舉例2：基址寄存器的值基址寄存器的值=FFFFFF01h 位位0=1，表示是一個，表示是一個

24、I/O地址空間映射地址空間映射 位位31:2第一個為第一個為1的是位的是位8，表示映射的，表示映射的I/O空間為空間為256。這意味著這意味著I/O映射的基地址應(yīng)該起始于映射的基地址應(yīng)該起始于256的整數(shù)倍的整數(shù)倍。38最大最大/最小映射地址空間是多少？最小映射地址空間是多少？最大最大/最小存儲映射地址空間最小存儲映射地址空間最小存儲映射地址空間最小存儲映射地址空間=16字節(jié)字節(jié)最大存儲映射地址空間最大存儲映射地址空間=2GB最大最大/最小最小I/O映射地址空間映射地址空間最小最小I/O映射地址空間映射地址空間=4字節(jié)字節(jié)最大存儲映射地址空間最大存儲映射地址空間=256字節(jié)字節(jié)39擴展擴展RO

25、M訪問允許訪問允許31 11 10 1 0基基 地地 址址保保 留留擴展擴展ROM基地址寄存器基地址寄存器擴展擴展ROM基地址基地址=FFFF0001H 位位0=1，表示擴展，表示擴展ROM訪問允許訪問允許 位位31:11第一個為第一個為1的是位的是位16，表示映射的存儲空間為，表示映射的存儲空間為64K。這意味著這意味著ROM映射的基地址應(yīng)該起始于映射的基地址應(yīng)該起始于64KB的邊界的邊界(5)頭區(qū)域中其它寄存器頭區(qū)域中其它寄存器 402配置空間的訪問配置空間的訪問 (1) 配置空間訪問時目標設(shè)備的選擇配置空間訪問時目標設(shè)備的選擇 對于某一對于某一PCI設(shè)備，只有當輸入它的設(shè)備，只有當輸入它

26、的IDSEL信號信號有效，并且在地址期內(nèi)有效，并且在地址期內(nèi)AD1: :0為為00時，才能被作為時，才能被作為配置訪問的目標設(shè)備。配置訪問的目標設(shè)備。 41(2) 配置空間訪問的類型配置空間訪問的類型 0類配置空間訪問類配置空間訪問 對（正在運行的）對（正在運行的）當前當前PCI總線上的目標設(shè)備配總線上的目標設(shè)備配置寄存器所進行的訪問。置寄存器所進行的訪問。 被配置訪問的目標設(shè)備必須在地址期采樣到其被配置訪問的目標設(shè)備必須在地址期采樣到其IDSELIDSEL輸入信號有效，并且輸入信號有效，并且AD1AD100必須為必須為0000。 地址期，地址期，AD10AD1088用于選擇物理設(shè)備的八種功用

27、于選擇物理設(shè)備的八種功能之一能之一 。 1類配置空間訪問類配置空間訪問 對（通過對（通過PCI/PCIPCI/PCI橋連接的）橋連接的）下一級下一級PCIPCI總線上總線上的目標設(shè)備（配置寄存器）所進行的訪問。的目標設(shè)備（配置寄存器）所進行的訪問。 一旦一旦PCI/PCI橋檢測到橋檢測到1類配置訪問，就有三種類配置訪問，就有三種情況，須分別進行處理。情況，須分別進行處理。 42(3) 配置訪問的訪問方法配置訪問的訪問方法 針對針對x86兼容的系統(tǒng)，兼容的系統(tǒng)，PCI協(xié)議定義了將處理器協(xié)議定義了將處理器發(fā)出的發(fā)出的I/OI/O或存儲器訪問識別或轉(zhuǎn)換為配置訪問的轉(zhuǎn)或存儲器訪問識別或轉(zhuǎn)換為配置訪問的

28、轉(zhuǎn)換機構(gòu)換機構(gòu)，稱為配置機構(gòu)。，稱為配置機構(gòu)。 配置機構(gòu)是利用兩個配置機構(gòu)是利用兩個32位的位的I/O端口寄存器來訪端口寄存器來訪問問PCI設(shè)備的配置空間的。一個叫配置地址端口寄存設(shè)備的配置空間的。一個叫配置地址端口寄存器（器（I/O地址為地址為0CF8H0CFBH），另一個叫配置數(shù)），另一個叫配置數(shù)據(jù)口寄存器（據(jù)口寄存器（I/O地址為地址為0CFCH0CFFH）。）。 第一步，將要訪問的總線號、設(shè)備號、功能號和第一步，將要訪問的總線號、設(shè)備號、功能號和雙字號寫到配置地址端口寄存器。（雙字號寫到配置地址端口寄存器。（3232位寫）位寫） 第二步，執(zhí)行一次對配置數(shù)據(jù)端口寄存器的第二步，執(zhí)行一次對

29、配置數(shù)據(jù)端口寄存器的I/OI/O讀讀/ /寫。寫。 43九、 PCI BIOS1、通過、通過PCI BIOS才能直接訪問才能直接訪問PCI配置寄存器配置寄存器 2、16位位PCI BIOS的調(diào)用的調(diào)用 3、32位位PCI BIOS的調(diào)用的調(diào)用 44一、 USB（Universal Serial Bus)系統(tǒng)組成1. USB的軟硬件的軟硬件 USB主控制器主控制器/根集線器根集線器 USB集線器集線器(USB Hub) USB設(shè)備設(shè)備 USB設(shè)備驅(qū)動程序設(shè)備驅(qū)動程序 USB驅(qū)動程序驅(qū)動程序 USB主控制器驅(qū)動程序主控制器驅(qū)動程序第四節(jié)第四節(jié) 通用串行總線通用串行總線USB 硬件軟件45USB優(yōu)點

30、：1、無需擴展卡、跳線、中斷、DMA通道等設(shè)置；2、真正的熱插拔3、400多家大公司的支持4、高速傳輸：USB1.0-12Mb/s USB2.0-480Mb/s5、可連接127個外設(shè)462. USB的拓撲結(jié)構(gòu) PCI總線總線宿主機宿主機USB主控制器主控制器/根根高速高速電話電話高速高速顯示器顯示器高速高速集線器集線器高速高速麥克風(fēng)麥克風(fēng)揚聲器揚聲器高速高速揚聲器揚聲器高速高速鍵盤鍵盤高速高速低速低速麥克風(fēng)麥克風(fēng)麥克風(fēng)麥克風(fēng)低速低速高速高速=12Mb/s低速低速=1.5Mb/s 圖圖3.11 USB的層次拓撲圖的層次拓撲圖47二、USB系統(tǒng)的接口信號和電氣特性 1.接口信號線接口信號線 高高/

31、低速低速USB收發(fā)器收發(fā)器(主機主機或集線器端或集線器端口口)高速高速USB收收發(fā)器發(fā)器(主機端主機端口或高速設(shè)口或高速設(shè)備備)+5vdcD+D-地地15K15K+3.03.6vdc1.5KD+D-高高/低速低速USB收發(fā)器收發(fā)器(主機主機或集線器端或集線器端口口)低速低速USB收收發(fā)器發(fā)器(低速設(shè)低速設(shè)備備)+5vdcD+D-地地15K15K+3.03.6vdc1.5KD+D-USB數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線USB數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線48如何識別設(shè)備已連接上？如何識別設(shè)備已連接上？ 如何識別處于工作狀態(tài)？如何識別處于工作狀態(tài)？設(shè)備未連接設(shè)備未連接(或斷開或斷開)時：時： abs(VD+-VD-)2.5s 。設(shè)備空

32、閑設(shè)備空閑(J狀態(tài)狀態(tài))： abs(VD+-VD-)2.5V，時間，時間2.5s 。設(shè)備工作設(shè)備工作(K狀態(tài)狀態(tài))： abs(VD+-VD-)2.5V，時間，時間2.5V，時間，時間2.5s 。50三、 USB數(shù)據(jù)流類型和傳輸類型 1.1.USB數(shù)據(jù)流類型數(shù)據(jù)流類型 2.2.USB的基本傳輸類型的基本傳輸類型 2）批傳輸：）批傳輸：單單/雙向，用于大批數(shù)據(jù)傳輸，要求準雙向，用于大批數(shù)據(jù)傳輸，要求準確，出錯重傳。時間性不強。確，出錯重傳。時間性不強。 1）控制傳輸）控制傳輸 ：雙向，用于配置設(shè)備或特殊用途，雙向，用于配置設(shè)備或特殊用途，發(fā)生錯誤需重傳發(fā)生錯誤需重傳 3）中斷傳輸）中斷傳輸 ：單向

33、入主機，用于隨機少量傳送。單向入主機，用于隨機少量傳送。采用查詢中斷方式，出錯下一查詢周期重新傳。采用查詢中斷方式，出錯下一查詢周期重新傳。 4）等時傳輸）等時傳輸 ：單單/雙向，用于連續(xù)實時數(shù)據(jù)傳輸，雙向，用于連續(xù)實時數(shù)據(jù)傳輸，時間性強，但出錯無需重傳。傳輸速率固定。時間性強，但出錯無需重傳。傳輸速率固定。 控制信號流、塊數(shù)據(jù)流、中斷數(shù)據(jù)流、實時數(shù)據(jù)流?？刂菩盘柫?、塊數(shù)據(jù)流、中斷數(shù)據(jù)流、實時數(shù)據(jù)流。 51四、 USB交換的包格式PID類型類型PID名稱名稱PID3:0描述描述TokenOUT0001b具有具有PID、類型檢查、設(shè)備地址、端點號和、類型檢查、設(shè)備地址、端點號和CRC域的宿主到功

34、能域的宿主到功能設(shè)備的發(fā)送包設(shè)備的發(fā)送包IN1001b功能設(shè)備到宿主的接收包，具有和發(fā)送包一樣的域功能設(shè)備到宿主的接收包，具有和發(fā)送包一樣的域SOF0101b幀開始包幀開始包SETUP1101b主機發(fā)給設(shè)備的設(shè)置包，用于控制傳輸?shù)脑O(shè)置。主機發(fā)給設(shè)備的設(shè)置包，用于控制傳輸?shù)脑O(shè)置。DataDATA00011b數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)包0DATA11011b數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)包1DATA20111b在微幀中高速、高帶寬的等時交換的數(shù)據(jù)包在微幀中高速、高帶寬的等時交換的數(shù)據(jù)包MDATA1111b為分離的高速和高帶寬等時交換中的數(shù)據(jù)包為分離的高速和高帶寬等時交換中的數(shù)據(jù)包標志包標志包數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)包握手包握手包一次交換（事務(wù)處理

35、）一次交換（事務(wù)處理）52HandshakeACK0010b接收設(shè)備發(fā)的接受數(shù)據(jù)正確的應(yīng)答包接收設(shè)備發(fā)的接受數(shù)據(jù)正確的應(yīng)答包NAK1010b接收設(shè)備無法接受數(shù)據(jù)或沒有數(shù)據(jù)返回個宿主接收設(shè)備無法接受數(shù)據(jù)或沒有數(shù)據(jù)返回個宿主STALL1110b設(shè)備已經(jīng)被掛起，需要主機插手解決故障設(shè)備已經(jīng)被掛起，需要主機插手解決故障NYET0110b接收器無應(yīng)答接收器無應(yīng)答SpecialPRE1100b(Token)預(yù)告包，預(yù)告下面將以低速方式和低速設(shè)備通信預(yù)告包，預(yù)告下面將以低速方式和低速設(shè)備通信ERR1100b(Handshake)分離交換錯誤的握手信號分離交換錯誤的握手信號SPLIT1000b高速分離交換標志

36、高速分離交換標志PING0100b為批或控制端點傳輸而設(shè)置的高速流控制探測為批或控制端點傳輸而設(shè)置的高速流控制探測Reserved0000b保留保留PID類型類型PID名稱名稱PID3:0描述描述53包的一般格式包的一般格式:SYNCPID 包特定信息包特定信息CRC8位位8位位n位位5位或位或16位位結(jié)束間隔區(qū)結(jié)束間隔區(qū)SYNC：同步序列同步序列所有數(shù)據(jù)發(fā)發(fā)送都時從低位開始向高位發(fā)送所有數(shù)據(jù)發(fā)發(fā)送都時從低位開始向高位發(fā)送數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)為10000000PID：包標識別，發(fā)送從低位到高位包標識別，發(fā)送從低位到高位結(jié)束間隔區(qū)結(jié)束間隔區(qū)：發(fā)送方把兩條差分數(shù)據(jù)線上的電壓降發(fā)送方把兩條差分數(shù)據(jù)線上的電壓降

37、低，并保持低，并保持2個位的傳輸時間，之后進入個位的傳輸時間，之后進入J狀態(tài)。狀態(tài)。PID0PID1LSbPID2PID3PID0# PID1# PID2# PID3#MSbPIDPID的反碼的反碼541. 1. 標志標志包包 (1) 幀開始包幀開始包SYNCPID FRAME NUMBERCRC8位位8位位11位位5位位編碼編碼數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 1 0 155SYCNPIDADDRENDPCRC8位位8位位7位位4位位5位位 (2) 接受包接受包接受交換包括了全部接受交換包括了全部4種傳輸類型。種傳輸類型。 接受交換接受交換: 根根Hub廣播接受包

38、廣播接受包目標設(shè)備返回數(shù)據(jù)包目標設(shè)備返回數(shù)據(jù)包根發(fā)根發(fā)握手包（握手包（等時傳輸無握手包等時傳輸無握手包）(3)發(fā)送包發(fā)送包 發(fā)送交換發(fā)送交換: 根根Hub廣播發(fā)送包廣播發(fā)送包根發(fā)數(shù)據(jù)包根發(fā)數(shù)據(jù)包目標設(shè)備發(fā)握目標設(shè)備發(fā)握手包（手包（批傳輸才有握手包批傳輸才有握手包）接受交換包括了除等時傳輸外的其他接受交換包括了除等時傳輸外的其他3種傳輸類型。種傳輸類型。56(4)設(shè)置包設(shè)置包2數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)包DATACRCSYNCPID8位位USB 1.1數(shù)據(jù)包格式數(shù)據(jù)包格式8位位01023位位16位位SYNCPIDDATACRC8位位USB 2.0數(shù)據(jù)包格式數(shù)據(jù)包格式8位位08192位位16位位 控制傳輸開始由主

39、機發(fā)設(shè)置包，后面可能由一個控制傳輸開始由主機發(fā)設(shè)置包，后面可能由一個或多個或多個IN或或OUT交換，或只包含一個端點傳到主機的交換，或只包含一個端點傳到主機的狀態(tài)。狀態(tài)。57SYCNPID8位位圖圖3.18 握手包的格式握手包的格式8位位3握手包握手包 4 特殊包特殊包 只有只有SYNC和和PID組成組成 主機希望與低速設(shè)備進行低速傳輸?shù)臅r候發(fā)此包主機希望與低速設(shè)備進行低速傳輸?shù)臅r候發(fā)此包 PID域應(yīng)該高速（全速）發(fā)送。域應(yīng)該高速（全速）發(fā)送。 PID之后，在低速數(shù)據(jù)包傳輸之前要延遲之后，在低速數(shù)據(jù)包傳輸之前要延遲4個高速個高速字節(jié)時間字節(jié)時間 低速設(shè)備只支持控制傳輸與中斷傳輸?shù)退僭O(shè)備只支持控

40、制傳輸與中斷傳輸 與低速設(shè)備交換數(shù)據(jù)只有與低速設(shè)備交換數(shù)據(jù)只有8字節(jié)字節(jié)58五、五、 USB設(shè)備狀態(tài)和總線枚舉設(shè)備狀態(tài)和總線枚舉 主主 機機HUB設(shè)設(shè)備備1.1 設(shè)備接入設(shè)備接入連接狀態(tài)連接狀態(tài)1.2 通知有設(shè)備接入通知有設(shè)備接入2 檢測檢測Hub,確認有接入確認有接入3 使能該端口，發(fā)使能該端口，發(fā)RESET命令命令4 發(fā)發(fā)RESET信號，供電信號，供電上電狀態(tài)上電狀態(tài)5 默認端口默認端口0地址默認狀態(tài)地址默認狀態(tài)6.1 給設(shè)備分發(fā)地址給設(shè)備分發(fā)地址6.2 分發(fā)地址分發(fā)地址地址狀態(tài)地址狀態(tài)7.1 按地址讀設(shè)備配置信息按地址讀設(shè)備配置信息7.2 讀配置信息讀配置信息8.1 按地址設(shè)設(shè)備配置信息

41、按地址設(shè)設(shè)備配置信息8.2 寫配置信息寫配置信息配置狀態(tài)配置狀態(tài)59 HW9911 USB外圍芯片外圍芯片 六、六、 USB外圍芯片及應(yīng)用外圍芯片及應(yīng)用 1、HW9911重要信號線重要信號線 CS# RD# WR# INT# ALE SCL SDA D+ D- AD0AD72、HW9911的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和應(yīng)用的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和應(yīng)用606162第五節(jié) 高性能串行總線標準IEEE1394一、一、 IEEE1394的主要性能特點的主要性能特點 通用性強，一個接口最多可連接通用性強，一個接口最多可連接63個不同設(shè)備。個不同設(shè)備。 傳輸速率高，支持傳輸速率高，支持100Mb/s3.2Gb/s的高傳輸速率。的高傳輸速率。 實時性好實時性好 總線提供電源，可提供總線提供電源，可提供410V,1.5A電源。電源。 系統(tǒng)中各設(shè)備之間關(guān)系平等，可不通過計算機直接連接。系統(tǒng)中各設(shè)備之間關(guān)系平等，可不通過計算機直接連接。 連接方便，允許熱插拔和即插即用。連接方便，允許熱插拔和即插即用。63二、 IEEE1394拓撲結(jié)構(gòu) CPU內(nèi)存內(nèi)存I