天大嵌入式系統(tǒng)課件-3-總線設(shè)計(jì)

1、2022-5-231嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì) 天津大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院天津大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院 車明車明 第三章第三章: 總線設(shè)計(jì)總線設(shè)計(jì)2022-5-2323.1 總線概述總線概述3.1.1 總線分類總線分類n片內(nèi)總線片內(nèi)總線: :芯片內(nèi)部總線（芯片內(nèi)部總線（VLSIVLSI課程相關(guān)）課程相關(guān)）n器件總線器件總線: :芯片間互連總線芯片間互連總線, ,可由設(shè)計(jì)者自定義，可由設(shè)計(jì)者自定義，也有標(biāo)準(zhǔn)的總線，如：也有標(biāo)準(zhǔn)的總線，如：I2CI2C、SPISPI、n內(nèi)總線內(nèi)總線: :設(shè)備內(nèi)部總線，電路板間互連。設(shè)備內(nèi)部總線，電路板間互連。u 標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)總線標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)總線: :國際標(biāo)準(zhǔn)國際標(biāo)準(zhǔn), ,如如:STD:STD

2、、PCIPCI、u 專用內(nèi)總線專用內(nèi)總線: :由設(shè)計(jì)者根據(jù)需要采用、自定由設(shè)計(jì)者根據(jù)需要采用、自定義義n外總線：設(shè)備間總線，不同設(shè)備間通信。外總線：設(shè)備間總線，不同設(shè)備間通信。均為均為標(biāo)準(zhǔn)總線，如：標(biāo)準(zhǔn)總線，如：RS232RS232、USBUSB、2022-5-2333.1.2 標(biāo)準(zhǔn)總線與專用總線標(biāo)準(zhǔn)總線與專用總線n標(biāo)準(zhǔn)總線標(biāo)準(zhǔn)總線u 由國際標(biāo)準(zhǔn)化組織發(fā)布，業(yè)界統(tǒng)一由國際標(biāo)準(zhǔn)化組織發(fā)布，業(yè)界統(tǒng)一u 優(yōu)點(diǎn)：簡化設(shè)計(jì)、易于擴(kuò)展、便于更新、方便維修優(yōu)點(diǎn)：簡化設(shè)計(jì)、易于擴(kuò)展、便于更新、方便維修u 通用設(shè)備（如通用設(shè)備（如PC機(jī)）的內(nèi)、外總線都采用標(biāo)準(zhǔn)總線機(jī)）的內(nèi)、外總線都采用標(biāo)準(zhǔn)總線n專用總線專用總線

3、u 由設(shè)備設(shè)計(jì)者定義的、適應(yīng)設(shè)備特點(diǎn)的總線由設(shè)備設(shè)計(jì)者定義的、適應(yīng)設(shè)備特點(diǎn)的總線u 特點(diǎn)：專用性、不兼容，效率高、開銷少、成本低特點(diǎn)：專用性、不兼容，效率高、開銷少、成本低u 嵌入式設(shè)備因受應(yīng)用環(huán)境限制，可能不易實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)嵌入式設(shè)備因受應(yīng)用環(huán)境限制，可能不易實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)總線，且可能存在浪費(fèi)；因此經(jīng)常采用專用總線?？偩€，且可能存在浪費(fèi)；因此經(jīng)常采用專用總線。許多較小的系統(tǒng)也可能不需要內(nèi)總線。許多較小的系統(tǒng)也可能不需要內(nèi)總線。2022-5-2343.2 內(nèi)總線內(nèi)總線3.2.1 專用內(nèi)總線專用內(nèi)總線n單片機(jī)擴(kuò)展總線：單片機(jī)擴(kuò)展總線：u 一般地，通過選擇合適的單片機(jī)，其內(nèi)部資一般地，通過選擇合適的單片機(jī)，其

4、內(nèi)部資源應(yīng)可以滿足應(yīng)用需求，則其外部引腳就可源應(yīng)可以滿足應(yīng)用需求，則其外部引腳就可以看作器件總線或內(nèi)總線，實(shí)現(xiàn)與相關(guān)外設(shè)以看作器件總線或內(nèi)總線，實(shí)現(xiàn)與相關(guān)外設(shè)的連接。的連接。u 當(dāng)單片機(jī)資源不足時(shí)，可通過單片機(jī)擴(kuò)展內(nèi)當(dāng)單片機(jī)資源不足時(shí)，可通過單片機(jī)擴(kuò)展內(nèi)部總線，增加相關(guān)資源，這時(shí)內(nèi)總線應(yīng)能適部總線，增加相關(guān)資源，這時(shí)內(nèi)總線應(yīng)能適應(yīng)相關(guān)資源的驅(qū)動(dòng)需求，有必要對單片機(jī)外應(yīng)相關(guān)資源的驅(qū)動(dòng)需求，有必要對單片機(jī)外部引腳信號(hào)進(jìn)行必要處理。部引腳信號(hào)進(jìn)行必要處理。2022-5-235例：給例：給AT89C51單片機(jī)擴(kuò)展單片機(jī)擴(kuò)展RAM EBI總線總線n介紹uEBI總線主要用于處理器與外部存儲(chǔ)器芯片之間進(jìn)行數(shù)

5、據(jù)交換u根據(jù)處理器的不同，數(shù)據(jù)線寬度有8位，16位，32位，64位等u工作速率從0133MHzu傳輸帶寬=位寬X速率，最高可達(dá)8Gbps 外設(shè)外設(shè)外設(shè)外設(shè)外設(shè)外設(shè)外設(shè)外設(shè)外設(shè)外設(shè)外設(shè)外設(shè)外設(shè)外設(shè)外設(shè)內(nèi)存CPU EBI總線總線n接口信號(hào)uEBI總線根據(jù)用途可以分為數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線，數(shù)據(jù)總線用D0,D1,D2來表示，地址總線用A0,A1,A2來表示，控制總線則根據(jù)各個(gè)控制線作用的不同，分別用CS（芯片片選信號(hào)）、CK（時(shí)鐘使能）、WR（寫控制信號(hào)）、OE（輸出使能）等表示u多個(gè)外設(shè)可以共享地址總線和數(shù)據(jù)總線，通過不同的CS信號(hào)線來選擇不同的外設(shè) EBI總線總線n總線時(shí)序u讀操作 EBI

6、總線總線n總線時(shí)序u讀操作 發(fā)起數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹鳈C(jī)首先在總線上發(fā)出地址信息，然后使能nGS，選中某個(gè)外設(shè)，該外設(shè)在EXTCLK（外部時(shí)鐘信號(hào)）的同步下讀取地址信息；之后主機(jī)再將讀使能信號(hào)nOE拉低，產(chǎn)生讀操作信號(hào)，此后外設(shè)就將對應(yīng)地址中的數(shù)據(jù)放在DATA信號(hào)線上，主機(jī)也在EXTCLK的同步下讀取DATA值，從而完成一次讀操作 EBI總線總線n總線時(shí)序u寫操作 EBI總線總線n總線時(shí)序u寫操作 寫操作時(shí)主機(jī)首先將需要寫入數(shù)據(jù)的地址值從ADDR信號(hào)線送出，然后主機(jī)使能nGS，選中某個(gè)外設(shè)，外設(shè)在EXTCLK的同步下讀取該地址信息。主機(jī)再將需要寫入的數(shù)據(jù)放于DATA線上，并使能nWE信號(hào)，外設(shè)在EXTC

7、LK的同步下從DATA線上讀取數(shù)據(jù)值，并寫入到ADDR指定的地址中 2022-5-23123.2.2 標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)總線標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)總線n標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)總線的種類已超過標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)總線的種類已超過100100種種n我們介紹嵌入式系統(tǒng)中常用的幾種我們介紹嵌入式系統(tǒng)中常用的幾種1） STD總線總線nSTDSTD總線是一個(gè)面向工業(yè)控制的總線是一個(gè)面向工業(yè)控制的8 8位總線，目位總線，目前已被升級(jí)到前已被升級(jí)到1616位、位、3232位位n8 8位位STDSTD總線是由總線是由5656條信號(hào)線組成的并行底板條信號(hào)線組成的并行底板總線，它又分為總線，它又分為4 4條小總線，即條小總線，即8 8根雙向數(shù)據(jù)根雙向數(shù)據(jù)線、線、1616根

8、地址線、根地址線、2222根控制線、根控制線、1010根電源線。根電源線。nSTDSTD總線在總線在19871987年被批準(zhǔn)為年被批準(zhǔn)為IEEE961IEEE961標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn) 2022-5-2313STD總線信號(hào)總線信號(hào)2022-5-2314nSTD總線信號(hào)功能總線信號(hào)功能:u 引腳引腳 1-6、53-56：電源及輔助電源：電源及輔助電源u 引腳引腳 7-14：8位數(shù)據(jù)總線位數(shù)據(jù)總線 / 高位地址擴(kuò)展高位地址擴(kuò)展u 引腳引腳 15-30：16位地址總線位地址總線 / 高位數(shù)據(jù)擴(kuò)展高位數(shù)據(jù)擴(kuò)展u 引腳引腳 31-52：控制總線。其中：控制總線。其中：F RD / WR：總線讀：總線讀 / 寫寫F

9、MEMRQ / IORQ ：存儲(chǔ)器請求：存儲(chǔ)器請求 / IO請求請求F BUSRQ / BUSAK：總線請求：總線請求 / 總線響應(yīng)總線響應(yīng)F INTRQ / INTAK：中斷請求：中斷請求 / 中斷響應(yīng)中斷響應(yīng)F SYSRESET / PBRESET： 系統(tǒng)系統(tǒng) / 按鍵復(fù)位按鍵復(fù)位F CLOCK：處理器時(shí)鐘輸出：處理器時(shí)鐘輸出F PCI / PCO：中斷優(yōu)先鏈路輸入：中斷優(yōu)先鏈路輸入 / 輸出輸出2022-5-2315nSTD總線中斷優(yōu)先鏈的使用總線中斷優(yōu)先鏈的使用:u 串行連接串行連接u 優(yōu)先級(jí)由高到低分布優(yōu)先級(jí)由高到低分布u 高優(yōu)先中斷啟動(dòng)時(shí)關(guān)閉后續(xù)中斷鏈高優(yōu)先中斷啟動(dòng)時(shí)關(guān)閉后續(xù)中斷鏈

10、2022-5-2316STD-8031 CUP板nSTD總線的特點(diǎn)：總線的特點(diǎn)：u采用小模板結(jié)構(gòu)采用小模板結(jié)構(gòu), 尺寸為尺寸為165114mmu模塊化的總體設(shè)計(jì)布局模塊化的總體設(shè)計(jì)布局u開放式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)開放式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)u擁有豐富的擁有豐富的I/O功能功能u模板的小尺寸設(shè)計(jì)模板的小尺寸設(shè)計(jì), 減少減少?zèng)_擊和震動(dòng)的影響沖擊和震動(dòng)的影響2022-5-23172） PC機(jī)內(nèi)總線機(jī)內(nèi)總線nPC機(jī)內(nèi)總線經(jīng)歷了機(jī)內(nèi)總線經(jīng)歷了PC/XT、ISA、EISA、PCI、PCI-E的發(fā)展過程的發(fā)展過程n1981年，年，IBM公司開發(fā)的首臺(tái)個(gè)人計(jì)算機(jī)公司開發(fā)的首臺(tái)個(gè)人計(jì)算機(jī)PC/XT采采用的系統(tǒng)總線，是基于用的系統(tǒng)總線

11、，是基于8bit的的8088處理器的，當(dāng)時(shí)處理器的，當(dāng)時(shí)被稱為被稱為PC/XT總線，帶寬總線，帶寬2MB/sn1984年，年，16-bit Intel 80286誕生，總線也相應(yīng)誕生，總線也相應(yīng)地?cái)U(kuò)展為地?cái)U(kuò)展為16bit，并被稱，并被稱呼為呼為PC/AT總線，既后來總線，既后來的的ISA總線總線(工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)：工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)：Industry Standard Architecture )，帶寬，帶寬8MB/s 基于ISA總線的顯卡 2022-5-2318n1988年，年，32-bit外部總線的外部總線的386DX處理器成為主流后，處理器成為主流后，ISA總線標(biāo)準(zhǔn)也被擴(kuò)展到了總線標(biāo)準(zhǔn)也被擴(kuò)展到了

12、32-bit，成為了，成為了EISA（擴(kuò)（擴(kuò)展展ISA，Extended ISA），帶寬），帶寬32MB/s，但由于，但由于EISA成本過高，很快被成本過高，很快被PCI取代。取代?；赑CI總線的顯卡 n1992年，年，PCI總線隨著總線隨著486處理器一起問世，處理器一起問世，問世之初就是一種問世之初就是一種32bit/33MHz（相當(dāng)于（相當(dāng)于帶寬帶寬133MB/s ）的總）的總線標(biāo)準(zhǔn)；在線標(biāo)準(zhǔn)；在1993年被年被升級(jí)為升級(jí)為64bit/66MHz，但直到現(xiàn)在我們使用的但直到現(xiàn)在我們使用的仍是仍是32bit/33MHz的的PCI總線總線 。2022-5-2319n1996年，年，Inte

13、l推出了推出了AGP局部總線規(guī)范，這局部總線規(guī)范，這是專門為顯卡量身打造是專門為顯卡量身打造的一種總線標(biāo)準(zhǔn)，獨(dú)立的一種總線標(biāo)準(zhǔn)，獨(dú)立于于PCI總線?？偩€。nAGP的工作頻率為的工作頻率為66MHz ，1X模式下帶模式下帶寬為寬為266MB/s，是，是PCI總線的兩倍。后來依次總線的兩倍。后來依次又推出了又推出了AGP 2X、AGP 4X、AGP8X，AGP8X帶寬已經(jīng)達(dá)到帶寬已經(jīng)達(dá)到了了2.1GB/s，是，是PCI總總線帶寬的線帶寬的16倍。倍?；贏GP 8X總線的顯卡 AGP與PCI的關(guān)系 2022-5-2320n2002年，年，PCI Express規(guī)范被批準(zhǔn)，并稱之為規(guī)范被批準(zhǔn)，并稱之

14、為第三代第三代I/O總線技術(shù)總線技術(shù) (3rd Generation I/O，3GIO)nPCI Express總線是一種總線是一種點(diǎn)對點(diǎn)串行連接的設(shè)備點(diǎn)對點(diǎn)串行連接的設(shè)備連接方式，這意味著每連接方式，這意味著每一個(gè)一個(gè)PCI Express設(shè)備都設(shè)備都擁有自己獨(dú)立的數(shù)據(jù)連擁有自己獨(dú)立的數(shù)據(jù)連接。接。3GIO連接示意圖n除了除了3D顯示卡以外，直到現(xiàn)在還沒有哪個(gè)計(jì)算機(jī)配顯示卡以外，直到現(xiàn)在還沒有哪個(gè)計(jì)算機(jī)配件脫離件脫離PCI總線的規(guī)范另起爐灶總線的規(guī)范另起爐灶 。但。但PC技術(shù)的快速技術(shù)的快速發(fā)展尤其是最近的千兆網(wǎng)絡(luò)以及視頻應(yīng)用等外設(shè)，會(huì)發(fā)展尤其是最近的千兆網(wǎng)絡(luò)以及視頻應(yīng)用等外設(shè)，會(huì)使使PCI

15、可憐的可憐的133MB/s帶寬難以承受。帶寬難以承受。2022-5-2321n在傳輸速率方面，在傳輸速率方面，PCI Express總線利用串行總線利用串行的連接特點(diǎn)，達(dá)到遠(yuǎn)超的連接特點(diǎn)，達(dá)到遠(yuǎn)超出出PCI總線的傳輸速率?？偩€的傳輸速率。nPCI Express的接口根的接口根據(jù)總線位寬不同而有所據(jù)總線位寬不同而有所差異，包括差異，包括x1、x4、x8以及以及x16 (x2模式專模式專用于內(nèi)部接口而非插槽用于內(nèi)部接口而非插槽模式模式)nPCI Express總線支持總線支持雙向傳輸模式，還可運(yùn)雙向傳輸模式，還可運(yùn)行全雙工模式，而它的行全雙工模式，而它的雙單工連接能提供更高雙單工連接能提供更高的

16、傳輸速率和質(zhì)量的傳輸速率和質(zhì)量 基于PCI Express 16X總線的顯卡 PCI Express的模式模式模式 雙向傳輸模式雙向傳輸模式 數(shù)據(jù)傳輸模式數(shù)據(jù)傳輸模式 PCI Express x1 500MB/s 250MB/s PCI Express x2 1GB/s 500MB/s PCI Express x4 2GB/s 1GB/s PCI Express x8 4GB/s 2GB/s PCI Express x16 8GB/s 4GB/s PCI Express x32 16GB/s 8GB/s 2022-5-2322n目前用于嵌入式系統(tǒng)的目前用于嵌入式系統(tǒng)的PC總線主要是總線主要是P

17、CI和少和少量的量的ISAnPCI總線以其優(yōu)越的電性能獲得了業(yè)界的一致總線以其優(yōu)越的電性能獲得了業(yè)界的一致認(rèn)可，同時(shí)利用認(rèn)可，同時(shí)利用PCI總線的電性能，結(jié)合不同總線的電性能，結(jié)合不同的機(jī)械結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生了各種各樣的總線：的機(jī)械結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生了各種各樣的總線：u Compact PCI簡稱簡稱CPCI，中文稱緊湊型，中文稱緊湊型PCI，將，將PCI總線與歐規(guī)卡的機(jī)械結(jié)構(gòu)相結(jié)合，支持熱插拔總線與歐規(guī)卡的機(jī)械結(jié)構(gòu)相結(jié)合，支持熱插拔(Hot Swap)、后走線、后走線(Rear IO)，在電信、軍工、，在電信、軍工、交通等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。交通等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。 u PXI總線：在總線：在CPCI基礎(chǔ)

18、上加入同步時(shí)鐘、觸發(fā)等基礎(chǔ)上加入同步時(shí)鐘、觸發(fā)等測量專用信號(hào)，在測量、控制領(lǐng)域應(yīng)用。測量專用信號(hào)，在測量、控制領(lǐng)域應(yīng)用。u PMC總線：配合總線：配合CPCI總線在電信行業(yè)中使用。總線在電信行業(yè)中使用。 2022-5-2323CPU存儲(chǔ)控制器存儲(chǔ)器PCI橋標(biāo)準(zhǔn)總線橋設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)總線 ISA 設(shè)備設(shè)備設(shè)備PCI 總線PCI總線的結(jié)構(gòu)總線的結(jié)構(gòu)2022-5-2324C/BE(30)AD(6332)C/BE(74)AD（310）PCI總線信號(hào)定義總線信號(hào)定義n必要引腳必要引腳49條條 n目標(biāo)設(shè)備目標(biāo)設(shè)備引腳引腳47條條 n可選引腳可選引腳51條（主條（主要用于要用于64位擴(kuò)展、位擴(kuò)展、中斷請求、中斷請求

19、、高速緩存高速緩存支持等）支持等）n總引腳數(shù)總引腳數(shù)120條條（包含電（包含電源、地、源、地、保留引腳保留引腳等等）等等） 2022-5-2325PCI總線信號(hào)時(shí)序總線信號(hào)時(shí)序2022-5-23263） 其他標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)總線其他標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)總線nVME（VersaModule Eurocard）總線是一）總線是一種通用的計(jì)算機(jī)總線，結(jié)合了種通用的計(jì)算機(jī)總線，結(jié)合了Motorola公司公司Versa總線的電氣標(biāo)準(zhǔn)和在歐洲建立的總線的電氣標(biāo)準(zhǔn)和在歐洲建立的Eurocard標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)械形狀因子，是一種開放標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)械形狀因子，是一種開放式架構(gòu)，圍繞其開發(fā)的產(chǎn)品遍及了工業(yè)控制、式架構(gòu)，圍繞其開發(fā)的產(chǎn)品遍及了工業(yè)控制、

20、軍用系統(tǒng)、航空航天、交通運(yùn)輸和醫(yī)療等領(lǐng)軍用系統(tǒng)、航空航天、交通運(yùn)輸和醫(yī)療等領(lǐng)域。域。 nVXI (VMEbus eXtension for Instrumentation)總線是總線是VME計(jì)算機(jī)總線在計(jì)算機(jī)總線在儀器領(lǐng)域中的擴(kuò)展儀器領(lǐng)域中的擴(kuò)展,由由HP等公司提出等公司提出,1992年年成為成為IEEE1155標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)。2022-5-23273.3 外總線外總線n標(biāo)準(zhǔn)外總線的種類也有近百種標(biāo)準(zhǔn)外總線的種類也有近百種n我們介紹嵌入式系統(tǒng)中常用的幾種我們介紹嵌入式系統(tǒng)中常用的幾種3.3.1 RS-232Cn異步串行通信接口，由異步串行通信接口，由EIAEIA（美國電子工業(yè)協(xié)會(huì)）發(fā)布（美國電子工

21、業(yè)協(xié)會(huì)）發(fā)布n全雙工（同時(shí)收發(fā)），傳輸距離最大約為全雙工（同時(shí)收發(fā)），傳輸距離最大約為15M15Mn電氣特性：電氣特性：u 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)“0”0”（“空號(hào)空號(hào)” ” spacespace）+3 - +15V+3 - +15Vu 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)“1”1”（“傳號(hào)傳號(hào)” ” markmark） -3 - -15V-3 - -15Vu 噪聲容限：噪聲容限：+/-+/-（3 - 53 - 5）V V2022-5-23289 9腳腳 RS-232C RS-232C 接口定義接口定義n通常使用數(shù)據(jù)接收（通常使用數(shù)據(jù)接收（2 2腳）、數(shù)據(jù)發(fā)送（腳）、數(shù)據(jù)發(fā)送（3 3腳）和信腳）和信號(hào)地（號(hào)地（5 5腳）即可構(gòu)成最簡單

22、的串行通信線路。腳）即可構(gòu)成最簡單的串行通信線路。2022-5-2329UART 與與 RS-232Cn通用異步收發(fā)通用異步收發(fā) UART（Universal Asynchronous Receiver and Transmitter）通常是單片機(jī)的一個(gè)部件）通常是單片機(jī)的一個(gè)部件nUART提供異步串行通信接口，它使用邏輯電平標(biāo)準(zhǔn)提供異步串行通信接口，它使用邏輯電平標(biāo)準(zhǔn) (如：如：TTL電平電平) ，通過電平轉(zhuǎn)換即可構(gòu)成，通過電平轉(zhuǎn)換即可構(gòu)成RS-232C接口接口n常用電平轉(zhuǎn)換器件：常用電平轉(zhuǎn)換器件：MC1488、MC1489、MAX2322022-5-2330異步串行通信的幾個(gè)關(guān)鍵參數(shù)異步串

23、行通信的幾個(gè)關(guān)鍵參數(shù)n 波特率（波特率（baud rate）：）：19200、9600、4800、 n 起始位：起始位： 1n 數(shù)據(jù)位：數(shù)據(jù)位： 5、6、7、8n 停止位：停止位： 1、1.5、2n 校驗(yàn)方式、校驗(yàn)位：校驗(yàn)方式、校驗(yàn)位：NULL、ODD、EVEN2022-5-23313.3.2 RS-485、RS-422nRS-485RS-485、RS-422 RS-422 接口標(biāo)準(zhǔn)是對接口標(biāo)準(zhǔn)是對 RS-232C RS-232C 在性能上在性能上的增強(qiáng)改進(jìn)，通信時(shí)序與的增強(qiáng)改進(jìn)，通信時(shí)序與 RS-232C RS-232C 相同。相同。 nRS-485RS-485、RS-422 RS-422

24、最大的通信距離約為最大的通信距離約為1200M1200M，最大，最大傳輸速率為傳輸速率為10Mb/S 10Mb/S （10M bps10M bps）nRS-485 RS-485 半雙工，半雙工，1 1組雙絞線組雙絞線2 2線傳輸（較常用）線傳輸（較常用）nRS-422 RS-422 全雙工，全雙工，2 2組雙絞線組雙絞線4 4線傳輸線傳輸nRS-485RS-485、RS-422 RS-422 支持多點(diǎn)數(shù)據(jù)通信。其總線網(wǎng)絡(luò)支持多點(diǎn)數(shù)據(jù)通信。其總線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟话悴捎媒K端匹配的總線型結(jié)構(gòu)，不支持環(huán)形拓?fù)湟话悴捎媒K端匹配的總線型結(jié)構(gòu)，不支持環(huán)形或星型網(wǎng)絡(luò)?；蛐切途W(wǎng)絡(luò)。nRS-485RS-485、RS-4

25、22 RS-422 總線一般最大支持總線一般最大支持3232個(gè)節(jié)點(diǎn)，如個(gè)節(jié)點(diǎn)，如果使用特制的果使用特制的485485芯片，可以達(dá)到芯片，可以達(dá)到128128個(gè)或個(gè)或256256個(gè)節(jié)個(gè)節(jié)點(diǎn)。點(diǎn)。 2022-5-2332RS-485、RS-422 電平轉(zhuǎn)換電平轉(zhuǎn)換nRS-485RS-485、RS-422 RS-422 采用平衡發(fā)送和差分接收方式實(shí)現(xiàn)通采用平衡發(fā)送和差分接收方式實(shí)現(xiàn)通信：發(fā)送端將串行口的信：發(fā)送端將串行口的TTLTTL電平信號(hào)轉(zhuǎn)換成差分信號(hào)分電平信號(hào)轉(zhuǎn)換成差分信號(hào)分A,BA,B兩路輸出，經(jīng)過線纜傳輸之后在接收端將差分信號(hào)兩路輸出，經(jīng)過線纜傳輸之后在接收端將差分信號(hào)還原成還原成TTLT

26、TL電平信號(hào)。電平信號(hào)。n常用電平轉(zhuǎn)換器件：常用電平轉(zhuǎn)換器件：DS3695、DS3696 (RS-485收發(fā)器收發(fā)器)2022-5-23333.3.3 USBn通用串行總線通用串行總線 USB（Universal Serial Bus）nUSB是在是在1994年底由年底由Intel、IBM、Microsoft等多家等多家公司聯(lián)合提出的。不過直到近期，它才得到廣泛地應(yīng)公司聯(lián)合提出的。不過直到近期，它才得到廣泛地應(yīng)用。用。1994年發(fā)表了年發(fā)表了USB V0.7版本以后，版本以后，USB目前的目前的實(shí)用版本為實(shí)用版本為V1.1和和V2.0n傳輸速率：傳輸速率：USB1.1 12Mb/s；USB2.

27、0 480Mb/sn支持熱插拔和即插即用支持熱插拔和即插即用n在同一線上支持同步、異步兩種傳輸模式在同一線上支持同步、異步兩種傳輸模式n支持對多個(gè)設(shè)備的同時(shí)操作支持對多個(gè)設(shè)備的同時(shí)操作n最多可以連接最多可以連接127個(gè)外部設(shè)備個(gè)外部設(shè)備2022-5-2334USB 體系結(jié)構(gòu)體系結(jié)構(gòu)nUSB采用多級(jí)星型網(wǎng)絡(luò)把所有的外設(shè)連接起來采用多級(jí)星型網(wǎng)絡(luò)把所有的外設(shè)連接起來 圖31 總線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) USB總線總線n邏輯拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 在物理結(jié)構(gòu)上，主機(jī)是通過集線器與各個(gè)邏輯設(shè)備通信的，但是在邏輯結(jié)構(gòu)上，主機(jī)還是直接與各個(gè)邏輯設(shè)備通信，就好像它們是直接被連到主機(jī)上一樣。2022-5-2336nUSB體系結(jié)構(gòu)中包括三

28、種設(shè)備：體系結(jié)構(gòu)中包括三種設(shè)備：u Host：USB主控制器主控制器u Device：USB設(shè)備（外部設(shè)備）設(shè)備（外部設(shè)備）u HUB：USB集線器（也是外部設(shè)備）集線器（也是外部設(shè)備）nUSB通信采用主從結(jié)構(gòu)通信采用主從結(jié)構(gòu)u 只有只有 Host 能夠與能夠與 Device 通信通信u 2個(gè)個(gè) Host 或或 2個(gè)個(gè) Device 之間不能通信之間不能通信n通過通過 HUB 的擴(kuò)展，的擴(kuò)展，Host 可以與多個(gè)可以與多個(gè) Device 相連相連n每個(gè)每個(gè)USB 系統(tǒng)有且只有一個(gè)系統(tǒng)有且只有一個(gè) Host，它負(fù)責(zé)管理整個(gè)它負(fù)責(zé)管理整個(gè)USB 系統(tǒng)，包括系統(tǒng)，包括 Device 的連接與刪除、的

29、連接與刪除、Host 與與 Device 的通信、的通信、 USB 線路的控制等。線路的控制等。nHost 端有一個(gè)端有一個(gè) Root Hub 可提供一個(gè)或多個(gè)可提供一個(gè)或多個(gè)USB下行下行端口，每個(gè)端口可以連接一個(gè)端口，每個(gè)端口可以連接一個(gè)USB Hub或一個(gè)或一個(gè)USB Device 。 USB總線數(shù)據(jù)流總線數(shù)據(jù)流2022-5-2338USB 電纜電纜nUSB使用四線的電纜使用四線的電纜 ，兩根線是用于發(fā)送信號(hào)，另，兩根線是用于發(fā)送信號(hào)，另兩根線提供端口供電。兩根線提供端口供電。VBUS使用使用+5V電源。電源。 n完全依靠電纜提供能源的設(shè)備稱作完全依靠電纜提供能源的設(shè)備稱作“總線供能總線

30、供能”設(shè)備設(shè)備 n可選擇能源來源的設(shè)備稱作可選擇能源來源的設(shè)備稱作“自供電自供電”設(shè)備設(shè)備 n集線器也可由與之相連的集線器也可由與之相連的USB電纜提供電源，稱為電纜提供電源，稱為“總線供能總線供能”集線器。集線器。 2022-5-2339USB 通信通信nHost與與Device之間的數(shù)據(jù)通信可以分為兩個(gè)階段：之間的數(shù)據(jù)通信可以分為兩個(gè)階段：u 通信建立階段：設(shè)備在收到主機(jī)的請求后發(fā)送設(shè)備通信建立階段：設(shè)備在收到主機(jī)的請求后發(fā)送設(shè)備描述符等信息以便主機(jī)對設(shè)備進(jìn)行識(shí)別和設(shè)置。描述符等信息以便主機(jī)對設(shè)備進(jìn)行識(shí)別和設(shè)置。u 數(shù)據(jù)通信階段：主機(jī)與設(shè)備之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。數(shù)據(jù)通信階段：主機(jī)與設(shè)備之間進(jìn)行

31、數(shù)據(jù)交換。nUSB有四種的傳輸方式：控制有四種的傳輸方式：控制 (Control)、同步、同步 (isochronous)、中斷、中斷 (interrupt)、大量、大量 (bulk)u 控制是雙向傳輸，主要是控制是雙向傳輸，主要是USB系統(tǒng)軟件用來進(jìn)行查系統(tǒng)軟件用來進(jìn)行查詢配置和給詢配置和給USB設(shè)備發(fā)送通用的命令設(shè)備發(fā)送通用的命令u 同步提供了確定的帶寬和間隔時(shí)間，它被用于時(shí)間同步提供了確定的帶寬和間隔時(shí)間，它被用于時(shí)間要求嚴(yán)格或要求恒定的數(shù)據(jù)傳輸率的即時(shí)應(yīng)用中。要求嚴(yán)格或要求恒定的數(shù)據(jù)傳輸率的即時(shí)應(yīng)用中。u 中斷主要用于定時(shí)查詢設(shè)備是否有中斷數(shù)據(jù)要傳輸中斷主要用于定時(shí)查詢設(shè)備是否有中斷數(shù)

32、據(jù)要傳輸u 大量主要應(yīng)用在大批數(shù)據(jù)傳輸和接受上，同時(shí)又沒大量主要應(yīng)用在大批數(shù)據(jù)傳輸和接受上，同時(shí)又沒有帶寬和間隔時(shí)間要求的情況下。有帶寬和間隔時(shí)間要求的情況下。2022-5-23403.3.4 IEEE 1394 nIEEE 1394的前身于的前身于1986年由蘋果公司所草擬，蘋果公年由蘋果公司所草擬，蘋果公司稱之為火線司稱之為火線 FireWire nIEEE 1394是為了增強(qiáng)外部多媒體設(shè)備與電腦連接性能是為了增強(qiáng)外部多媒體設(shè)備與電腦連接性能而設(shè)計(jì)的高速串行總線，傳輸速率達(dá)到而設(shè)計(jì)的高速串行總線，傳輸速率達(dá)到400Mbps，最，最新標(biāo)準(zhǔn)新標(biāo)準(zhǔn)IEEE 1394b達(dá)達(dá)3.2GbpsnIEEE

33、 1394具有兩種數(shù)據(jù)傳輸模式：同步具有兩種數(shù)據(jù)傳輸模式：同步(Isochronous)傳輸與非同步傳輸與非同步(Asynchronous)傳輸傳輸 nIEEE 1394支持熱插拔支持熱插拔nIEEE 1394使用六根銅導(dǎo)線，其中使用六根銅導(dǎo)線，其中2條用于設(shè)備供電，條用于設(shè)備供電，另外另外4條用于數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸條用于數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸 。nIEEE 1394典型連接設(shè)備如攝像機(jī)、音響設(shè)備、高速硬典型連接設(shè)備如攝像機(jī)、音響設(shè)備、高速硬盤等，目前面臨被盤等，目前面臨被USB取代的可能。取代的可能。2022-5-23413.3.5 并行接口（打印機(jī)接口）并行接口（打印機(jī)接口）nPCPC標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn) CENTR

34、ONNIC CENTRONNIC 并行打印總線并行打印總線u 3636條信號(hào)線，也可簡化到條信號(hào)線，也可簡化到2525線線u 主要信號(hào)線為：主要信號(hào)線為：F D0D7 D0D7 數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線F /STB /STB 數(shù)據(jù)選通數(shù)據(jù)選通F BUSY BUSY 打印機(jī)忙打印機(jī)忙F /ACK /ACK 打印完成打印完成n串行接口打印機(jī)：使用串行接口打印機(jī)：使用RS-232CRS-232C標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)nUSBUSB接口打印機(jī)：使用接口打印機(jī)：使用 USB USB 設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議u 目前打印機(jī)連接的主流方式目前打印機(jī)連接的主流方式2022-5-23423.3.6 其他標(biāo)準(zhǔn)外總線其他標(biāo)準(zhǔn)外總線nSCSI

35、 (Small Computer System Interface)總線的原型是美國總線的原型是美國Shugart公司推出的公司推出的,1986年成為美國國家標(biāo)準(zhǔn)年成為美國國家標(biāo)準(zhǔn)ANSI X3.131, 現(xiàn)已普遍現(xiàn)已普遍用作計(jì)算機(jī)的高速外設(shè)總線用作計(jì)算機(jī)的高速外設(shè)總線,如連接高速硬盤如連接高速硬盤驅(qū)動(dòng)器。驅(qū)動(dòng)器。 nMIL-STD-1553B航空數(shù)據(jù)總線，總線原本是航空數(shù)據(jù)總線，總線原本是美軍航空電子綜合系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)總線，首先使美軍航空電子綜合系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)總線，首先使用在美國空軍用在美國空軍F-16 戰(zhàn)斗機(jī)和攻擊直升機(jī)阿帕戰(zhàn)斗機(jī)和攻擊直升機(jī)阿帕奇奇AH-64A。國內(nèi)對其進(jìn)行了跟蹤研究，制定。國內(nèi)

36、對其進(jìn)行了跟蹤研究，制定了相應(yīng)的國軍標(biāo)了相應(yīng)的國軍標(biāo)GJB289A，并已應(yīng)用于國產(chǎn)，并已應(yīng)用于國產(chǎn)先進(jìn)戰(zhàn)斗機(jī)中。先進(jìn)戰(zhàn)斗機(jī)中。2022-5-2343n現(xiàn)場總線：現(xiàn)場總線是一種數(shù)字化、雙向、現(xiàn)場總線：現(xiàn)場總線是一種數(shù)字化、雙向、開放式、多點(diǎn)通信系統(tǒng)，是一種過程控制系開放式、多點(diǎn)通信系統(tǒng)，是一種過程控制系統(tǒng)中的常用總線；系統(tǒng)中的變送器、傳感器、統(tǒng)中的常用總線；系統(tǒng)中的變送器、傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、控制裝置相互之間或與監(jiān)控設(shè)備執(zhí)行機(jī)構(gòu)、控制裝置相互之間或與監(jiān)控設(shè)備間能夠?qū)崿F(xiàn)雙向多參數(shù)的數(shù)字通信。間能夠?qū)崿F(xiàn)雙向多參數(shù)的數(shù)字通信。 n現(xiàn)場總線也有許多標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場總線也有許多標(biāo)準(zhǔn)u 基金會(huì)現(xiàn)場總線基金會(huì)現(xiàn)場總線F

37、F (foundation fieldbus)u 德國西門子的德國西門子的Profibusu 美國美國Echelon公司的公司的Lon worksu 德國德國Bosch公司的公司的CANBUSu 瑞士的瑞士的Duplineu n CAN總線總線CAN是控制器局域網(wǎng)絡(luò)(Controller Area Network, CAN)的簡稱，是由研發(fā)和生產(chǎn)汽車電子產(chǎn)品著稱的德國BOSCH公司開發(fā)，并最終成為國際標(biāo)準(zhǔn)（ISO11898）。是國際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場總線之一。CAN總線幀格式總線幀格式 CAN總線速度總線速度CAN總線根據(jù)其傳輸速率的不同，是分級(jí)的。不同的應(yīng)用由于數(shù)據(jù)傳輸量、傳輸性能的要求不一

38、樣，則可以采用不同級(jí)別的CAN網(wǎng)絡(luò)。CAN總線應(yīng)用舉例總線應(yīng)用舉例 2022-5-23483.4 器件總線器件總線n器件總線主要由設(shè)計(jì)者自定義，但也有許多器件總線主要由設(shè)計(jì)者自定義，但也有許多標(biāo)準(zhǔn)的器件總線。標(biāo)準(zhǔn)的器件總線。n我們介紹嵌入式系統(tǒng)中常用的幾種我們介紹嵌入式系統(tǒng)中常用的幾種3.4.1 I2CnI2CI2C（InterInter - - Integrated CircuitIntegrated Circuit）總線）總線是由是由PhilipsPhilips公司推出的一種芯片間的串行公司推出的一種芯片間的串行通信總線，廣泛應(yīng)用于單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)中。通信總線，廣泛應(yīng)用于單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)中

39、。2022-5-2349nI2C總線最主要的優(yōu)點(diǎn)是其簡單和有效性總線最主要的優(yōu)點(diǎn)是其簡單和有效性 nI2C總線的標(biāo)準(zhǔn)傳輸速度是總線的標(biāo)準(zhǔn)傳輸速度是100Kb/s，最大長度，最大長度25英尺，并且能夠支持英尺，并且能夠支持40個(gè)具有獨(dú)立地址的組件。個(gè)具有獨(dú)立地址的組件。nI2C 總線是一種多主機(jī)的總線，可以連接多個(gè)能控總線是一種多主機(jī)的總線，可以連接多個(gè)能控制總線的器件，但同一時(shí)刻只能有一個(gè)器件控制總制總線的器件，但同一時(shí)刻只能有一個(gè)器件控制總線而成為主機(jī)。線而成為主機(jī)。nI2C由雙向通訊的兩芯線路為集成電路之間提供有由雙向通訊的兩芯線路為集成電路之間提供有效的控制效的控制u 一條用來傳輸時(shí)鐘一

40、條用來傳輸時(shí)鐘u 一條用來傳輸數(shù)據(jù)一條用來傳輸數(shù)據(jù)2022-5-2350nI2C總線器件的輸出級(jí)必須是集電極或漏極開路總線器件的輸出級(jí)必須是集電極或漏極開路的的，線上各個(gè)節(jié)點(diǎn)可在系統(tǒng)帶電情況下接入或撤出。線上各個(gè)節(jié)點(diǎn)可在系統(tǒng)帶電情況下接入或撤出。nI2C通過帶有緩沖區(qū)的接口發(fā)送或接收數(shù)據(jù)，控制和通過帶有緩沖區(qū)的接口發(fā)送或接收數(shù)據(jù)，控制和狀態(tài)信息則通過一套內(nèi)存映射寄存器來傳送狀態(tài)信息則通過一套內(nèi)存映射寄存器來傳送n主機(jī)啟動(dòng)開始信號(hào)以后，發(fā)送一個(gè)尋址字節(jié)，該字主機(jī)啟動(dòng)開始信號(hào)以后，發(fā)送一個(gè)尋址字節(jié)，該字節(jié)的高節(jié)的高7 位為從機(jī)地址，最低位位為從機(jī)地址，最低位(LSB)為數(shù)據(jù)方向位，為數(shù)據(jù)方向位，“

41、0”表示寫，表示寫，“1”表示讀。表示讀。n地址匹配的組件響應(yīng)，并準(zhǔn)備數(shù)據(jù)收發(fā)地址匹配的組件響應(yīng)，并準(zhǔn)備數(shù)據(jù)收發(fā)I2C總線總線n總線工作原理u總線協(xié)議 F總線上每次傳送開始時(shí)有起始信號(hào)，結(jié)束時(shí)有?？偩€上每次傳送開始時(shí)有起始信號(hào)，結(jié)束時(shí)有停止信號(hào)止信號(hào) F啟動(dòng)總線后第一個(gè)字節(jié)啟動(dòng)總線后第一個(gè)字節(jié)(命令字節(jié)命令字節(jié))的高的高7位是從位是從器件的尋址地址，其中最高器件的尋址地址，其中最高4位為器件類型識(shí)別位為器件類型識(shí)別碼，接著的碼，接著的3位為器件地址，第位為方向位位為器件地址，第位為方向位（“”表示寫操作，表示寫操作，“”表示讀操作表示讀操作)I2C總線總線n總線工作原理u總線協(xié)議 F地址字節(jié)后

42、面的字節(jié)為傳輸?shù)臄?shù)據(jù)地址字節(jié)后面的字節(jié)為傳輸?shù)臄?shù)據(jù),數(shù)據(jù)字節(jié)可數(shù)據(jù)字節(jié)可以是以是1n個(gè)個(gè) 2022-5-2353nI2C 總線數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，每個(gè)數(shù)據(jù)位必須有一個(gè)時(shí)鐘脈沖總線數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，每個(gè)數(shù)據(jù)位必須有一個(gè)時(shí)鐘脈沖I2C 時(shí)序時(shí)序nI2C 總線空閑時(shí)，總線空閑時(shí)，SDA 和和SCL 都保持高電平，開始信號(hào)都保持高電平，開始信號(hào)(S)和結(jié)束信號(hào)和結(jié)束信號(hào)(P)由主機(jī)產(chǎn)生由主機(jī)產(chǎn)生u 開始信號(hào)：開始信號(hào)：SCL 為高電平時(shí)，為高電平時(shí)，SDA 由高電平向低電平由高電平向低電平跳變，開始傳送數(shù)據(jù)。跳變，開始傳送數(shù)據(jù)。u 結(jié)束信號(hào)：結(jié)束信號(hào)：SCL 為高電平時(shí)，為高電平時(shí)，SDA 由低電平向高電平由低電平

43、向高電平跳變，結(jié)束傳送數(shù)據(jù)。跳變，結(jié)束傳送數(shù)據(jù)。2022-5-2354I2C 總線連接總線連接標(biāo)準(zhǔn)模式組件連接到標(biāo)準(zhǔn)模式組件連接到 I2C 總線總線2022-5-23553.4.2 SPInSPI（Serial Peripheral interface）串行外）串行外圍設(shè)備接口，由圍設(shè)備接口，由Motorola推出推出n是一種高速、全雙工、同步串行通信總線是一種高速、全雙工、同步串行通信總線 nSPI 有有 3Mbit/s 的速率的速率 nSPI 協(xié)議要求接口設(shè)備按主協(xié)議要求接口設(shè)備按主-從方式進(jìn)行配置，從方式進(jìn)行配置，同一時(shí)間內(nèi)總線上只能有一個(gè)主器件同一時(shí)間內(nèi)總線上只能有一個(gè)主器件nSPI

44、總線可以配置成單主單從，單主多從，總線可以配置成單主單從，單主多從，互為主從互為主從 nSPI 接口主要應(yīng)用在接口主要應(yīng)用在EEPROM、FLASH、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、AD、DSP等器件之間等器件之間 2022-5-2356n實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)SPI接口需要接口需要34根線根線u 同步時(shí)鐘同步時(shí)鐘(SCK) 線用于同步主器件和從器件之線用于同步主器件和從器件之間在間在MISO和和MOSI線上的串行數(shù)據(jù)傳輸，該數(shù)據(jù)線上的串行數(shù)據(jù)傳輸，該數(shù)據(jù)由主器件輸出并決定其傳輸速率；由主器件輸出并決定其傳輸速率；u 主輸出主輸出/從輸入從輸入(MOSI) 線，用于主器件的輸出和線，用于主器件的輸出和從器件的輸入；從器

45、件的輸入；u 主輸入主輸入/從輸出從輸出(MISO) 線，用于主器件的輸入和線，用于主器件的輸入和從器件的輸出；從器件的輸出；u 從選擇從選擇(NSS) 線線(可選可選)，當(dāng)，當(dāng)SPI工作在工作在3線方式時(shí)，線方式時(shí)，NSS被禁止，而當(dāng)其工作在被禁止，而當(dāng)其工作在4線方式時(shí)，線方式時(shí)，NSS用用于使能從器件。于使能從器件。2022-5-2357n依據(jù)依據(jù)MOSI及及MISO上的數(shù)據(jù)在上的數(shù)據(jù)在SCK的哪種極的哪種極性和相位上有效，性和相位上有效，SPI可分為四種工作模式可分為四種工作模式SPI 工作時(shí)序圖2022-5-2358SPI 總線連接總線連接nSPI 接口的內(nèi)部硬件實(shí)際上是兩個(gè)移位寄存

46、器，傳輸接口的內(nèi)部硬件實(shí)際上是兩個(gè)移位寄存器，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)為的數(shù)據(jù)為8位，在主器件產(chǎn)生的使能信號(hào)和移位脈沖控位，在主器件產(chǎn)生的使能信號(hào)和移位脈沖控制下，按位循環(huán)傳輸，高位在前，低位在后。制下，按位循環(huán)傳輸，高位在前，低位在后。SCK的的每個(gè)脈沖周期完成每個(gè)脈沖周期完成1位數(shù)據(jù)向?qū)Ψ郊拇嫫鞯囊莆徊僮?，位?shù)據(jù)向?qū)Ψ郊拇嫫鞯囊莆徊僮鳎?個(gè)脈沖周期完成一字節(jié)交換。個(gè)脈沖周期完成一字節(jié)交換。典型典型 SPI 總線連接總線連接(單主多從單主多從)SPI接口內(nèi)部硬件圖示接口內(nèi)部硬件圖示 8-bitShift Register8-bitShift RegisterSPI ClockGeneratorMASTER

47、SLAVEMOSIMISOSCK2022-5-2359n總線競爭情況下無法傳送數(shù)據(jù)，必須通過適當(dāng)總線競爭情況下無法傳送數(shù)據(jù)，必須通過適當(dāng)?shù)目偩€控制邏輯避免總線競爭。的總線控制邏輯避免總線競爭。n硬件上總線驅(qū)動(dòng)要使用三態(tài)門或集電極、漏極硬件上總線驅(qū)動(dòng)要使用三態(tài)門或集電極、漏極開路門（開路門（OCOC門），必要時(shí)增加總線仲裁邏輯。門），必要時(shí)增加總線仲裁邏輯。n軟件上必須對可能發(fā)生的總線競爭進(jìn)行檢測、軟件上必須對可能發(fā)生的總線競爭進(jìn)行檢測、仲裁和處理，實(shí)現(xiàn)總線的分時(shí)使用。仲裁和處理，實(shí)現(xiàn)總線的分時(shí)使用。3.5 總線驅(qū)動(dòng)與控制總線驅(qū)動(dòng)與控制n總線驅(qū)動(dòng)與控制涉及器件總線、內(nèi)總線和外總線總線驅(qū)動(dòng)與控制涉

48、及器件總線、內(nèi)總線和外總線3.5.1 總線競爭總線競爭n總線競爭指總線競爭指2 2個(gè)以上設(shè)備同時(shí)個(gè)以上設(shè)備同時(shí)驅(qū)動(dòng)總線發(fā)送數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)總線發(fā)送數(shù)據(jù)2022-5-23603.5.2 負(fù)載計(jì)算負(fù)載計(jì)算n在計(jì)算機(jī)中，某一芯片的負(fù)載驅(qū)動(dòng)能力，也就是在計(jì)算機(jī)中，某一芯片的負(fù)載驅(qū)動(dòng)能力，也就是它能在規(guī)定的性能下供給下一級(jí)的電流它能在規(guī)定的性能下供給下一級(jí)的電流( (或是吸或是吸收下級(jí)電流收下級(jí)電流) )的能力及允許在其輸出端所接的等的能力及允許在其輸出端所接的等效電容的能力。效電容的能力。u 前者是下級(jí)電路對驅(qū)動(dòng)器的直流負(fù)載前者是下級(jí)電路對驅(qū)動(dòng)器的直流負(fù)載u 后者是下級(jí)電路對驅(qū)動(dòng)器的交流負(fù)載后者是下級(jí)電路對驅(qū)

49、動(dòng)器的交流負(fù)載u 某一芯片所能連接的下級(jí)電路輸入管腳數(shù)稱為該某一芯片所能連接的下級(jí)電路輸入管腳數(shù)稱為該芯片的扇出系數(shù)芯片的扇出系數(shù)n嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)，特別是總線設(shè)計(jì)中，必須考慮嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)，特別是總線設(shè)計(jì)中，必須考慮器件的負(fù)載問題，以確定驅(qū)動(dòng)的需求。器件的負(fù)載問題，以確定驅(qū)動(dòng)的需求。2022-5-2361回顧一：數(shù)字電路之回顧一：數(shù)字電路之IC器件的電氣參數(shù)器件的電氣參數(shù)nV(IH): V(IH): 高電平輸入電壓高電平輸入電壓( (一般是一個(gè)有效范圍一般是一個(gè)有效范圍) )nV(IL): V(IL): 低電平輸入電壓低電平輸入電壓( (一般是一個(gè)有效范圍一般是一個(gè)有效范圍) )nV(OH):

50、 V(OH): 高電平輸出電壓高電平輸出電壓( (一般與一般與VCCVCC相關(guān)相關(guān)) )nV(OL): V(OL): 低電平輸出電壓低電平輸出電壓( (由輸出晶體管確定由輸出晶體管確定) )nI(IH): I(IH): 高電平輸入電流高電平輸入電流( (流入器件流入器件) )nI(IL): I(IL): 低電平輸入電流低電平輸入電流( (由器件流出由器件流出) )nI(OH): I(OH): 高電平輸出電流高電平輸出電流( (由器件流出由器件流出, ,驅(qū)動(dòng)電流驅(qū)動(dòng)電流) )nI(OL): I(OL): 低電平輸出電流低電平輸出電流( (流入器件流入器件, ,灌電流灌電流) )nC(P): C(

51、P): 輸出端最大允許電容負(fù)載輸出端最大允許電容負(fù)載( (交流負(fù)載能力交流負(fù)載能力) )nC(I): C(I): 輸入端電容輸入端電容( (一般為輸入端寄生電容一般為輸入端寄生電容) )2022-5-2362回顧二：數(shù)字電路之回顧二：數(shù)字電路之IC器件的電氣特性器件的電氣特性2022-5-2363直流、交流負(fù)載的計(jì)算依據(jù)直流、交流負(fù)載的計(jì)算依據(jù)n輸入端負(fù)載電流、電容的統(tǒng)計(jì)應(yīng)計(jì)算輸入端數(shù)，輸入端負(fù)載電流、電容的統(tǒng)計(jì)應(yīng)計(jì)算輸入端數(shù)，而不是負(fù)載門數(shù)。因?yàn)橛锌赡芤粋€(gè)負(fù)載門上的多而不是負(fù)載門數(shù)。因?yàn)橛锌赡芤粋€(gè)負(fù)載門上的多個(gè)輸入端均被連接在一個(gè)輸出信號(hào)上。個(gè)輸入端均被連接在一個(gè)輸出信號(hào)上。2022-5-2

52、3641） 直流負(fù)載直流負(fù)載n當(dāng)驅(qū)動(dòng)門為高電平時(shí)，驅(qū)動(dòng)門的高電平輸出電流當(dāng)驅(qū)動(dòng)門為高電平時(shí)，驅(qū)動(dòng)門的高電平輸出電流I(OH)應(yīng)應(yīng)大于所有負(fù)載輸入端所需要的高電平輸入電流大于所有負(fù)載輸入端所需要的高電平輸入電流I(IH)之和。之和。n當(dāng)驅(qū)動(dòng)門為低電平時(shí)，驅(qū)動(dòng)門的低電平輸出電流當(dāng)驅(qū)動(dòng)門為低電平時(shí)，驅(qū)動(dòng)門的低電平輸出電流I(OL)(實(shí)實(shí)際是負(fù)載的灌電流際是負(fù)載的灌電流)應(yīng)大于所有負(fù)載輸入端的低電平輸入應(yīng)大于所有負(fù)載輸入端的低電平輸入電流電流I(IL)(實(shí)際是負(fù)載門的漏電流實(shí)際是負(fù)載門的漏電流)之和。之和。NmIHmOHII1為負(fù)載輸入端總數(shù)個(gè)負(fù)載輸入端的為第其中：NImIIHIHmNmILmOLII1為負(fù)載輸入端總數(shù)個(gè)負(fù)載輸入端的為第其中：NImIILILm2022-5-23652） 交流負(fù)載交流負(fù)載n就目前嵌入式應(yīng)用來說，通常系統(tǒng)頻率不是很高，一般只就目前嵌入式應(yīng)用來說，通常系統(tǒng)頻率不是很高，一般只考慮電容的影響。因?yàn)殡娙莸拇嬖诳墒姑}沖信號(hào)產(chǎn)生延時(shí)，考慮電容的影響。因?yàn)殡娙莸拇嬖诳墒姑}沖信號(hào)產(chǎn)生延時(shí)，邊沿變壞。邊沿變壞。n許多電路芯片都規(guī)定了所允許的負(fù)載許多電路芯片都規(guī)定了所允許的負(fù)載C(P)。另一