LocalBus總線原理

1、Local Bus總線原理 相信搞硬件的朋友都應該對Local Bus總線非常熟悉，在當今的通信電子領域中，幾乎所有的CPU小系統(tǒng)中都有它的身影。Local Bus總線又稱為CPU總線，根據(jù)高低位地址線序的差異，又可分為Motorola CPU總線和Intel CPU總線。古老的CS51單片機就是Intel CPU總線的典型代表，而我們常用的Power PC就是Motorola CPU總線架構，它是從60X總線衍變過來的(60X總線支持64、32、16、8四種可選位寬模式)，由于Local Bus總線是直接從60X總線上通過橋片分出來的，所以它和60X總線是同步同頻的，進行數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)讀寫時與60

2、X總線共享帶寬，不需要內(nèi)核提供額外的處理。如下圖所示：中國通信人博客5y$f+LjZ&V)k!eu6V4Ue4M!f$F0 Device Bus(數(shù)據(jù)/地址復用總線解復用后的Device Bus叫Local Bus)總線一般采用數(shù)據(jù)/地址線復用的形式，通常為32位寬，使用時需要將總線的數(shù)據(jù)和地址分離出來再分別接到目標器件的數(shù)據(jù)和地址端口，如連接到低速設備時還需要通過Buffer起來來進行驅動和隔離。在早期的設計中，通過用信號鎖存器來分離總線中的數(shù)據(jù)和地址(如經(jīng)典鎖存器SN74LVC16373)，不過現(xiàn)在基本上都是通過邏輯器件CPLD來進行解復用的。利用鎖存器373對Device Bus總線數(shù)據(jù)

3、/地址解復用原理如下圖所示。98w i byj0 中國通信人博客R%3Q jZKI*f 在上圖中，L_ALE是地址鎖存信號，低電平有效，當L_ALE出現(xiàn)一個低電平脈沖時，鎖存器的輸入端口對LAD31:0信號進行采樣、鎖存并從輸出端口輸出，直到下一個L_ALE低電平脈沖到來時，其輸出狀態(tài)才發(fā)生改變，Device Bus總線在輸出地址信號時將L_ALE信號驅動為低電平，輸出數(shù)據(jù)信號時，將L_ALE驅動為高電平，鎖存器正式利用這個特點輕松實現(xiàn)Device Bus總線上數(shù)據(jù)和地址的分離。%v1upOfZ#L0 Local Bus總線上的數(shù)據(jù)讀寫分為同步模式和異步模式。在同步模式下，需要一個外部時鐘信號

4、供接收端和發(fā)送端共用，利用時鐘信號的上升沿對數(shù)據(jù)進行采樣，SDRAM、SSRAM等高速信號使用同步模式；異步傳輸模式下，不使用時鐘信號對數(shù)據(jù)進行采樣(芯片內(nèi)部還是需要有系統(tǒng)參考時鐘來產(chǎn)生時序的)，而是利用片選信號CS、寫使能信號WE和讀使能信號OE對數(shù)據(jù)進行采樣，使用異步模式的器件有FLASH、BOOTROM等。中國通信人博客N3_D$eem3qQ$ik Hi&Z2c0 Device Bus總線數(shù)據(jù)及控制信號列表及功能說明：中國通信人博客Ir nU#aku 1).LAD31:0：數(shù)據(jù)/地址復用信號，數(shù)據(jù)線寬度可設為8、16、32為三種模式；地址線根數(shù)可根據(jù)實際存儲空間大小來選取，比如，16根地

5、址線可支持的尋址空間大小為(針對8位寬存儲器件，16位寬存儲器件需要乘以2，其他類推)：21665536Byte=64KByte。做為地址線時是單向輸出，三態(tài)總線，LVTTL電平。做為數(shù)據(jù)線時是輸入/輸出雙向信號，三態(tài)LVTTL。中國通信人博客 h L4ZB/r 2).CS_L：Chip Select，器件片選信號，低電平信號，Local Bus總線上每個器件都有一個獨立的CS_L信號，某個器件上的CS_L信號為低電平時表示這個器件被選中，Local Bus總線主控制器可以對其進行讀寫操作；中國通信人博客g5F BD6pX 3).WE_L：Write Enable，寫使能信號，低電平有效，Lo

6、cal Bus總線上的WE_L信號為低電平時，表示在進行寫操作，在異步傳輸模式下，它與CS_L信號配合對寫數(shù)據(jù)進行采樣；4GMa9I E(e _.s0 4).OE_L：Output Enable，讀使能信號，跟WE_L類似，在異步傳輸模式下與CS_L信號配合對讀數(shù)據(jù)進行采樣；4_3m iVR ?4s*?0 5).ALE_L：地址鎖存信號，低有效，其功能已經(jīng)在前面介紹過了，不在贅述；中國通信人博客H%_1Io Pw 6).Rdv:應答信號，對讀寫操作進行應答；K,U6LE0 7).INT：中斷輸入信號；中國通信人博客4B R Wx#j e_ ugNW*Qf)J 8).RST_L：復位信號；中國通

7、信人博客(Pu6w/xl ou Fi 9).CLK：參考時鐘信號，只在同步傳輸模式下使用，異步模式下不使用，設計中將其懸空即可。Q;B,Z6qLKQ1Sbd0 實際應用中，一般只使用LDA/CS_L/WE_L/OE_L/ALE_L這些信號，其他信號作為選用。2D:lq Y y9I bP e0 上面介紹的是針對Intel CPU總線的，Motorola CPU總線有一點點差異，后者將OE_L和WE_L合并成一根控制信號，稱為R/W，當其為高電平時表示“讀”操作，為低電平時表示“寫”操作。另外，后者還有一個DS控制信號，當其為低電平時表示總線上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)是有效的，否則為無效。D)wh#vDc)g0

8、 如果Local Bus總線上掛SDRAM等高速存器器件時還需要行列選擇信號RAS和CAS以及數(shù)據(jù)奇偶校驗信號DP。中國通信人博客%K:_1wr3yr&x&i99bC$s,k/G*F8_0 CPU總線的大端模式和小端模式中國通信人博客&gY HRiq%ZE8h Intel系列的CPU總線是小端模式，也叫Little-endian byte ordering，其特點是低有效字節(jié)在低地址位，高有效字節(jié)在高地址位。中國通信人博客,q+rY&M(J)dW9L,l Motorola CPU及Power PC架構總線是大端模式，也叫Big-endian byte ordering，其特點是低有效字節(jié)在高地

9、址位，高有效字節(jié)在低地址位。,c(LBnh(iH0 所以在使用大端模式總線連接外部器件時需要將地址線進行倒序，即最高位地址線與外部器件的最低地址位相連，最低地址位地址線與外部器件的最高地址位相連，其他依次連接。中國通信人博客1I21C w$i Local Bus總線的讀寫時序GS/g0 下圖為FLASH器件MX29LV002CBTI的讀時序，該FLASH器件提供的Local Bus接口，Addresses信號是從Local BUS地址信號(已經(jīng)解復用了)，Outputs是Local bus的數(shù)據(jù)信號。在第一個時鐘周期內(nèi)，Address信號線上傳輸?shù)氖悄繕似骷牡刂沸盘枺藭rCS#、OE#、WE

10、#都處于高電平無效狀態(tài)，并且Outputs輸出的數(shù)據(jù)無效。在第二個時鐘周期內(nèi)，CE#變?yōu)榈碗娖?，表示目標器件已?jīng)被選中，接著OE#也變?yōu)榈碗娖?大多數(shù)情況下，CS#和OE#幾乎是同時有效的)，表示開始進行讀操作，主控制器在CE#和OE#都為低電平有效的時候對Outputs上的數(shù)據(jù)進行采樣(通常做一定的延時后再采樣，以保證采樣數(shù)據(jù)的正確性)，采樣到的數(shù)據(jù)即為要讀取的數(shù)據(jù)。WE#和OE#不會同時變低的，因為Local Bus總線是半雙工工作方式，不可能同時進行讀寫兩種操作。(點開看清楚大圖)中國通信人博客4_1u m0L0l*vM中國通信人博客%_ rZ7S1YXzR5ePU5Hz5i#A5s;B

11、0 下圖為FLASH器件MX29LV002CBTI的寫時序，在WE#和CS#同時為低有效的情況下，F(xiàn)lash器件從數(shù)據(jù)總線上采樣數(shù)據(jù)，然后寫到指定的地址空間里去。對比下這兩個圖，我們會發(fā)現(xiàn)，讀操作時，OE#信號差不多在ADD Valid周期的中間部分有效，而寫操作時，WE#信號幾乎在ADD Valid周期的開始部分有效，為什么有這個差異呢？其實想想也不難，因為讀操作流程是：總線控制器給目標器件發(fā)讀取數(shù)據(jù)指令，等目標器件收到指令后再將總線控制器要讀取的數(shù)據(jù)傳回來，這中間有線路的延時及目標器件的延時。而寫操作則不然，可以將寫操作命令和要寫的數(shù)據(jù)同時傳到目標器件那邊去，幾乎沒什么延時。中國通信人博客

12、mF j4w%VAFiakO_.W:tGb0 Local Bus總線的典型應用如下圖所示：中國通信人博客x Qb!g7At! +G中國通信人博客-K5y,1lE:T L8r 如上圖所示，CPLD對Device bus總線進行了解復用后連接到FPGA、FLASH和NVRAM(CPLD可以對Local Bus總線的大小端模式進行切換)，利用CS0_L、CS1_L和CS2_L三根片選信號線來區(qū)分Local bus總線上的三個器件。FPGA使用了32根數(shù)據(jù)線中的16根，32根地址線中的26根。L xqv/r.a+DH0 我們再仔細看一下其地址線標號，為A26:1，我們也許會疑問，會不會是搞錯了啊，怎么不是從最低位地址AO開始?。渴堑?，我沒有寫錯，你也沒有看錯，實際上就是從A1開始的。這是因為當數(shù)據(jù)線寬度為16位雙字節(jié)模式(也叫WORD模式，四個字節(jié)叫DWORD模式，單字節(jié)叫BYTE模式)時，Local bus總線的A1變?yōu)榈刂返淖畹臀?A0懸空不用)，用它去連接器件的最低位地址線A0。中