嵌入式系統(tǒng)-98645五、系統(tǒng)總線

1、嵌入式系統(tǒng)總線PC系統(tǒng)總線技術(shù)應(yīng)用在嵌入式系統(tǒng)ISA(PC、PC/AT、PCI)PC/104PC/104+PC-104PCICPCIPC/104系列總線PC/104協(xié)會是一個標(biāo)準(zhǔn)化組織，為PC計算機總線制定工業(yè)化的版本 PC系統(tǒng)總線經(jīng)歷了ISA、PCI、PCI Express 幾個主要的發(fā)展階段 PC/104協(xié)會制定了對應(yīng)的系列工業(yè)計算機總線：PC/104（ISA）、PC/104-Plus（ISA和PCI）、PCI-104（PCI）、PCI/104-Express（PCI及PCI Express）及PCIe/104（PCI Express）PC/104系列總線發(fā)展1981年，IBM公司提出了8

2、位PC/XT總線，1984年提出16位PC/AT總線1987年，由INTEL等提出以IBMPC總線規(guī)范為基礎(chǔ)的ISA總線標(biāo)準(zhǔn)（IEEE-996） 1992年，由RTD公司和AMPRO公司等12家從事嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的廠商發(fā)起，組建了國際PC/104協(xié)會，制定了PC/104嵌入式總線規(guī)范（IEEE-P996.1）PC/104是一種緊湊型的IEEE-P996，其信號定義和PC/AT基本一致 PC/104標(biāo)準(zhǔn)確立后，得到業(yè)界的廣泛支持，迅速發(fā)展PC/104系列總線發(fā)展（續(xù)）1992年，Intel提出了PCI總線，將總線頻率提高到了33MHZ 1997年，PC/104(PC104)協(xié)會制訂了PC/104

3、+總線，在原PC/104基礎(chǔ)上增加了對PCI總線的支持2003年，PC/104又制訂了PCI-104總線規(guī)范，取消了對ISA總線的支持為什么有PC/104系列總線？PC是最普及的通用計算機系統(tǒng)，在PC發(fā)展過程中積累了豐富的硬件、軟件資源PC性能發(fā)展很快，在需要高性能計算的嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用中引入PC技術(shù)是條捷徑在嵌入式系統(tǒng)中引入PC技術(shù)，需要遵循PC的體系結(jié)構(gòu)系統(tǒng)總線是計算機結(jié)構(gòu)的核心將PC總線技術(shù)引入嵌入式系統(tǒng)PC/104PC/104總線PC/104緊湊型ISA總線PC/104定義8位和16位兩種模塊，分別對應(yīng)PC/XT和PC/ATPC/104與ISA的不同電路板尺寸減小到90 x96mm采用自

4、棧(self-stacking)結(jié)構(gòu)，不需要背板對功耗進行約束，一般12W每module，大多數(shù)信號需要的驅(qū)動電流小于4mAPC/104電路板外形總線90mm96mmPC/104連接器64PIN + 40PINPC/104信號分配PC/104增加了幾個GND引腳，如紅圈標(biāo)注PC/104信號分配與ISA一致J1/P1對應(yīng)著8位的PC/XT，J2/P2對應(yīng)著16位的PC/ATPC/104連接器實物PC/104安裝方式8位模塊結(jié)構(gòu)16位模塊結(jié)構(gòu)PC/104-plusPC/104-plus起源PC/104作為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)普遍應(yīng)用因為，PCI總線的普及，PCI上的技術(shù)資源越來越豐富因為，PC/104(ISA

5、)總線帶寬不能滿足圖像/視頻、高速網(wǎng)絡(luò)等大數(shù)據(jù)量應(yīng)用的要求所以，將PCI總線技術(shù)引入PC/104的架構(gòu)中PC/104-plusPC/104-plus特點兼容過去的PC/104資源增加一個120 pin（4x30）的插座（32位PCI局部總線采用124 pin連接器）PC/104-plus不支持64位擴展、不支持JTAG、PRSNT、CLKRUN信號PC/104-plus機械結(jié)構(gòu)PC/104 & PC/104-plusPC/104PC/104-plus采用龍芯的PC/104-plusPC-104PC-104起源PC/104是ISA緊湊形式PC/104-plus在PC/104的基礎(chǔ)上增加了對PCI

6、總線的支持在PC機中，ISA已經(jīng)被淘汰，硬件（芯片）和軟件集中在PCI總線上發(fā)展在PC/104-plus的基礎(chǔ)上，把原ISA部分刪除，只剩下對PCI的支持PC-104PC-104機械結(jié)構(gòu)PC/104的發(fā)展PC/104PC/104-plusPC-104ISAISA+PCIPCIPC/104系列總線CompactPCI總線什么是CPCICPCI，即CompactPCI、緊湊型PCI，應(yīng)用在一些高性能工業(yè)計算機中Compact PCI是一種基于標(biāo)準(zhǔn)PCI總線的堅固、可靠的高性能總線技術(shù) 1994年P(guān)CIMG提出了Compact PCI技術(shù)，它定義了更加堅固耐用的PCI版本 在電氣、邏輯和軟件方面，它

7、與PCI標(biāo)準(zhǔn)完全兼容 CPCI實物PCI6U CPCI3U CPCI插頭3U CPCICPCI機箱CPCI特點/優(yōu)點業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)PCI芯片組，以低價格提供高性能單總線8個槽，可通過PCI橋擴展 歐式無源背板結(jié)構(gòu)(IEEE 1101.1)高密度氣密2mm針孔接頭 前面板安裝和拆卸 板卡垂直安裝利于冷卻 強抗沖擊和震動特性支持熱插拔工業(yè)計算機的要求堅固：工業(yè)計算機往往要工作在熱、冷、臟、差的環(huán)境，還要能承受一定的沖擊或振動 可靠：MTBF要高。它涉及到電氣部件、機械部件、連接器以及配套的外圍設(shè)備的可靠性 模塊化：除了基本功能，工業(yè)計算機往往還有多種不同用途的I/O，如模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器、視頻接口或其他各

8、種各樣的專用I/O。并且，不同的應(yīng)用對象要求也各異，這就勢必要用模塊化解決 標(biāo)準(zhǔn)化：成功的計算機設(shè)計大都不是一家能做好的，只有基于標(biāo)準(zhǔn)平臺和工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)才能從多個售主獲得好產(chǎn)品 前面板I/O：為了使用方便，工業(yè)計算機往往需要從前面連接I/O，前面板也兼有某些狀態(tài)指示、插卡拔取和鎖緊功能CPCI采用背板安裝CPCI的總線連接器6U的CPCI板結(jié)構(gòu)3U的CPCI板結(jié)構(gòu)CPCI的熱插拔熱插拔功能允許用戶在無需關(guān)掉主程序的同時在線更改、添加、升級CPC I 板卡而不需要重新啟動操作系統(tǒng)CPC I 熱插拔技術(shù)包括熱替換(hot replacement)、熱添加(ho t expansion) 和熱升級(ho

9、 t upgrade)CPCI與PCI最主要的區(qū)別：機械結(jié)構(gòu)；熱插拔CPCI連接器的不等長插針 CompactPCI背板的J1連接器插針分為長針、中長針和短針 長針都是電源和信號地，中長針是PCI信號，IDSEL、BD_SEL#所在插針最短 J2的插針都是中長針 CPCI模塊的熱插入在CompactPCI模塊兩側(cè)設(shè)計有靜電條，模塊插入時首先通過靜電條向機箱放電，消除靜電的影響隨后，模塊電源和信號地首先與底板接通，這時對PCI信號進行預(yù)充電，使這些信號線在與底板總線連接之前維持在1.0V左右的電壓 ，減少熱插入設(shè)備造成的瞬態(tài)干擾 BD_SEL#和IDSEL信號的插針最短，所以模塊插入插槽時，最后

10、連接上是是這兩個信號。模塊的BD_SEL#有效，板上邏輯才可以開始工作；而IDSEL信號連接到總線上后，主處理器可以訪問模塊的配置空間，實現(xiàn)后續(xù)的設(shè)備配置工作 CPCI模塊的熱拔出功能模塊的拔出順序過程與插入過程相反首先是短針的BD_SEL#、IDSEL信號斷開然后需要預(yù)充電的PCI信號電平被調(diào)整到1.0V左右的最后斷開電源和信號地系統(tǒng)卸載該模塊的設(shè)備驅(qū)動程序及相關(guān)資源配置 CompactPCI總線預(yù)充電原理 龍芯CPCIminiPCIminiPCI基本概念miniPCI是PCI的一種小尺寸形式由PCISIG定義是筆記本計算機中可擴展PCI卡的一種形式因為具有小巧的結(jié)構(gòu)，在嵌入式系統(tǒng)中時有所見

11、miniPCI與PCI的轉(zhuǎn)接筆記本電腦中的miniPCIminiPCI在嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用高性能嵌入式系統(tǒng)經(jīng)常需要使用PCI的資源嵌入式系統(tǒng)往往結(jié)構(gòu)緊湊，有機械尺寸的限制。一般不能提供商用計算機的PCI安裝結(jié)構(gòu)miniPCI是嵌入式系統(tǒng)的適用選擇miniPCI的使用可以方便地為嵌入式系統(tǒng)擴充無線網(wǎng)絡(luò)、有線網(wǎng)絡(luò)、Modem、聲卡等功能miniPCI在嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用實例無線投影機網(wǎng)關(guān)投影機便攜機1便攜機2便攜機n802.11g無線網(wǎng)絡(luò)VGA連接系統(tǒng)結(jié)構(gòu)GX533DDR RAMCS5535外部控制器BIOSUSB1USB1USB1USB1聲卡控制器CRT接口MiniPCI插座(無線網(wǎng)卡)CF存儲卡系統(tǒng)

12、實物(正面)GX533CS5535DDR SDRAMUSB VGA BIOS 系統(tǒng)實物(背面)miniPCI插座，擴展無線網(wǎng)卡CF卡插座，存儲WinCEminiPCI的特點/優(yōu)點可升級靈活性強：如配置不同的接口降低系統(tǒng)成本維修方便軟件兼容小尺寸標(biāo)準(zhǔn)化的結(jié)構(gòu)自動配置，容易使用增加系統(tǒng)板的市場壽命靈活的電源管理miniPCI的總線信號PCI局部總線信號PCI電源管理類信號音頻接口信號網(wǎng)絡(luò)接口信號Modem接口信號自定義系統(tǒng)總線自定義系統(tǒng)總線的需求嵌入式系統(tǒng)針對具體應(yīng)用進行設(shè)計，對成本、功耗、機械尺寸、安裝方式有特殊的要求PC/104、CPCI等總線的使用極大降低了系統(tǒng)硬件、軟件的開發(fā)工作量，但是硬件成本很高，只適合工業(yè)、軍事等對價格不敏感的行業(yè)在需要進行模塊化設(shè)計的嵌入式系統(tǒng)中，自定義總線是常見設(shè)計自定義系統(tǒng)總線實例多錄語音記錄器 多路語音記錄器系統(tǒng)功能要求獨立的嵌入式設(shè)備，上電后自行工作支持多路語音同時采集、編碼、存儲、傳輸語音通道數(shù)量在4、8、12、16、20、24、28、32路可配置自定義總線設(shè)計實例系統(tǒng)原理CPURAMFLASH硬盤網(wǎng)絡(luò)A/DA/DA/DA/D編碼編碼編碼編碼RS2