微處理器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)(第2版) chap4

1、微處理器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)第四章第四章 總線技術(shù)與總線標(biāo)準(zhǔn)總線技術(shù)與總線標(biāo)準(zhǔn)4.1 總線技術(shù)總線技術(shù) 總線總線基礎(chǔ)基礎(chǔ) 總線組織總線組織 總線仲裁總線仲裁 總線操作與時(shí)序總線操作與時(shí)序 4.2 常見(jiàn)總線標(biāo)準(zhǔn)常見(jiàn)總線標(biāo)準(zhǔn) 并行總線標(biāo)準(zhǔn)并行總線標(biāo)準(zhǔn) 串行總線串行總線標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)要素（介質(zhì)、協(xié)議）、分類(lèi)、性能（總線帶寬）要素（介質(zhì)、協(xié)議）、分類(lèi)、性能（總線帶寬）單單/ /雙雙/ /多級(jí)總線多級(jí)總線集中集中/ /分布，串行分布，串行/ /并行并行總線周期，同步總線周期，同步/ /異步異步/ /半同步半同步RS232RS232、USBUSB、13941394、SPISPI、現(xiàn)場(chǎng)總線、現(xiàn)場(chǎng)總線AMBAA

2、MBA（片內(nèi)總線）、（片內(nèi)總線）、PCIPCI（系統(tǒng)內(nèi)總線）、（系統(tǒng)內(nèi)總線）、VXIVXI （系統(tǒng)外總線）（系統(tǒng)外總線）2022-5-72/ 84第四章習(xí)題第四章習(xí)題作業(yè)：作業(yè)：3636、1414思考：思考：1 1、2 2、7 7、1212、15152022-5-73/ 84第 四 章 結(jié) 束計(jì)算機(jī)互聯(lián)結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)互聯(lián)結(jié)構(gòu)-總線總線interconnection structure：指計(jì)算機(jī)：指計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中連接各子系統(tǒng)的通路集合。系統(tǒng)中連接各子系統(tǒng)的通路集合?？偪偩€線(bus)是使用最普遍的互連結(jié)構(gòu)。是使用最普遍的互連結(jié)構(gòu)。一一總線特點(diǎn)總線特點(diǎn)二二總線優(yōu)勢(shì)總線優(yōu)勢(shì) 減少部件間連線的數(shù)量減少部件間

3、連線的數(shù)量非總線結(jié)構(gòu)的非總線結(jié)構(gòu)的N個(gè)設(shè)備的互聯(lián)線組數(shù)為個(gè)設(shè)備的互聯(lián)線組數(shù)為N*(N-1)/2非總線結(jié)構(gòu)的非總線結(jié)構(gòu)的M發(fā)發(fā)N收設(shè)備間的互聯(lián)線組數(shù)為收設(shè)備間的互聯(lián)線組數(shù)為M*N 擴(kuò)展性好，便于構(gòu)建系統(tǒng)擴(kuò)展性好，便于構(gòu)建系統(tǒng) 便于產(chǎn)品更新?lián)Q代便于產(chǎn)品更新?lián)Q代公用性公用性2022-5-75/ 84總線要素總線要素一一線路介質(zhì)線路介質(zhì)種類(lèi)：種類(lèi)：有線（電纜、光纜）、無(wú)線（電磁波）有線（電纜、光纜）、無(wú)線（電磁波）特性特性 原始數(shù)據(jù)傳輸率原始數(shù)據(jù)傳輸率 帶寬：傳輸介質(zhì)可用的最高和最低頻率之差帶寬：傳輸介質(zhì)可用的最高和最低頻率之差 對(duì)噪聲的敏感性：內(nèi)部或外部干擾對(duì)噪聲的敏感性：內(nèi)部或外部干擾 對(duì)失真的敏

4、感性：信號(hào)和傳輸介質(zhì)之間的互相作用引起對(duì)失真的敏感性：信號(hào)和傳輸介質(zhì)之間的互相作用引起 對(duì)衰減的敏感性：信號(hào)通過(guò)傳輸介質(zhì)時(shí)的功率損耗對(duì)衰減的敏感性：信號(hào)通過(guò)傳輸介質(zhì)時(shí)的功率損耗1. 總線協(xié)議總線協(xié)議總線信號(hào)：總線信號(hào)：有效電平、傳輸方向有效電平、傳輸方向/ /速率速率/ /格式等格式等電氣性能電氣性能機(jī)械性能機(jī)械性能總線時(shí)序：規(guī)定通信雙方的聯(lián)絡(luò)方式總線時(shí)序：規(guī)定通信雙方的聯(lián)絡(luò)方式總線仲裁：規(guī)定解決總線沖突的方式總線仲裁：規(guī)定解決總線沖突的方式 如接口尺寸、形狀等如接口尺寸、形狀等其它：如差錯(cuò)控制等其它：如差錯(cuò)控制等無(wú)線電頻段無(wú)線電頻段名稱名稱甚低頻甚低頻低頻低頻中頻中頻高頻高頻甚高頻甚高頻超高

5、頻超高頻特高頻特高頻極高頻極高頻符號(hào)符號(hào)VLFVLFLFLFMFMFHFHFVHFVHFUHFUHFSHFSHFEHFEHF頻率頻率3-30KHz3-30KHz30-300KHz30-300KHz0.3-3MHz0.3-3MHz3-30MHz3-30MHz30-300MHz30-300MHz0.3-3GHz0.3-3GHz3-30GHz3-30GHz30-300GHz30-300GHz波段波段超長(zhǎng)波超長(zhǎng)波長(zhǎng)波長(zhǎng)波中波中波短波短波米波米波分米波分米波厘米波厘米波毫米波毫米波波長(zhǎng)波長(zhǎng)1KKm-1KKm-100Km100Km10Km-1Km10Km-1Km1Km-100m1Km-100m100m-1

6、00m-10m10m10m-1m10m-1m1m-0.1m1m-0.1m10cm-1cm10cm-1cm10mm-1mm10mm-1mm傳播特性傳播特性空間波為空間波為主主地波為主地波為主地波與天地波與天波波天波與天波與地波地波空間波空間波空間波空間波空間波空間波空間波空間波主要用途主要用途海岸潛艇海岸潛艇通信通信; ;遠(yuǎn)距離遠(yuǎn)距離通信通信; ;超遠(yuǎn)超遠(yuǎn)距離導(dǎo)航距離導(dǎo)航越洋通信越洋通信; ;中距離通中距離通信信; ;地下巖層地下巖層通信通信; ;遠(yuǎn)距離導(dǎo)遠(yuǎn)距離導(dǎo)航航船用通信船用通信; ; 業(yè)余無(wú)線業(yè)余無(wú)線電通信電通信; ;移移動(dòng)通信動(dòng)通信; ;中中距離導(dǎo)航距離導(dǎo)航遠(yuǎn)距離遠(yuǎn)距離波通信波通信; ;

7、國(guó)際定國(guó)際定通信通信電離層散射電離層散射(30-60MHz)(30-60MHz); ;流星余跡流星余跡通信通信; ; 人造人造電離層通信電離層通信(30-144M(30-144MHz); Hz); 對(duì)空間飛行對(duì)空間飛行體通信體通信; ; 移移動(dòng)通信動(dòng)通信小容量微小容量微波中繼通波中繼通信信;(352-;(352-420MHz);420MHz); 對(duì)流層對(duì)流層散射通信散射通信(700-(700-10000MHz10000MHz););中容量微中容量微波通信波通信(1700-(1700-2400MHz)2400MHz)大容量微大容量微波中繼通波中繼通信信(3600-(3600-4200MHz);4

8、200MHz);大容量微大容量微波中繼通波中繼通信信(5850-(5850-8500MHz);8500MHz);數(shù)字通信數(shù)字通信; ; 衛(wèi)星通信衛(wèi)星通信; ;國(guó)際海事國(guó)際海事衛(wèi)星通信衛(wèi)星通信(1500-(1500-1600MHz)1600MHz)再入大氣再入大氣層時(shí)的通層時(shí)的通信信; ;波導(dǎo)通信波導(dǎo)通信11總線通信協(xié)議總線通信協(xié)議總線協(xié)議設(shè)計(jì)要素總線協(xié)議設(shè)計(jì)要素一一信號(hào)線類(lèi)型信號(hào)線類(lèi)型 專(zhuān)用信號(hào)線、復(fù)用信號(hào)線專(zhuān)用信號(hào)線、復(fù)用信號(hào)線二二總線仲裁方法總線仲裁方法 集中仲裁、分布仲裁集中仲裁、分布仲裁三三總線定時(shí)方法總線定時(shí)方法 同步、異步、半同步同步、異步、半同步四四總線寬度總線寬度 地址總線、數(shù)

9、據(jù)總線地址總線、數(shù)據(jù)總線五五數(shù)據(jù)傳輸類(lèi)型數(shù)據(jù)傳輸類(lèi)型 讀讀/寫(xiě)寫(xiě)/讀讀-修改修改-寫(xiě)寫(xiě)/寫(xiě)后讀寫(xiě)后讀/塊傳輸塊傳輸2022-5-712/ 84總線分類(lèi)總線分類(lèi)按按所處位置所處位置( (數(shù)據(jù)傳送范圍數(shù)據(jù)傳送范圍) )片上總線片上總線芯片總線芯片總線（片間總線、元件級(jí)總線）（片間總線、元件級(jí)總線）系統(tǒng)內(nèi)總線系統(tǒng)內(nèi)總線（插板級(jí)總線）（插板級(jí)總線）系統(tǒng)外總線系統(tǒng)外總線（通信總線）（通信總線）非通用總線非通用總線（與具體芯（與具體芯片有關(guān)）片有關(guān)）通用標(biāo)準(zhǔn)總線通用標(biāo)準(zhǔn)總線地址總線地址總線控制總線控制總線按按總線功能總線功能數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線并行總線并行總線串行總線串行總線按按數(shù)據(jù)格式數(shù)據(jù)格式按按時(shí)序關(guān)系時(shí)

10、序關(guān)系( (握手方式握手方式) )同步同步異步異步半同步半同步同步同步異步異步單總線單總線多級(jí)總線多級(jí)總線按按總線組織總線組織雙總線雙總線2022-5-713/ 84外部總線、外部總線、( (系統(tǒng)系統(tǒng)) )外總線外總線如并口、串口如并口、串口系統(tǒng)總線、系統(tǒng)總線、( (系統(tǒng)系統(tǒng)) )內(nèi)總線內(nèi)總線如如ISAISA、PCIPCI片片( (間間) )總線總線三總線形式三總線形式片內(nèi)總線片內(nèi)總線單總線形式單總線形式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的四層總線結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的四層總線結(jié)構(gòu)運(yùn)算器運(yùn)算器寄存器寄存器控控制制器器CPU存儲(chǔ)存儲(chǔ)芯片芯片I/O芯片芯片主板主板擴(kuò)展擴(kuò)展接口板接口板擴(kuò)展擴(kuò)展接口板接口板計(jì)算機(jī)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)其其

11、 他他 計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)系系 統(tǒng)統(tǒng)其其 他他儀儀 器器系系 統(tǒng)統(tǒng)2022-5-714/ 8415內(nèi)總線（插板級(jí)總線）內(nèi)總線（插板級(jí)總線）外外總總線線(通通信信總總線）線）2022-5-715/ 84SoC的片上總線的片上總線一一片上總線特點(diǎn)片上總線特點(diǎn) 簡(jiǎn)單高效簡(jiǎn)單高效 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單：占用較少的邏輯單元結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單：占用較少的邏輯單元 時(shí)序簡(jiǎn)單：提供較高的速度時(shí)序簡(jiǎn)單：提供較高的速度 接口簡(jiǎn)單：降低接口簡(jiǎn)單：降低IP核連接的復(fù)雜性核連接的復(fù)雜性 靈活，具有可復(fù)用性靈活，具有可復(fù)用性 地址地址/數(shù)據(jù)寬度、互聯(lián)結(jié)構(gòu)、仲裁機(jī)制可變數(shù)據(jù)寬度、互聯(lián)結(jié)構(gòu)、仲裁機(jī)制可變 功耗低功耗低 信號(hào)盡量不變、單向信號(hào)線功耗低、時(shí)

12、序簡(jiǎn)單信號(hào)盡量不變、單向信號(hào)線功耗低、時(shí)序簡(jiǎn)單二二片上總線標(biāo)準(zhǔn)片上總線標(biāo)準(zhǔn)ARM的的AMBA 、IBM的的CoreConnectSilicore的的Wishbone、Altera的的AvalonARM的的AMBA: Advanced Microcontroller Bus Architecture一一先進(jìn)先進(jìn)高性能總線高性能總線AHB （Advanced High-performance Bus） 適用于高性能和高吞吐設(shè)備之間的連接，如適用于高性能和高吞吐設(shè)備之間的連接，如CPU、片上存片上存儲(chǔ)器、儲(chǔ)器、DMA設(shè)備、設(shè)備、DSP等等二二先進(jìn)先進(jìn)系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線ASB（Advanced Syst

13、em Bus） 適用于高性能系統(tǒng)模塊。與適用于高性能系統(tǒng)模塊。與AHB的主要不同是讀寫(xiě)數(shù)據(jù)采的主要不同是讀寫(xiě)數(shù)據(jù)采用了一條雙向數(shù)據(jù)總線用了一條雙向數(shù)據(jù)總線三三先進(jìn)先進(jìn)外設(shè)總線外設(shè)總線APB Advanced Peripheral Bus） 適用于低功耗外部設(shè)備，經(jīng)優(yōu)化減少了功耗和接口復(fù)雜度適用于低功耗外部設(shè)備，經(jīng)優(yōu)化減少了功耗和接口復(fù)雜度適合較復(fù)雜的應(yīng)用，需要遵守較簡(jiǎn)單的操作適合較復(fù)雜的應(yīng)用，需要遵守較簡(jiǎn)單的操作協(xié)議；擁有眾多的第三方支持。協(xié)議；擁有眾多的第三方支持。2022-5-717/ 84AMBA2.0總線結(jié)構(gòu)圖總線結(jié)構(gòu)圖高性能高性能ARM核核高性能片上高性能片上RAM高性能高性能DMA

14、C核核高帶寬片外存高帶寬片外存儲(chǔ)器接口儲(chǔ)器接口橋橋鍵盤(pán)鍵盤(pán)UARTTimerPIOAHB or ASBAPB2022-5-718/ 84IBM的的CoreConnect總線總線一一處理器處理器局部總線局部總線PLB （Processor Local Bus） 高帶寬、低延遲、高性能高帶寬、低延遲、高性能 連接高速連接高速CPU核、高速核、高速M(fèi)EM控制器、高速控制器、高速DMAC等高性等高性能設(shè)備能設(shè)備二二片內(nèi)的片內(nèi)的外設(shè)總線外設(shè)總線OPB（On-chip Peripheral Bus） 連接低性能設(shè)備，減少其對(duì)連接低性能設(shè)備，減少其對(duì)PLB的性能影響的性能影響 通過(guò)通過(guò)OPB橋?qū)崿F(xiàn)橋?qū)崿F(xiàn)PL

15、B主設(shè)備和主設(shè)備和OPB從設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸從設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸三三設(shè)備設(shè)備控制寄控制寄存器總線存器總線DCR（Device Control Register） 用于配置用于配置PLB設(shè)備和設(shè)備和OPB設(shè)備的狀態(tài)寄存器和控制寄存器設(shè)備的狀態(tài)寄存器和控制寄存器 減輕減輕PLB總線在低性能狀態(tài)下的負(fù)荷總線在低性能狀態(tài)下的負(fù)荷方案完整，但一般用于高性能系統(tǒng)設(shè)計(jì)中（如工作方案完整，但一般用于高性能系統(tǒng)設(shè)計(jì)中（如工作站），不太適合簡(jiǎn)單的嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用。站），不太適合簡(jiǎn)單的嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用。2022-5-719/ 84IBM的的CoreConnect總線結(jié)構(gòu)框圖總線結(jié)構(gòu)框圖高性能高性能CPU核核高速高速存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器

16、仲裁仲裁DMAC核核外部總線結(jié)外部總線結(jié)構(gòu)接口構(gòu)接口OPB 橋橋KeyboardUARTTimerPIOPLBOPBDCR2022-5-720/ 84Silicore的的Wishbone總線總線一一定義了一條高速總線的定義了一條高速總線的信號(hào)和總線周期信號(hào)和總線周期在復(fù)雜系統(tǒng)中可采用兩條在復(fù)雜系統(tǒng)中可采用兩條Wishbone總線分別連接高總線分別連接高速和低速設(shè)備，兩條總線之間的接口簡(jiǎn)單速和低速設(shè)備，兩條總線之間的接口簡(jiǎn)單提供了提供了4種互連方式種互連方式兩個(gè)兩個(gè)IP核的點(diǎn)到點(diǎn)連接；多個(gè)串行核的點(diǎn)到點(diǎn)連接；多個(gè)串行IP核的數(shù)據(jù)流連核的數(shù)據(jù)流連接；多個(gè)接；多個(gè)IP核的共享總線連接、高吞吐量的交核

17、的共享總線連接、高吞吐量的交叉開(kāi)關(guān)叉開(kāi)關(guān)完全免費(fèi)，開(kāi)發(fā)性強(qiáng)；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、互連靈活；完全免費(fèi)，開(kāi)發(fā)性強(qiáng)；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、互連靈活；通常應(yīng)用于簡(jiǎn)單的嵌入式控制器和一些高通常應(yīng)用于簡(jiǎn)單的嵌入式控制器和一些高速系統(tǒng)中，但對(duì)高性能系統(tǒng)的支持不夠速系統(tǒng)中，但對(duì)高性能系統(tǒng)的支持不夠2022-5-721/ 84Altera的的Avalon總線總線主要用于主要用于Altera公司的公司的NIOS軟核軟核系系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)SOPC。規(guī)定了規(guī)定了主設(shè)備和從設(shè)備主設(shè)備和從設(shè)備之間進(jìn)行連之間進(jìn)行連接的端口和通信時(shí)序，配置簡(jiǎn)單，可由接的端口和通信時(shí)序，配置簡(jiǎn)單，可由EDA工具（工具（SOPC Builder）快速生成。）快速生

18、成。采用采用從設(shè)備仲裁從設(shè)備仲裁技術(shù)，允許多個(gè)主技術(shù)，允許多個(gè)主設(shè)備真正同步操作，優(yōu)化了數(shù)據(jù)流，提設(shè)備真正同步操作，優(yōu)化了數(shù)據(jù)流，提高了系統(tǒng)的吞吐量。高了系統(tǒng)的吞吐量。2022-5-722/ 84Avalon的交換式總線結(jié)構(gòu)的交換式總線結(jié)構(gòu)2022-5-723/ 84控制器控制器2（DMA控制器）控制器）UART程序程序存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器PIO數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線控制器控制器1（系統(tǒng)系統(tǒng)CPU）瓶頸瓶頸傳統(tǒng)總線的仲裁方式傳統(tǒng)總線的仲裁方式2022-5-72022-5-724/ 84AvalonAvalon總線總線控制器控制器2 2（DMADMA控制器）控制器）UARTUART程序程序

19、存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器PIOPIO數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線控制器控制器1 1（系統(tǒng)系統(tǒng)CPUCPU）Avalon總線的仲裁方式總線的仲裁方式2022-5-725/812022-5-725/ 84傳統(tǒng)芯片總線（三總線）傳統(tǒng)芯片總線（三總線）MPURAMROMI/O接口接口外設(shè)外設(shè)ABDBCB哈佛體系結(jié)構(gòu)哈佛體系結(jié)構(gòu)DSP程序程序數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)I/O接口接口外設(shè)外設(shè)程序地址程序地址數(shù)據(jù)讀地址數(shù)據(jù)讀地址數(shù)據(jù)寫(xiě)地址數(shù)據(jù)寫(xiě)地址程序讀總線程序讀總線數(shù)據(jù)讀總線數(shù)據(jù)讀總線程序程序/數(shù)據(jù)寫(xiě)數(shù)據(jù)寫(xiě)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)程序程序馮馮諾依曼諾依曼體系結(jié)構(gòu)體系結(jié)構(gòu)2022-5-726/ 84現(xiàn)代芯片總線結(jié)構(gòu)現(xiàn)代芯片總線結(jié)構(gòu)2022-5-

20、727/ 84總線的性能指標(biāo)總線的性能指標(biāo) 總線時(shí)鐘頻率（Hz） 總線寬度（bits） 總線速率（次/s）總線時(shí)鐘頻率/總線周期數(shù) 總線帶寬（bytes/s）總線速率（總線寬度/8） 總線同步方式 總線負(fù)載能力數(shù)據(jù)線（數(shù)據(jù)通路寬度）數(shù)據(jù)線（數(shù)據(jù)通路寬度）地址線（尋址空間）地址線（尋址空間）傳送一次數(shù)據(jù)所傳送一次數(shù)據(jù)所需的時(shí)鐘周期數(shù)需的時(shí)鐘周期數(shù)2022-5-728/ 841. CPU的前端總線的前端總線(FSB)頻率為頻率為400MHz或或800MHz，總線周期數(shù)為，總線周期數(shù)為1/4(即即1個(gè)時(shí)鐘周期傳個(gè)時(shí)鐘周期傳送送4次數(shù)據(jù)次數(shù)據(jù))，位寬，位寬64bit，則，則FSB帶寬為多少？帶寬為多少

21、？ 400(64/8) / (1/4)=12.8GB/s 或或800(64/8) / (1/4)=25.6GB/s2. PCI總線頻率為總線頻率為33.3MHz，位寬，位寬32/64 bit，總線周期數(shù)為，總線周期數(shù)為1，則，則PCI總線帶寬為多少？總線帶寬為多少？ 33.3(32/8) 1=133MB/s 或或33.3(64/8) 1= 266MB/s總線帶寬的計(jì)算總線帶寬的計(jì)算2022-5-729/ 84總線帶寬的提高總線帶寬的提高總線帶寬總線帶寬(bus band width) 表示表示單單位時(shí)間內(nèi)總線能傳送的最大數(shù)據(jù)量位時(shí)間內(nèi)總線能傳送的最大數(shù)據(jù)量。有時(shí)也用有時(shí)也用“數(shù)據(jù)總線寬度數(shù)據(jù)總

22、線寬度數(shù)據(jù)周期數(shù)據(jù)周期數(shù)數(shù)時(shí)鐘頻率時(shí)鐘頻率”來(lái)表示。來(lái)表示。2022-5-730/81成本、串?dāng)_成本、串?dāng)_系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)每個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)每個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)傳送數(shù)據(jù)的次數(shù)傳送數(shù)據(jù)的次數(shù)總線偏離（總線偏離（skew）、兼容性）、兼容性2022-5-730/ 84總線帶寬的充分利用總線帶寬的充分利用一一總線共享技術(shù)（多路復(fù)用）總線共享技術(shù)（多路復(fù)用）TDM、FDM、CDM、SDM、WDM其它其它信源編碼（如數(shù)據(jù)壓縮）、信道編碼（如調(diào)制解調(diào)）信源編碼（如數(shù)據(jù)壓縮）、信道編碼（如調(diào)制解調(diào)）時(shí)分復(fù)用時(shí)分復(fù)用頻分復(fù)用頻分復(fù)用2022-5-731/ 84常見(jiàn)的幾種總線組織形式常見(jiàn)的幾種總線組織形式2022

23、-5-7幾種總線組織形式的比較幾種總線組織形式的比較一一單總線單總線特點(diǎn)特點(diǎn) 存儲(chǔ)器和存儲(chǔ)器和I/O分時(shí)分時(shí)使用同一總線使用同一總線優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，易于擴(kuò)充結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，易于擴(kuò)充缺點(diǎn)缺點(diǎn) 帶寬有限，傳輸率不高（可能造成物理長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)）帶寬有限，傳輸率不高（可能造成物理長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)）二二雙總線雙總線特點(diǎn)特點(diǎn) 存儲(chǔ)總線存儲(chǔ)總線+I/O總線總線優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) 提高了總線帶寬和數(shù)據(jù)傳輸速率提高了總線帶寬和數(shù)據(jù)傳輸速率缺點(diǎn)缺點(diǎn) CPU繁忙繁忙三三多級(jí)總線多級(jí)總線特點(diǎn)特點(diǎn) 高速外設(shè)和低速外設(shè)分開(kāi)使用不同的總線高速外設(shè)和低速外設(shè)分開(kāi)使用不同的總線優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) 高效，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的傳輸帶寬和數(shù)據(jù)傳輸速率

24、高效，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的傳輸帶寬和數(shù)據(jù)傳輸速率缺點(diǎn)缺點(diǎn) 復(fù)雜復(fù)雜2022-5-733/ 84總線仲裁總線仲裁總線周期一般包括總線周期一般包括4個(gè)階段：總線請(qǐng)求與仲個(gè)階段：總線請(qǐng)求與仲裁、尋址、傳數(shù)、結(jié)束。其中裁、尋址、傳數(shù)、結(jié)束。其中總線仲裁總線仲裁(arbitration)也稱為總線判決，其目的是合理也稱為總線判決，其目的是合理地控制和管理系統(tǒng)中地控制和管理系統(tǒng)中多個(gè)主設(shè)備多個(gè)主設(shè)備的總線請(qǐng)求，的總線請(qǐng)求，以避免以避免總線沖突總線沖突。一一分布式分布式( (對(duì)等式對(duì)等式) )仲裁仲裁 控制邏輯分散在連接于總線上的各個(gè)部件或設(shè)備中控制邏輯分散在連接于總線上的各個(gè)部件或設(shè)備中 協(xié)議復(fù)雜且昂貴，效率

25、高協(xié)議復(fù)雜且昂貴，效率高二二集中式集中式( (主從式主從式) )仲裁仲裁 采用專(zhuān)門(mén)的控制器或仲裁器采用專(zhuān)門(mén)的控制器或仲裁器 總線控制器或仲裁器可以是獨(dú)立的模塊或集成在總線控制器或仲裁器可以是獨(dú)立的模塊或集成在CPU中中 協(xié)議簡(jiǎn)單而有效，但總體系統(tǒng)性能較低協(xié)議簡(jiǎn)單而有效，但總體系統(tǒng)性能較低其他分類(lèi)方式：其他分類(lèi)方式：串行仲裁、并行仲裁、串行仲裁、并行仲裁、串并行仲裁串并行仲裁特點(diǎn)：各主控模塊特點(diǎn)：各主控模塊共用請(qǐng)求信號(hào)線共用請(qǐng)求信號(hào)線BRBR和忙信號(hào)線和忙信號(hào)線BBBB，其優(yōu)先級(jí)別由其在其優(yōu)先級(jí)別由其在鏈鏈?zhǔn)皆试S信號(hào)線上的式允許信號(hào)線上的位置位置決定；決定；優(yōu)點(diǎn)：具有較好的靈活性和可擴(kuò)充性；優(yōu)點(diǎn)

26、：具有較好的靈活性和可擴(kuò)充性；缺點(diǎn)：主控模塊數(shù)目缺點(diǎn)：主控模塊數(shù)目較多較多時(shí)，總線請(qǐng)求響應(yīng)時(shí)，總線請(qǐng)求響應(yīng)速度較慢速度較慢；菊花鏈（串行）總線仲裁菊花鏈（串行）總線仲裁主控主控模塊模塊1主控主控 模塊模塊2主控主控模塊模塊N允許允許BG請(qǐng)求請(qǐng)求BR忙忙BB總線仲裁器總線仲裁器2022-5-735/ 84特點(diǎn)：各主控模塊有特點(diǎn)：各主控模塊有獨(dú)立的請(qǐng)求信號(hào)線獨(dú)立的請(qǐng)求信號(hào)線BRBR和允許信號(hào)和允許信號(hào)線線BGBG，其優(yōu)先級(jí)別由總線仲裁器內(nèi)部模塊判定；，其優(yōu)先級(jí)別由總線仲裁器內(nèi)部模塊判定；優(yōu)點(diǎn)：總線請(qǐng)求響應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)：總線請(qǐng)求響應(yīng)的速度快速度快；缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：擴(kuò)充性較差擴(kuò)充性較差；并行仲裁并行仲裁主模塊主

27、模塊1主模塊主模塊2主模塊主模塊N允許允許BG請(qǐng)求請(qǐng)求BR忙忙BB總線仲裁器總線仲裁器集中式集中式( (主從式主從式) )2022-5-736/ 84串并行二維仲裁串并行二維仲裁從下一設(shè)備從下一設(shè)備主模塊主模塊1主模塊主模塊2主模塊主模塊3允許允許BG請(qǐng)求請(qǐng)求BR忙忙BB總線仲裁器總線仲裁器主模塊主模塊4到下一設(shè)備到下一設(shè)備綜合了前兩種仲裁方式的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)綜合了前兩種仲裁方式的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)2022-5-737/ 84總線操作與時(shí)序總線操作與時(shí)序一一總線操作總線操作二二總線周期總線周期如存儲(chǔ)器讀如存儲(chǔ)器讀/寫(xiě)周期、寫(xiě)周期、I/O口讀口讀/寫(xiě)周期、寫(xiě)周期、DMA周期、中斷周期周期、中斷周期多主控制器

28、多主控制器系統(tǒng)的總線操作周期一般分為四個(gè)階段系統(tǒng)的總線操作周期一般分為四個(gè)階段：總線總線請(qǐng)求及仲裁階段、尋址階段、傳數(shù)階段和結(jié)束階段請(qǐng)求及仲裁階段、尋址階段、傳數(shù)階段和結(jié)束階段單主控制器單主控制器系統(tǒng)的總線操作周期一般只需要尋址和傳數(shù)兩系統(tǒng)的總線操作周期一般只需要尋址和傳數(shù)兩個(gè)階段個(gè)階段總線時(shí)序總線時(shí)序 同步同步：所有設(shè)備采用統(tǒng)一時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行收發(fā)定時(shí)：所有設(shè)備采用統(tǒng)一時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行收發(fā)定時(shí) 異步異步：依靠握手：依靠握手(handshake)信號(hào)實(shí)現(xiàn)收發(fā)控制信號(hào)實(shí)現(xiàn)收發(fā)控制 半同步半同步：具有同步總線的高速和異步總線的適應(yīng)性：具有同步總線的高速和異步總線的適應(yīng)性通過(guò)總線進(jìn)行信息交換的過(guò)程通過(guò)總線進(jìn)

29、行信息交換的過(guò)程總線設(shè)備完成一次完整信息交換的時(shí)間總線設(shè)備完成一次完整信息交換的時(shí)間 總線事件的協(xié)調(diào)方式，目的總線事件的協(xié)調(diào)方式，目的是實(shí)現(xiàn)可靠的尋址和數(shù)據(jù)傳送是實(shí)現(xiàn)可靠的尋址和數(shù)據(jù)傳送2022-5-738/ 84總線主控制器的作用總線主控制器的作用一一總線系統(tǒng)的總線系統(tǒng)的資源資源分配與管理分配與管理二二提供總線提供總線定時(shí)定時(shí)信號(hào)脈沖信號(hào)脈沖三三負(fù)責(zé)總線使用權(quán)的負(fù)責(zé)總線使用權(quán)的仲裁仲裁四四不同總線不同總線協(xié)議協(xié)議的轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換五五不同總線間數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟煌偩€間數(shù)據(jù)傳輸?shù)木彌_緩沖2022-5-739/ 84同步并行總線時(shí)序同步并行總線時(shí)序一一特點(diǎn)特點(diǎn) 系統(tǒng)使用系統(tǒng)使用同一時(shí)鐘信號(hào)同一時(shí)鐘信號(hào)控制

30、各模塊完成數(shù)據(jù)傳輸控制各模塊完成數(shù)據(jù)傳輸 一般一次讀寫(xiě)操作可在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)完成，時(shí)鐘前、一般一次讀寫(xiě)操作可在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)完成，時(shí)鐘前、后沿分別指明總線操作周期的開(kāi)始和結(jié)束后沿分別指明總線操作周期的開(kāi)始和結(jié)束 地址、數(shù)據(jù)及讀地址、數(shù)據(jù)及讀/寫(xiě)等控制信號(hào)可在時(shí)鐘沿處改變寫(xiě)等控制信號(hào)可在時(shí)鐘沿處改變二二優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，總線帶寬大，數(shù)據(jù)電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，總線帶寬大，數(shù)據(jù)傳輸速率快傳輸速率快一一缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：時(shí)鐘以最慢速設(shè)備為準(zhǔn)，高速設(shè)備性能將受到影響時(shí)鐘以最慢速設(shè)備為準(zhǔn)，高速設(shè)備性能將受到影響同步時(shí)鐘同步時(shí)鐘地址信號(hào)地址信號(hào)數(shù)據(jù)信號(hào)數(shù)據(jù)信號(hào)控制信號(hào)控制信號(hào)延時(shí)延時(shí)異步并行總線時(shí)序異步并行總線時(shí)序

31、一一特點(diǎn)：特點(diǎn)：系統(tǒng)中可以沒(méi)有統(tǒng)一的時(shí)鐘源，模塊之間系統(tǒng)中可以沒(méi)有統(tǒng)一的時(shí)鐘源，模塊之間依靠各種依靠各種聯(lián)絡(luò)（握手）聯(lián)絡(luò)（握手）信號(hào)進(jìn)行通信，以確定下信號(hào)進(jìn)行通信，以確定下一步的動(dòng)作一步的動(dòng)作二二優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：全互鎖方式全互鎖方式可靠性高，適應(yīng)性強(qiáng)可靠性高，適應(yīng)性強(qiáng)三三缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：控制復(fù)雜，交互的聯(lián)絡(luò)過(guò)程會(huì)影響系統(tǒng)工控制復(fù)雜，交互的聯(lián)絡(luò)過(guò)程會(huì)影響系統(tǒng)工作速度作速度地址信號(hào)數(shù)據(jù)信號(hào)主設(shè)備聯(lián)絡(luò)信號(hào)從設(shè)備聯(lián)絡(luò)信號(hào) 準(zhǔn)備好接收準(zhǔn)備好接收（M發(fā)送地址信號(hào)）發(fā)送地址信號(hào)）已收到數(shù)據(jù)已收到數(shù)據(jù)（M撤銷(xiāo)地址信號(hào)）撤銷(xiāo)地址信號(hào)）完成一次傳送完成一次傳送（S撤銷(xiāo)數(shù)據(jù)信號(hào)）撤銷(xiāo)數(shù)據(jù)信號(hào)）已送出數(shù)據(jù)已送出數(shù)據(jù)（S發(fā)送數(shù)

32、據(jù)信號(hào)）發(fā)送數(shù)據(jù)信號(hào)）2022-5-741/ 8442半同步并行總線時(shí)序半同步并行總線時(shí)序一一特點(diǎn)：特點(diǎn)：同時(shí)使用主模塊的同時(shí)使用主模塊的時(shí)鐘信號(hào)時(shí)鐘信號(hào)和從模塊的和從模塊的聯(lián)絡(luò)信號(hào)聯(lián)絡(luò)信號(hào)二二優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：兼有同步總線的速度和異步總線的可靠性與適應(yīng)性兼有同步總線的速度和異步總線的可靠性與適應(yīng)性 總 線 周 期 T1 T2 T3TW T4 CLK M/IO 0 讀 I/O, 1 讀 存 儲(chǔ) 器 A19/S6 A16/S3 BHE/S7 ALE READY AD15 AD0 RD DT /R DEN 地 址 輸 出 浮 空 數(shù) 據(jù) 輸 入 采 樣 BHE， A1 9 A16 S7S3 Ready信

33、信號(hào)可作為慢號(hào)可作為慢速設(shè)備的異速設(shè)備的異步聯(lián)絡(luò)信號(hào)步聯(lián)絡(luò)信號(hào)CLK信號(hào)信號(hào)作為快速設(shè)作為快速設(shè)備的同步時(shí)備的同步時(shí)鐘信號(hào)鐘信號(hào)AMBA總線特性總線特性ARM處理處理器核器核寬帶片上寬帶片上RAMDMA控制控制器器寬帶外部寬帶外部RAM接口接口橋橋UART PIO定時(shí)定時(shí)器器鍵盤(pán)控鍵盤(pán)控制器制器AHB或或ASB總線總線APB總線總線典型的典型的AMBA構(gòu)架構(gòu)架2022-5-744/ 84AHB總線總線架構(gòu)架構(gòu)AHB總線信號(hào)：總線信號(hào)： 地址、控制、寫(xiě)數(shù)據(jù)、地址、控制、寫(xiě)數(shù)據(jù)、讀數(shù)據(jù)讀數(shù)據(jù) 時(shí)鐘、仲裁（不通過(guò)時(shí)鐘、仲裁（不通過(guò)MUX）AHB總線總線的主的主/從接口信號(hào)從接口信號(hào) 2022-5-7

34、46/ 84AHB總線總線的的仲裁器接口仲裁器接口信號(hào)信號(hào)2022-5-747/ 84AHB總線的總線的基本傳輸基本傳輸周期周期 一一地址傳送階段：傳送地址與控制信號(hào)。地址傳送階段：傳送地址與控制信號(hào)。只持續(xù)一個(gè)時(shí)鐘周期，在只持續(xù)一個(gè)時(shí)鐘周期，在HCLK 的上升沿?cái)?shù)據(jù)有效，所有的的上升沿?cái)?shù)據(jù)有效，所有的從模塊都在這個(gè)上升沿采樣地址信息。從模塊都在這個(gè)上升沿采樣地址信息。 數(shù)據(jù)傳送階段：傳送數(shù)據(jù)和響應(yīng)信號(hào)。數(shù)據(jù)傳送階段：傳送數(shù)據(jù)和響應(yīng)信號(hào)?？梢猿掷m(xù)一個(gè)或幾個(gè)時(shí)鐘周期（可以持續(xù)一個(gè)或幾個(gè)時(shí)鐘周期（HREADY 信號(hào)為低電平時(shí)加信號(hào)為低電平時(shí)加入等待周期）。入等待周期）。2022-5-748/ 84

35、AHB總線的流水操作總線的流水操作流水流水半同步半同步2022-5-749/ 84APB總線總線的主的主/從接口信號(hào)從接口信號(hào) APB從單元的接口信號(hào)從單元的接口信號(hào) 主要用于低帶寬外設(shè)的連接主要用于低帶寬外設(shè)的連接 ； APB 橋是唯一的主模塊（系統(tǒng)總線上的橋是唯一的主模塊（系統(tǒng)總線上的從模塊）；從模塊）；APB主單元的接口信號(hào)主單元的接口信號(hào) 系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線從模塊接口從模塊接口 APB總線的總線的基本傳輸基本傳輸周期周期 2022-5-7APB橋的橋的功能及時(shí)序功能及時(shí)序 鎖存鎖存地址地址并在地址譯碼后生成唯一的并在地址譯碼后生成唯一的PSELx 觸發(fā)觸發(fā)使能使能信號(hào)信號(hào)PENABLE

36、驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)信號(hào)信號(hào)多層次多層次PCI總線架構(gòu)總線架構(gòu)2022-5-753/ 8454PCI總線信號(hào)總線信號(hào)55幀周期信號(hào)幀周期信號(hào)主設(shè)備準(zhǔn)備好主設(shè)備準(zhǔn)備好從設(shè)備準(zhǔn)備好從設(shè)備準(zhǔn)備好從設(shè)備要求停止從設(shè)備要求停止初始化設(shè)備選擇初始化設(shè)備選擇設(shè)備選擇設(shè)備選擇 奇偶校驗(yàn)奇偶校驗(yàn)奇偶檢驗(yàn)錯(cuò)奇偶檢驗(yàn)錯(cuò)系統(tǒng)出錯(cuò)系統(tǒng)出錯(cuò)總線占用請(qǐng)求總線占用請(qǐng)求總線占用允許總線占用允許 命令命令/字節(jié)有效字節(jié)有效PCI總線命令表總線命令表C/BE3:2 命令類(lèi)型說(shuō)明命令類(lèi)型說(shuō)明0 0 0 0中斷應(yīng)答（中斷識(shí)別）中斷應(yīng)答（中斷識(shí)別）0 0 0 1特殊周期特殊周期0 0 0 0I/O讀（從讀（從I/O口地址中讀數(shù)據(jù)）口地址中讀

37、數(shù)據(jù)）0 0 1 1I/O寫(xiě)（向?qū)懀ㄏ騃/O口地址空間寫(xiě)數(shù)據(jù)）口地址空間寫(xiě)數(shù)據(jù)）0 1 0 0保留保留0 1 0 1保留保留0 1 1 0存儲(chǔ)器讀（從內(nèi)存空間映像中讀數(shù)據(jù)）存儲(chǔ)器讀（從內(nèi)存空間映像中讀數(shù)據(jù)）0 1 1 1存儲(chǔ)器寫(xiě)（從內(nèi)存空間映像中寫(xiě)數(shù)據(jù)）存儲(chǔ)器寫(xiě)（從內(nèi)存空間映像中寫(xiě)數(shù)據(jù)）1 0 0 0保留保留1 0 0 1保留保留1 0 1 0配置讀配置讀1 0 1 1配置寫(xiě)配置寫(xiě)1 1 0 0存儲(chǔ)器多行讀存儲(chǔ)器多行讀1 1 0 1雙地址周期雙地址周期1 1 1 0存儲(chǔ)器讀一行存儲(chǔ)器讀一行1 1 1 1存儲(chǔ)器寫(xiě)并無(wú)效存儲(chǔ)器寫(xiě)并無(wú)效2022-5-756/ 84PCI總線總線突發(fā)突發(fā)讀時(shí)序讀時(shí)序

38、CLK FRAME AD ADDRESS DATA-1 DATA-2 DATA-3 Byte Enable BUSCMD C/BE IRDY IRDY DEVEL 地址期 數(shù)據(jù)期 數(shù)據(jù)期 數(shù)據(jù)期 1 2 3 4 5 6 7 8 半同步半同步2022-5-757/ 84串行總線串行總線 高速串行總線體現(xiàn)了成功的網(wǎng)絡(luò)高速串行總線體現(xiàn)了成功的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)向計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的滲入：通信技術(shù)向計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的滲入：差分信號(hào)傳輸、數(shù)據(jù)包、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)差分信號(hào)傳輸、數(shù)據(jù)包、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸方向傳輸方向傳輸距離傳輸距離傳輸速率傳輸速率差錯(cuò)控制差錯(cuò)控制傳輸時(shí)序傳輸時(shí)序一一數(shù)據(jù)格式及含義數(shù)據(jù)格式及含義單工、單工、 半雙工、雙工

39、、多工半雙工、雙工、多工基波、載波基波、載波比特率、波特率比特率、波特率ARQ、FEC、HEC同步、異步同步、異步控制信息、數(shù)據(jù)信息控制信息、數(shù)據(jù)信息2022-5-7串行數(shù)據(jù)的傳輸方向串行數(shù)據(jù)的傳輸方向發(fā)送器發(fā)送器A接收器接收器B單工方式單工方式發(fā)送器發(fā)送器A發(fā)送器發(fā)送器B半雙工方式半雙工方式接收器接收器接收器接收器發(fā)送器發(fā)送器A接收器接收器B雙工方式雙工方式接收器接收器發(fā)送器發(fā)送器12n復(fù)復(fù)用用器器復(fù)復(fù)用用器器12n多工方式多工方式TDM、FDM等等2022-5-759/ 84串行數(shù)據(jù)在串行數(shù)據(jù)在基波傳送基波傳送方式下（指信號(hào)按原樣傳輸），通常只方式下（指信號(hào)按原樣傳輸），通常只能傳輸幾十米

40、至幾百米，并且傳輸速率越大，傳輸距離越短。能傳輸幾十米至幾百米，并且傳輸速率越大，傳輸距離越短。 為提高串行數(shù)據(jù)的傳輸速率和傳送距離，我們通常采用為提高串行數(shù)據(jù)的傳輸速率和傳送距離，我們通常采用載波載波傳送傳送（利用調(diào)制解調(diào)技術(shù)將信號(hào)加在高頻載波上再進(jìn)行傳輸）。（利用調(diào)制解調(diào)技術(shù)將信號(hào)加在高頻載波上再進(jìn)行傳輸）。 如：可將數(shù)字信號(hào)利用如：可將數(shù)字信號(hào)利用MODEM調(diào)制到調(diào)制到300 3300Hz頻段頻段以利用公用電話線進(jìn)行傳輸。以利用公用電話線進(jìn)行傳輸。 常用的調(diào)制解調(diào)方法包括頻移鍵控常用的調(diào)制解調(diào)方法包括頻移鍵控FSK、幅移鍵控、幅移鍵控ASK、相移鍵控相移鍵控PSK等方式。等方式。串行數(shù)據(jù)

41、的調(diào)制解調(diào)串行數(shù)據(jù)的調(diào)制解調(diào)串串行行接接口口MODEMMODEM計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)串串行行接接口口計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)串串行行接接口口2022-5-760/ 84串行數(shù)據(jù)的傳輸速率串行數(shù)據(jù)的傳輸速率除除總線帶寬總線帶寬(MB/s)外，串行總線速率還可用以下指標(biāo)：外，串行總線速率還可用以下指標(biāo)：比特率比特率(bits/s)波特率波特率(baut/s) 波特率描述的是硬件性能，它與比特率的關(guān)系是：波特率描述的是硬件性能，它與比特率的關(guān)系是：基波傳送方式下基波傳送方式下載波傳送方式下載波傳送方式下 如某相位調(diào)制系統(tǒng)中可能發(fā)送的相位狀態(tài)有如某相位調(diào)制系統(tǒng)中可能發(fā)送的相位狀態(tài)有0（代表數(shù)據(jù)（代表數(shù)據(jù)“00”）、）、/

42、2（代表數(shù)據(jù)（代表數(shù)據(jù)“01”）、）、（代表數(shù)據(jù)（代表數(shù)據(jù)“10”）、）、3/2（代表數(shù)據(jù)（代表數(shù)據(jù)“11”）四種，則通信線路的相位狀態(tài)每改變一次將）四種，則通信線路的相位狀態(tài)每改變一次將送出兩位數(shù)據(jù)，這時(shí)比特率送出兩位數(shù)據(jù)，這時(shí)比特率2波特率。波特率。 常用的標(biāo)準(zhǔn)波特率包括常用的標(biāo)準(zhǔn)波特率包括110、300、1200、2400、4800、9600、19200波特等。波特等。通信線路狀態(tài)改變一次即送出一位數(shù)據(jù)，這時(shí)比特率波特率通信線路狀態(tài)改變一次即送出一位數(shù)據(jù)，這時(shí)比特率波特率通信線路狀態(tài)改變一次可能送出通信線路狀態(tài)改變一次可能送出n位數(shù)據(jù)，這時(shí)比特率位數(shù)據(jù)，這時(shí)比特率n波特率波特率系統(tǒng)單位時(shí)

43、間內(nèi)傳送有效二進(jìn)制數(shù)據(jù)的位數(shù)系統(tǒng)單位時(shí)間內(nèi)傳送有效二進(jìn)制數(shù)據(jù)的位數(shù)通信線路上基本電信號(hào)狀態(tài)的變化頻率通信線路上基本電信號(hào)狀態(tài)的變化頻率2022-5-761/ 84串行數(shù)據(jù)的差錯(cuò)控制串行數(shù)據(jù)的差錯(cuò)控制 在串行數(shù)據(jù)長(zhǎng)距離的傳送過(guò)程中，很容易由于突發(fā)性在串行數(shù)據(jù)長(zhǎng)距離的傳送過(guò)程中，很容易由于突發(fā)性干擾（電氣干擾、天電干擾等）而引起誤碼，所以差錯(cuò)干擾（電氣干擾、天電干擾等）而引起誤碼，所以差錯(cuò)控制能力是衡量串行通信系統(tǒng)性能的一個(gè)重要指標(biāo)?？刂颇芰κ呛饬看型ㄐ畔到y(tǒng)性能的一個(gè)重要指標(biāo)。 差錯(cuò)控制通常包括兩方面的內(nèi)容：差錯(cuò)控制通常包括兩方面的內(nèi)容： 檢錯(cuò)：檢錯(cuò)： 糾錯(cuò)糾錯(cuò)：如何發(fā)現(xiàn)傳輸中的錯(cuò)誤如何發(fā)現(xiàn)傳輸

44、中的錯(cuò)誤發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤后發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤后,如何消除和糾正錯(cuò)誤如何消除和糾正錯(cuò)誤常用差錯(cuò)控制方式：常用差錯(cuò)控制方式：檢錯(cuò)重發(fā)檢錯(cuò)重發(fā)ARQ前向糾錯(cuò)前向糾錯(cuò)FEC1.混合糾錯(cuò)混合糾錯(cuò)HEC奇偶校驗(yàn)奇偶校驗(yàn)CRC校驗(yàn)校驗(yàn)2022-5-762/ 84同步串行通信同步串行通信同步串行通信以同步串行通信以數(shù)據(jù)塊數(shù)據(jù)塊為基本單位，傳輸時(shí)為基本單位，傳輸時(shí)字節(jié)與字節(jié)之間、位與位之間都需要嚴(yán)格同步，字節(jié)與字節(jié)之間、位與位之間都需要嚴(yán)格同步，因此收發(fā)雙方需要使用（傳送）因此收發(fā)雙方需要使用（傳送）同一時(shí)鐘信號(hào)同一時(shí)鐘信號(hào)。 收收/發(fā)時(shí)鐘頻率波特率發(fā)時(shí)鐘頻率波特率同步串行通信通常采用同步串行通信通常采用CRC校驗(yàn)方法進(jìn)行數(shù)校驗(yàn)

45、方法進(jìn)行數(shù)據(jù)的檢錯(cuò)和糾錯(cuò)。據(jù)的檢錯(cuò)和糾錯(cuò)。 發(fā) 送 方 在 時(shí) 鐘 信 號(hào) 的 下 降 沿 發(fā) 送 字 節(jié) 接 收 方 在 時(shí) 鐘 信 號(hào) 的 上 升 沿 接 收 字 節(jié) 0 1 1 0 0 0 0 1 位 時(shí) 鐘 數(shù) 據(jù) (61H) 位 63/81同步串行通信的數(shù)據(jù)格式可能有以下幾種。但都必同步串行通信的數(shù)據(jù)格式可能有以下幾種。但都必須首先確定須首先確定傳送的起始位置傳送的起始位置（用同步字符或同步標(biāo)志（用同步字符或同步標(biāo)志或采用硬件同步信號(hào)），然后傳送準(zhǔn)備好的信息數(shù)據(jù)，或采用硬件同步信號(hào)），然后傳送準(zhǔn)備好的信息數(shù)據(jù)，最后發(fā)送校驗(yàn)字符。最后發(fā)送校驗(yàn)字符。同步字符同步字符 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)1 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)

46、n CRC字符字符1 CRC字符字符2（a） 單同步數(shù)據(jù)格式單同步數(shù)據(jù)格式同步字符同步字符1 同步字符同步字符2 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)1 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)n CRC字符字符1 CRC字符字符2（b） 雙同步數(shù)據(jù)格式雙同步數(shù)據(jù)格式數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)1 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)n CRC字符字符1 CRC字符字符2（c） 外同步數(shù)據(jù)格式外同步數(shù)據(jù)格式標(biāo)志標(biāo)志地址地址控制控制數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)1 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)nCRC字符字符1CRC字符字符2 （d） SDLC/HDLC數(shù)據(jù)格式數(shù)據(jù)格式同步串行數(shù)據(jù)幀格式同步串行數(shù)據(jù)幀格式 反向控制信道反向控制信道(RCC)(RCC)幀以幀以48bit 48bit 前驅(qū)波開(kāi)始前驅(qū)波開(kāi)始, ,它由它由(0,1(0,1交替交替)

47、)的的3030位位同步域、同步域、11 bit11 bit的字符的字符同步域和同步域和7 7位數(shù)字彩位數(shù)字彩色碼組成。色碼組成。 前向控制信道前向控制信道(FCC)(FCC)幀以幀以 (0,1(0,1交替交替) )的的1010位位同步域、同步域、11bit11bit的字符的字符同步域開(kāi)始。同步域開(kāi)始。T異步串行通信異步串行通信異步串行通信以異步串行通信以字符字符為基本單位，傳輸時(shí)字節(jié)與字為基本單位，傳輸時(shí)字節(jié)與字節(jié)之間無(wú)時(shí)序關(guān)系，但字節(jié)內(nèi)各位按固定時(shí)序和順序節(jié)之間無(wú)時(shí)序關(guān)系，但字節(jié)內(nèi)各位按固定時(shí)序和順序傳送。收發(fā)雙方只需保證接收時(shí)鐘和發(fā)送時(shí)鐘在誤差傳送。收發(fā)雙方只需保證接收時(shí)鐘和發(fā)送時(shí)鐘在誤差

48、范圍內(nèi)同頻率，而無(wú)需使用（傳送）同一時(shí)鐘源。范圍內(nèi)同頻率，而無(wú)需使用（傳送）同一時(shí)鐘源。收發(fā)雙方的本地時(shí)鐘收發(fā)雙方的本地時(shí)鐘波特率因子波特率因子n波特率波特率n（16、32、64等）的使用有利于提高準(zhǔn)確度等）的使用有利于提高準(zhǔn)確度n16時(shí)起始位起始位數(shù)據(jù)位數(shù)據(jù)位b0 接收方檢接收方檢測(cè)到低電平測(cè)到低電平 連續(xù)檢測(cè)到連續(xù)檢測(cè)到8次低電平后確次低電平后確認(rèn)收到起始位認(rèn)收到起始位 收到起始位后每隔收到起始位后每隔16個(gè)時(shí)鐘脈沖個(gè)時(shí)鐘脈沖T對(duì)數(shù)據(jù)線采樣對(duì)數(shù)據(jù)線采樣1次，以確?？梢栽诖危源_?？梢栽诜€(wěn)定狀態(tài)接收到該穩(wěn)定狀態(tài)接收到該bit數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)8T16T16T異步串行通信傳送的數(shù)據(jù)格式可如下定義：首先異

49、步串行通信傳送的數(shù)據(jù)格式可如下定義：首先傳送傳送1位位起始位起始位，再?gòu)淖畹臀唬?，再?gòu)淖畹臀唬╞0）開(kāi)始傳送）開(kāi)始傳送7位位信信息位息位，然后是，然后是1位奇偶位奇偶校驗(yàn)位校驗(yàn)位，最后是，最后是1位（或位（或1.5位、位、2位）停止位。位）停止位。 如采用偶校驗(yàn)、一如采用偶校驗(yàn)、一位停止位時(shí)傳送數(shù)據(jù)位停止位時(shí)傳送數(shù)據(jù)53H時(shí)的波形時(shí)的波形可能的錯(cuò)誤類(lèi)型：奇偶校驗(yàn)錯(cuò)，幀格式錯(cuò)，溢出可能的錯(cuò)誤類(lèi)型：奇偶校驗(yàn)錯(cuò)，幀格式錯(cuò)，溢出錯(cuò)錯(cuò) 空 閑 位 第 n 個(gè) 字 符 第 n+1 個(gè) 字 符 起 始 奇 偶 校 驗(yàn) 停 止 起 始 1 1 1 0 1/0 1/0 1/0 1/0 1/0 1/0 1/0 1

50、/0 1/0 1/0 0 1 1 1 1 b0 b1 b2 b3 b4 b5 b6 停停止止位位校校驗(yàn)驗(yàn)位位D6D5D4D3D2D1D0起起始始位位1010100110異步串行數(shù)據(jù)幀格式異步串行數(shù)據(jù)幀格式2022-5-767/ 84 同步通信中除數(shù)據(jù)外還必須傳送同步通信中除數(shù)據(jù)外還必須傳送時(shí)鐘時(shí)鐘，系統(tǒng)較復(fù)雜，系統(tǒng)較復(fù)雜 同步通信中附加的信息量少，傳送同步通信中附加的信息量少，傳送效率效率較高；較高； （同步通信中每個(gè)數(shù)據(jù)塊會(huì)增加一些冗余信息，（同步通信中每個(gè)數(shù)據(jù)塊會(huì)增加一些冗余信息， 而異步通信中每個(gè)字符都會(huì)有一些附加信息位。）而異步通信中每個(gè)字符都會(huì)有一些附加信息位。） 同步通信每次傳送一

51、個(gè)數(shù)據(jù)塊，塊中各字符間不允同步通信每次傳送一個(gè)數(shù)據(jù)塊，塊中各字符間不允許有間隔許有間隔（如遇上有字符未準(zhǔn)備好的情況應(yīng)填入同步字符）（如遇上有字符未準(zhǔn)備好的情況應(yīng)填入同步字符）；而異步通信每次傳送一個(gè)字符，字符間而異步通信每次傳送一個(gè)字符，字符間間隔間隔任意；任意； 因此，同步串行通信適合較快地傳送大批數(shù)據(jù)的場(chǎng)因此，同步串行通信適合較快地傳送大批數(shù)據(jù)的場(chǎng)合，一般用于合，一般用于網(wǎng)絡(luò)通信網(wǎng)絡(luò)通信中；而異步串行通信適合較慢中；而異步串行通信適合較慢地傳送間斷性的數(shù)據(jù)，一般用于地傳送間斷性的數(shù)據(jù)，一般用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信中。中。異步串行通信與同步串行通信的比較異步串行通信與同步串行通信的比較 20

52、22-5-768/ 84串行數(shù)據(jù)的格式及含義串行數(shù)據(jù)的格式及含義一些串行總線（接口）標(biāo)準(zhǔn)只約定實(shí)現(xiàn)信息傳輸?shù)囊恍┐锌偩€（接口）標(biāo)準(zhǔn)只約定實(shí)現(xiàn)信息傳輸?shù)幕痉椒?，而?duì)基本方法，而對(duì)被傳輸信息的格式及含義被傳輸信息的格式及含義不作規(guī)定，不作規(guī)定，這些內(nèi)容應(yīng)由通信雙方遵循的這些內(nèi)容應(yīng)由通信雙方遵循的通信協(xié)議通信協(xié)議確定，具體可確定，具體可包括以下內(nèi)容：包括以下內(nèi)容： 數(shù)據(jù)先傳低位（數(shù)據(jù)先傳低位（LSB）還是高位（）還是高位（MSB）？）？ 每次傳送的數(shù)據(jù)位數(shù)目是否固定？如不固定，接收方如每次傳送的數(shù)據(jù)位數(shù)目是否固定？如不固定，接收方如何獲知本次傳送的數(shù)據(jù)位個(gè)數(shù)？何獲知本次傳送的數(shù)據(jù)位個(gè)數(shù)？ 通信雙

53、方除收發(fā)普通數(shù)據(jù)外，是否還需要交換其它信息？通信雙方除收發(fā)普通數(shù)據(jù)外，是否還需要交換其它信息？如需要，接收方該如何區(qū)分控制數(shù)據(jù)與其它信息？如需要，接收方該如何區(qū)分控制數(shù)據(jù)與其它信息？ 接收方如何確定本次傳送的開(kāi)始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間？接收方如何確定本次傳送的開(kāi)始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間？ 接收方如何辨別收到的數(shù)據(jù)是否正確？如數(shù)據(jù)出錯(cuò)該做接收方如何辨別收到的數(shù)據(jù)是否正確？如數(shù)據(jù)出錯(cuò)該做何種反應(yīng)和處理？何種反應(yīng)和處理？1. 2022-5-769/ 84常用串行總線比較常用串行總線比較2022-5-770/ 84EIA RS-232類(lèi)總線標(biāo)準(zhǔn)類(lèi)總線標(biāo)準(zhǔn) 該類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)最初為該類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)最初為遠(yuǎn)程遠(yuǎn)程通信連接數(shù)據(jù)終端通信連接數(shù)

54、據(jù)終端設(shè)備設(shè)備DTE（如計(jì)算機(jī)）與數(shù)據(jù)通信設(shè)備（如計(jì)算機(jī)）與數(shù)據(jù)通信設(shè)備DCE（如（如MODEM）而制定，一般用于）而制定，一般用于異步串行異步串行通信。通信。一、一、EIA RS232C 1、機(jī)械特性：連接器、傳輸電纜、機(jī)械特性：連接器、傳輸電纜 2、電氣特性：信號(hào)電平、信號(hào)名稱、電氣特性：信號(hào)電平、信號(hào)名稱二、二、EIA RS422/423、485 2022-5-771/ 84RS-232C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的連接器及電纜標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的連接器及電纜 232接口可以使用接口可以使用DB-25(25芯芯)或或DB-9(9芯芯)插頭座。通常插座在插頭座。通常插座在DTE端，插頭端，插頭DCE端。端。 DTE上

55、的上的25針公插頭（插針）針公插頭（插針）DCE上的上的9針母插頭（插孔）針母插頭（插孔）因?yàn)樾盘?hào)的傳輸距離與傳輸電容有關(guān)，因?yàn)樾盘?hào)的傳輸距離與傳輸電容有關(guān)，EIA標(biāo)準(zhǔn)規(guī)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定被驅(qū)動(dòng)電路定被驅(qū)動(dòng)電路/終端的電容終端的電容(包括電纜連接電容包括電纜連接電容)必須小必須小于于2500pF，這時(shí)電纜最長(zhǎng)為，這時(shí)電纜最長(zhǎng)為50英尺英尺(15.24mm)。2022-5-772/ 84RS-232C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的信號(hào)電平特性標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的信號(hào)電平特性狀態(tài)狀態(tài)信號(hào)電平信號(hào)電平15V-3V+3V+15V數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)“1”“0”功功 能能斷（斷（OFF）通（通（ON） 1.RS232采用采用負(fù)邏輯負(fù)邏輯可提高抗干擾能力和

56、增加傳可提高抗干擾能力和增加傳送距離；傳號(hào)和空號(hào)狀態(tài)間送距離；傳號(hào)和空號(hào)狀態(tài)間6V的的噪聲容限噪聲容限極大地提極大地提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴８吡藬?shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?2.RS232和和TTL互連時(shí)必須使用相應(yīng)的互連時(shí)必須使用相應(yīng)的電平轉(zhuǎn)換電平轉(zhuǎn)換器器，如，如MC1488/1489、MAX232等。等。2022-5-773/ 84RS-232C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的信號(hào)內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的信號(hào)內(nèi)容 RS232規(guī)定了規(guī)定了22條控制線，但常用的只有條控制線，但常用的只有9條。條。在某些簡(jiǎn)單控制場(chǎng)合，也可能只使用在某些簡(jiǎn)單控制場(chǎng)合，也可能只使用三線三線連接。連接。2腳RXD3腳TXD5腳GND1腳DCD4腳DTR6腳DSR7腳RTS8腳CTS9腳 RI2腳RXD3腳TXD5腳GND1腳DCD4腳DTR6腳DSR7腳RTS8腳CTS9腳 RIDTE（計(jì)算機(jī)）（計(jì)算機(jī)）DCE（Modem）9孔孔-9針電纜（遠(yuǎn)距離）針電纜（遠(yuǎn)距離）2腳RXD3腳TXD5腳GND4腳DTR1腳DCD6腳DSR7腳RTS8腳CTS9腳 RI2腳RXD3腳TXD5腳GND4腳DTR1腳DCD6腳DSR7腳RTS8腳CTS9腳 RI9孔孔-9孔電纜（近距離）孔電纜（近距離）DTE（計(jì)算機(jī)）（計(jì)算機(jī)）DTE（計(jì)算機(jī)）（計(jì)算機(jī)）2022-5-774/ 84RS-422/423、485標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn) 與與RS-232C兼容兼容 支持更高的傳輸速