微機原理與接口第3章微機總線與標(biāo)準(zhǔn)接口課件

第3章微機總線與接口標(biāo)準(zhǔn)

3.1總線與接口概述

3.1.1總線和接口及其標(biāo)準(zhǔn)的概念

◆總線：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、數(shù)據(jù)和地址。

1第3章微機總線與接口標(biāo)準(zhǔn)3.1總線與接口概述3.1◆總線標(biāo)準(zhǔn)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)該遵守的一些協(xié)議與規(guī)范?！艚涌跇?biāo)準(zhǔn)外設(shè)接口的規(guī)范，涉及接口信號線定義、信號傳輸速率、傳輸方向和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，以及電氣特性和機械特性等多個方面。2◆總線標(biāo)準(zhǔn)◆接口標(biāo)準(zhǔn)23.1.2總線的分類

1)按總線功能或信號類型劃分為：

數(shù)據(jù)總線：雙向三態(tài)邏輯，線寬表示了總線數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪芰?。地址總線：單向三態(tài)邏輯，線寬決定了系統(tǒng)的尋址能力?？刂瓶偩€：就某根來說是單向或雙向?？刂瓶偩€最能體現(xiàn)總線特點，決定總線功能的強弱和適應(yīng)性。33.1.2總線的分類1)按總線功能或信號類型劃分為：2)按總線的層次結(jié)構(gòu)分為：

CPU總線：微機系統(tǒng)中速度最快的總線，主要在CPU內(nèi)部，連接CPU內(nèi)部部件，在CPU周圍的小范圍內(nèi)也分布該總線，提供系統(tǒng)原始的控制和命令。局部總線：在系統(tǒng)總線和CPU總線之間的一級總線，提供CPU和主板器件之間以及CPU到高速外設(shè)之間的快速信息通道。系統(tǒng)總線：也稱為I/O總線，是傳統(tǒng)的通過總線擴展卡連接外部設(shè)備的總線。由于速度慢，其功能已經(jīng)被局部總線替代。通信總線：也稱為外部總線，是微機與微機，微機與外設(shè)之間進行通信的總線。42)按總線的層次結(jié)構(gòu)分為：CPU總線：微機系統(tǒng)中速度最快3.1.3總線的主要性能參數(shù)1．總線頻率：MHz表示的工作頻率，是總線速率的一個重要參數(shù)。2．總線寬度：指數(shù)據(jù)總線的位數(shù)。3．總線的數(shù)據(jù)傳輸率

總線的數(shù)據(jù)傳輸率=(總線寬度/8位)×總線頻率

例：PCI總線的總線頻率為33.3MHz，總線寬度為64位的情況下，總線數(shù)據(jù)傳輸率為266MB/s。53.1.3總線的主要性能參數(shù)1．總線頻率：MHz表示的工作3.1.4總線標(biāo)準(zhǔn)的特性1．物理特性:2．功能特性:3．電器特性:4．時間特性:總線物理連接方式(電纜式、蝕刻式），總線根數(shù)、插頭和插座形狀，引腳排列等。描述一組總線中每一根線的功能。定義每一根線在什么時候有效，這和總線操作的時序有關(guān)。定義每根線上信號的傳遞方向以及有效電平范圍。一般定義送入CPU的信號為輸入信號，從CPU中送出的信號是輸出信號。低電平有效的信號用信號名上一橫線或信號名后帶#來表示。如CS、REQ#63.1.4總線標(biāo)準(zhǔn)的特性1．物理特性:總線物理連接方式(電3.1.5總線操作和總線傳送控制

一、總線操作的4個階段

1．總線請求和仲裁階段：主模塊向總線仲裁機構(gòu)提出總線使用申請，總線仲裁機構(gòu)決定使用總線的主模塊。2．尋址階段：擁有總線使用權(quán)的主模塊發(fā)出本次要訪問的從模塊的地址及有關(guān)命令，該從模塊被選中并啟動。3．?dāng)?shù)據(jù)傳送階段：主模塊和從模塊間進行雙（單）向數(shù)據(jù)傳送。4．結(jié)束階段：主、從模塊均撤出總線。73.1.5總線操作和總線傳送控制一、總線操作的4個階段二、總線傳送控制1．同步方式

優(yōu)點：1）電路簡單2）適合高速設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸缺點：高速設(shè)備和低速設(shè)備間只能用低速設(shè)備的速度來傳輸數(shù)據(jù)主clk從2．半同步方式

主clk從wait/readywait/ready信號是單向的，不是互鎖的。8二、總線傳送控制1．同步方式優(yōu)點：1）電路簡單主clk從2總線讀周期分成兩個子周期尋址子周期數(shù)據(jù)傳送子周期在兩子周期之間，退出總線，從設(shè)備準(zhǔn)備數(shù)據(jù)。4．分離方式clkaddressdata主從3．異步方式

REQACK比同步方式慢總線頻帶窄總線傳輸周期長9總線讀周期分成兩個子周期4．分離方式clkaddressda3.2ISA總線

C18外內(nèi)A1B1A31B31C1D1D182.5410.16138.5圖3.1ISA總線插槽示意圖工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)，在PC總線基礎(chǔ)上發(fā)展而來，最高工作頻率為8MHz，24根地址線，16位數(shù)據(jù)線，擁有大量接口卡，歷經(jīng)286、386、486和Pentium幾代微機。103.2ISA總線C18外內(nèi)A1B1A31B31C1D1DISA總線的信號

11ISA總線的信號113.3PCI總線

3.3.1PCI總線的特點

獨立于處理器2)傳輸效率高3)多總線共存4)支持突發(fā)傳輸5)支持總線主控方式6)采用同步操作7)支持兩種電壓下的擴展卡8)具有即插即用功能9)合理的管腳安排10)預(yù)留擴展空間123.3PCI總線3.3.1PCI總線的特點獨立于處3.3.2PCI信號定義系統(tǒng)接口信號

CLKIN：PCI系統(tǒng)總線時鐘

最高33MHz/66MHz，最低0Hz。

PCI大部分信號在CLK的上升沿有效。133.3.2PCI信號定義系統(tǒng)接口信號13C/BE[3:0]#T/S：它們是總線命令和字節(jié)使能多路復(fù)用信號線PART/S：針對AD[31:00]和C/BE[3:0]#進行奇偶校驗的校驗位在FRAME#有效的第1個時鐘，AD[31:00]上傳送的是32位地址，稱為地址期。在IRDY#和TRDY#同時有效時，AD[31:00]上傳送的為32位數(shù)據(jù)，稱為數(shù)據(jù)期。2.地址與數(shù)據(jù)接口信號AD[31:00]T/S：它們是地址、數(shù)據(jù)多路復(fù)用的輸入/輸出信號地址期內(nèi)是總線命令，數(shù)據(jù)期內(nèi)是字節(jié)使能信號。

14C/BE[3:0]#T/S：它們是總線命令和字節(jié)使能3.接口控制信號FRAME#S/T/S：幀周期信號

IRDY#S/T/S：主設(shè)備準(zhǔn)備好信號TRDY#S/T/S：從設(shè)備準(zhǔn)備好信號STOP#S/T/S：從設(shè)備發(fā)出的要求主設(shè)備終止當(dāng)前的數(shù)據(jù)傳送的信號。LOCK#S/T/S：鎖定信號IDSELIN：初始化設(shè)備選擇信號，訪問配置空間的時候作為片選DEVSEL#S/T/S：設(shè)備選擇信號，由常規(guī)訪問期間被選中的從設(shè)備驅(qū)動FRAME#信號無效表示傳輸進入最后一個數(shù)據(jù)期。153.接口控制信號FRAME#信號無效表示傳輸進入最后一個數(shù)據(jù)4.仲裁接口信號REQ#T/S：總線占用請求信號GNT#T/S：總線占用允許信號5.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SERR#O/D：系統(tǒng)錯誤報告信號6.中斷接口信號PCI有4條中斷線，分別是INTA#、INTB#、INTC#、INTD#，電平觸發(fā)，多功能設(shè)備可以任意選擇一個或多個中斷線，單功能設(shè)備只能用INTA#。164.仲裁接口信號5.錯誤報告接口信號6.中斷接口信號167.64位總線擴展信號AD[63:32]T/S：擴展的32位地址和數(shù)據(jù)多路復(fù)用線C/BE[7:4]#T/S：總線命令和字節(jié)使能多路復(fù)用擴展信號線REQ64#S/T/S，64位傳輸請求信號ACK64#S/T/S：64位傳輸允許信號PAR64T/S：奇偶雙字節(jié)校驗177.64位總線擴展信號173.3.3PCI插槽和PCI擴展卡

1.PCI插槽5V32位插槽5V64位插槽3.3V32位插槽3.3V64位插槽連接卡口a.4種PCI卡插槽A1外內(nèi)A49A52B1B49B52A62B621.273.8277.48b.5V32位PCI插槽183.3.3PCI插槽和PCI擴展卡1.PCI插槽5V2.PCI插卡ICICIC1.9160.9612.741.680外邊里邊192.PCI插卡ICICIC1.9160.9612.741.3.3.4PCI總線命令

表3.3PCI總線命令表C/BE[3:0]#命令類型說明C/BE[3:0]#命令類型說明0000中斷響應(yīng)1000保留0001特殊周期1001保留0010I/O讀(從I/O端口地址中讀數(shù)據(jù))1010配置讀0011I/O寫(向I/O端口地址中寫數(shù)據(jù))1011配置寫0100保留1100存儲器多行讀0101保留1101雙地址周期0110存儲器讀(從內(nèi)存空間映像中讀數(shù))1110存儲器行讀0111存儲器寫(向內(nèi)存空間映像中寫)1111存儲器寫并無效203.3.4PCI總線命令表3.3PCI總線命令表C/3.3.5PCI總線協(xié)議1．PCI總線的傳輸控制遵循的管理規(guī)則：(1)FRAME#和IRDY#定義了總線的忙/閑狀態(tài)。11空閑、00數(shù)據(jù)、10最后一個數(shù)據(jù)、01等待狀態(tài)。(2)一旦FRAME#信號被置為無效，在同一傳輸期間不能重新設(shè)置。(3)除非設(shè)置IRDY#信號，一般情況下不能設(shè)置FRAME#信號無效。(4)一旦主設(shè)備設(shè)置了IRDY#信號，直到當(dāng)前數(shù)據(jù)期結(jié)束為止，主設(shè)備一般不能改變IRDY#信號和FRAME#信號的狀態(tài)。213.3.5PCI總線協(xié)議1．PCI總線的傳輸控制遵循的管2．PCI總線的尋址（采用分散地址譯碼技術(shù)）表3.4AD[1:0]和C/BE[3:0]#對應(yīng)關(guān)系表AD1AD0C/BE3#C/BE2#C/BE1#C/BE0#00×××001××0110×011110111(1)I/O地址空間在I/O地址空間，32位AD線全部被用來提供一個完整的地址編碼（字節(jié)地址）。

AD[1:0]和C/BE[3:0]指明傳輸?shù)淖畹陀行ё止?jié)。222．PCI總線的尋址（采用分散地址譯碼技術(shù)）表3.4AD[(2)內(nèi)存地址空間(3)配置地址空間3101雙字邊界對齊的起始地址200 地址遞增01 Cache行切換1X 保留701雙字邊界對齊的起始地址200 選擇該設(shè)備01 訪問該橋路后設(shè)備1X 保留23(2)內(nèi)存地址空間(3)配置地址空間3101雙字邊界3．字節(jié)使能4．PCI總線的驅(qū)動與過渡PCI總線上不能進行字節(jié)的交換。但是，具有64位通道的主設(shè)備可以進行DWORD（雙字）的交換。主設(shè)備可以在每個新數(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。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)。在每個地址（數(shù)據(jù)）期中，所有的AD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)使能信號表明無效的字節(jié)所對應(yīng)的AD線。從一個設(shè)備驅(qū)動總線到另一個設(shè)備驅(qū)動PCI總線之間設(shè)置一個過渡期，又稱為交換周期，以防止總線訪問沖突。243．字節(jié)使能4．PCI總線的驅(qū)動與過渡PCI總5．設(shè)備選擇CLKFRAME#IRDY#TRDY#DEVSEL#12345678FASTMEDSLOW……圖3.6設(shè)備選擇的時序關(guān)系注意DEVSEL#與FRAME#、TRDY#的關(guān)系，無DEVSEL#信號時的處理。DEVSEL#由從設(shè)備共享使用，并由被選中的從設(shè)備驅(qū)動。255．設(shè)備選擇CLKFRAME#IRDY#TRDY#DEVS3.3.6PCI總線數(shù)據(jù)傳輸過程

1．總線上的讀操作CLKFRAME#123456789ADC/BE#IRDY#TRDY#DEVSEL#ADDRESSDATA1DATA2DATA3BUSCMDBE#s地址期數(shù)據(jù)期數(shù)據(jù)期數(shù)據(jù)期PCI讀操作時序263.3.6PCI總線數(shù)據(jù)傳輸過程1．總線上的讀操作C2．總線上的寫操作CLKFRAME#123456789ADC/BE#IRDY#TRDY#DEVSEL#ADDRESSDATA2DATA1DATA3BUSCMD地址期數(shù)據(jù)期數(shù)據(jù)期數(shù)據(jù)期PCI寫操作時序BEs1BEs2BEs3272．總線上的寫操作CLKFRAME#123456789AD3．傳輸?shù)慕K止過程(1)由主設(shè)備提出的終止(2)由從設(shè)備提出的終止傳輸結(jié)束超時(GNT#信號在內(nèi)部延時計數(shù)器滿后仍無效)死鎖后重試斷開（8個時鐘周期內(nèi)從設(shè)備不能對主設(shè)備做出響應(yīng)）。撤消FRAME#，建立IRDY#，直到TRDY#有效后傳輸完最后一個數(shù)據(jù)發(fā)出STOP#信號并保持其有效，直到FRAME#撤消為止。283．傳輸?shù)慕K止過程(1)由主設(shè)備提出的終止(2)由PCI總線上的所有傳輸操作中，F(xiàn)RAME#、IRDY#、TRDY#和STOP#遵循的規(guī)則：當(dāng)STOP#信號有效時，F(xiàn)RAME#應(yīng)該在其后的2~3個時鐘周期內(nèi)盡快撤消，但撤消時應(yīng)使IRDY#有效，從設(shè)備應(yīng)無條件的保持STOP#的有效狀態(tài)直到FRAME#撤消為止。FRAME#撤消后，STOP#也應(yīng)該緊跟著撤消。在任何時鐘的上升沿，如果STOP#和TRDY#同時有效，就表示是傳輸?shù)淖詈笾芷?，IRDY#要在下一個時鐘的上升沿之前撤消，表示傳輸?shù)慕Y(jié)束。

對于被目標(biāo)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。

29PCI總線上的所有傳輸操作中，F(xiàn)RAME#、IRDY#、TR3.3.7總線仲裁

PCI總線采用集中式的同步仲裁方法中央仲裁器PCI主設(shè)備APCI主設(shè)備BREQ#REQ#GNT#GNT#303.3.7總線仲裁PCI總線采用集中式的同步仲裁方法中央CLKFRAME#1234567ADGNT#-BIRDY#TRDY#GNT#-A地址數(shù)據(jù)A存取B存取兩個主設(shè)備之間的PCI總線仲裁REQ#-BREQ#-A地址數(shù)據(jù)cabdefg31CLKFRAME#1234567ADGNT#-BIRDY#T1、PCI設(shè)備的配置空間定義一個PCI總線配置空間的目的在于提供一套適當(dāng)?shù)呐渲么胧?，使之實現(xiàn)完全的設(shè)備再定位而無需用戶干預(yù)安裝、配置和引導(dǎo)，并由與設(shè)備無關(guān)的軟件進行系統(tǒng)地址映射。

所有PCI設(shè)備都必須實現(xiàn)PCI協(xié)議規(guī)定必需的配置寄存器，以便系統(tǒng)加電的時候利用這些寄存器的信息來進行系統(tǒng)配置。對PCI的配置訪問實際上就是訪問設(shè)備的配置寄存器。

在系統(tǒng)啟動的時候由BIOS代碼執(zhí)行設(shè)備配置。一旦即插即用OS（如Windows2000/XP）啟動后，控制就傳遞給OS，OS接管設(shè)備管理。3.3.8PCI總線配置321、PCI設(shè)備的配置空間定義一個PCI總線配置空間的目的2、配置空間頭區(qū)域及功能332、配置空間頭區(qū)域及功能33(1)設(shè)備識別

頭區(qū)域有7個寄存器（字段）用于設(shè)備的識別。(2)設(shè)備控制表現(xiàn)在命令寄存器為發(fā)出和響應(yīng)PCI總線命令提供了對設(shè)備粗略的控制。(3)設(shè)備狀態(tài)

狀態(tài)寄存器用于記錄PCI總線有關(guān)操作的狀態(tài)信息。注意：該寄存器的有些位是只可清不可置，對這些位的寫，被解釋為對該位清零。例如，為了清位14而不影響其他位，應(yīng)向該寄存器寫0100000000000000B

34(1)設(shè)備識別(2)設(shè)備控制(3)設(shè)備狀態(tài)34(4)基址寄存器

PCI設(shè)備的配置空間可以在微處理器決定的地址空間中浮動，以便簡化設(shè)備的配置過程。系統(tǒng)初始化代碼在引導(dǎo)操作系統(tǒng)之前，必須建立一個統(tǒng)一的地址映射關(guān)系，以確定系統(tǒng)中有多少存儲器和I/O控制器，它們需要占用多少地址空間。當(dāng)確定這些信息之后，系統(tǒng)初始化代碼便可以把I/O控制器映射到合理的地址空間并引導(dǎo)系統(tǒng)。為了使這種映射能夠做到與相應(yīng)的設(shè)備無關(guān)，在配置空間的頭區(qū)域中安排了一組供映射時使用的基址寄存器。35(4)基址寄存器PCI設(shè)備的配置空間可以在微處理器決定的10I/O空間指針規(guī)范規(guī)定每個I/O基地址下的端口數(shù)不得大于256。31210基地址0預(yù)取使能存儲空間指針0032位地址空間任意映射0132位地址空間1M字節(jié)以內(nèi)映射（已經(jīng)不用）10

64位地址空間任意映射

11

保留31(63)3210基地址保留返回3610I/O空間指針規(guī)范規(guī)定每個I/O基地址下的端口數(shù)具體實現(xiàn)的過程中，除了低四位由硬件滿足上述要求外，高位部分實際設(shè)置位數(shù)視映射多大地址空間范圍而定，根據(jù)地址范圍，決定高多少位需要設(shè)置，這些位被設(shè)置成可寫，高位部分的其它位用硬件使其為0，并只可讀?；刂吩O(shè)置過程：系統(tǒng)初始化程序向基地址寄存器寫全1系統(tǒng)初始化程序讀出基地址寄存器的內(nèi)容系統(tǒng)初始化程序判斷設(shè)備需要的地址空間大小系統(tǒng)初始化程序分配基地址并寫回到該基地址寄存器如設(shè)備需要使用1MB的存儲空間，硬件實現(xiàn)基地址寄存器的時候應(yīng)該使位0，位4～位19由硬件使其保持為037具體實現(xiàn)的過程中，除了低四位由硬件滿足上述要求外，高位部分實舉例1：系統(tǒng)初始化向基址寄存器寫全1后讀出的值=FFF00000h位0=0，表示是一個存儲器地址空間映射位[2:1]=00b，它是32位存儲器映射位3=0，表示它不是預(yù)取存儲器。位[31:4]第一個為1的是位20，表示映射的存儲空間為220＝1MB。

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。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，該基址應(yīng)該是1MB邊界的，如：FFF00000H,FFE00000H,FE000000H等。問：FFF10000H地址能不能做該設(shè)備存儲基址？38舉例1：系統(tǒng)初始化向基址寄存器寫全1后讀出的值=FFF000舉例2：基址寄存器的值=FFFFFF01h位0=1，表示是一個I/O地址空間映射位[31:2]

第一個為1的是位8，表示映射的I/O空間為28＝256。

這意味著I/O映射的基地址應(yīng)該是256的整數(shù)倍。39舉例2：基址寄存器的值=FFFFFF01h位0=1，表示是一最大/最小映射地址空間是多少？最大/最小存儲映射地址空間最小存儲映射地址空間=16字節(jié)（24）最大存儲映射地址空間=2GB（231）最大/最小I/O映射地址空間最小I/O映射地址空間=4字節(jié)（22）最大存儲映射地址空間=256字節(jié)（協(xié)議規(guī)定）轉(zhuǎn)前40最大/最小映射地址空間是多少？最大/最小存儲映射地址空間最小擴展ROM訪問允許31111010基地址保留擴展ROM基地址寄存器擴展ROM基地址=FFFF0001h位0=1，表示擴展ROM訪問允許位[31:11]

第一個為1的是位16，表示映射的存儲空間為64K。

這意味著ROM映射的基地址應(yīng)該起始于64KB的邊界141擴展ROM訪問允許31(5)頭區(qū)域中其它寄存器

中斷引腳寄存器

8位只讀寄存器，指明設(shè)備使用了PCI的哪個中斷引腳。1代表INTA#，2為INTB#……中斷請求線寄存器

8位可讀/寫寄存器，指明設(shè)備的中斷引腳和PC機的8259A的哪個中斷輸入線連。Min_Gnt/Max_lat寄存器

Min_Gnt用來指定設(shè)備需要多長的突發(fā)傳輸時間。Max_lat用來表示對PCI總線進行訪問的頻繁程度。42(5)頭區(qū)域中其它寄存器中斷引腳寄存器中斷請求線寄存器2．配置空間的訪問(1)配置空間訪問時目標(biāo)設(shè)備的選擇對于某一PCI設(shè)備，1)只有當(dāng)輸入它的IDSEL信號有效，2)并且在地址期內(nèi)AD[1:0]為00時，才能被作為配置訪問的目標(biāo)設(shè)備。

432．配置空間的訪問(1)配置空間訪問時目標(biāo)設(shè)備的選擇對(2)配置空間訪問的類型·0類配置空間訪問對（正在運行的）當(dāng)前PCI總線上的目標(biāo)設(shè)備配置寄存器所進行的訪問。被配置訪問的目標(biāo)設(shè)備必須在地址期采樣到其IDSEL輸入信號有效，且AD[1∶0]必須為00。地址期，AD[1∶0]必須為00；AD[10∶8]用于選擇物理設(shè)備的八種功能之一；AD[7∶2]為選擇該功能設(shè)備的配置寄存器號(雙字號）。AD[31:11]可用于連接各設(shè)備的IDSEL信號數(shù)據(jù)期，AD[31∶0]傳送的是配置讀/寫數(shù)據(jù)。44(2)配置空間訪問的類型·0類配置空間訪問44·1類配置空間訪問對（通過PCI/PCI橋連接的）下一級PCI總線上的目標(biāo)設(shè)備(配置寄存器)所進行的訪問。地址期，AD[1∶0]必須為01；AD[10∶8]作為選擇物理設(shè)備的八種功能之一。AD[7∶2]為選擇該功能設(shè)備的配置寄存器號；AD[15∶11]用于存放第二級總線上被選中設(shè)備的IDSEL號，AD[23∶16]放總線號。橋片中也有橋配置空間寄存器，存放有總線號和次級總線號等信息。一旦PCI/PCI橋檢測到1類配置訪問，就有三種情況，須分別進行處理。45·1類配置空間訪問45橋A橋B設(shè)備設(shè)備CPU總線PCI總線0PCI總線1如果要訪問的總線號既不同于橋的第二級總線號，也不在橋的第二級總線號的下級總線范圍內(nèi)，那么橋?qū)⒑雎员敬卧L問。如果總線號不同于橋的第二級總線，但在橋的第二級總線號的下級總線范圍內(nèi)，那么橋?qū)⒈敬卧L問作為1類配置訪問傳遞給第二級總線。配置命令從第一級傳遞到第二級C/BE#總線。如果總線號與橋的第二級總線號相同，那么橋?qū)⒈敬卧L問作為0類配置訪問傳遞給第二級總線。AD[10:2]直接從橋的第一級傳遞到第二級AD總線。AD[15:11]的設(shè)備號用于決定第二級總線上哪個設(shè)備的IDSEL信號被設(shè)置有效。配置命令從第一級傳遞到第二級C/BE#總線。46橋A橋B設(shè)備設(shè)備CPU總線PCI總線0PCI總線1如果要訪問針對x86兼容的系統(tǒng)，PCI協(xié)議定義了將處理器發(fā)出的I/O訪問識別為配置訪問，或?qū)⑻幚砥靼l(fā)出的存儲器訪問轉(zhuǎn)換為配置訪問的轉(zhuǎn)換機構(gòu)，稱為配置機構(gòu)。(3)配置訪問的訪問方法配置機構(gòu)是利用兩個32位的I/O端口寄存器來訪問PCI設(shè)備的配置空間的。配置地址端口寄存器（I/O地址為0CF8H~0CFBH）配置數(shù)據(jù)端口寄存器（I/O地址為0CFCH~0CFFH）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。（32位寫）第二步，執(zhí)行一次對配置數(shù)據(jù)端口寄存器的讀/寫。47針對x86兼容的系統(tǒng)，PCI協(xié)議定義了將處理器發(fā)出的3.3.9PCIBIOS

初始化程序只能通過PCIBIOS才能訪問PCI配置寄存器。PCIBIOS再通過配置地址端口寄存器和配置數(shù)據(jù)端口寄存器實現(xiàn)其功能。1、16位PCIBIOS的調(diào)用

通過INT1AH實現(xiàn)：AH=B1H，AL為子功能號。2、32位PCIBIOS的調(diào)用

確認(rèn)32位BIOS是否存在；確認(rèn)BIOS是否支持PCIBIOS，取得PCIBIOS入口地址；通過對PCIBIOS入口地址的遠(yuǎn)程調(diào)用來實現(xiàn)：AH=B1H，AL為子功能號。483.3.9PCIBIOS初始化程序只能通過PC3.3.10PCI總線的繼承者——PCIExpress1.主要關(guān)鍵技術(shù)：在兩個設(shè)備之間點對點串行互聯(lián)雙通道，高帶寬，傳輸速度快靈活擴展性低功耗，并有電源管理功能支持設(shè)備熱撥插和熱交換在軟件層保持與PCI以及PCI-X總線兼容使用小型連接，節(jié)約空間，減少串?dāng)_采用類似于網(wǎng)絡(luò)通信中的OSI分層模式，具有數(shù)據(jù)包和層協(xié)議架構(gòu)493.3.10PCI總線的繼承者——PCIExpress2.PCI-Express的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)北橋集成根組件終端PCIExpress－PCI橋終端終端終端終端終端端點PCI插槽交換器存儲器502.PCI-Express的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)北橋集成根組件終端PC3.4.1USB系統(tǒng)組成1.USB的硬件USB主控制器/根集線器

主控制器負(fù)責(zé)將并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成串行，并將數(shù)據(jù)傳給根集線器。根集線器控制USB端口的電源，激活和禁止端口，識別與端口相連的設(shè)備，設(shè)置和報告與每個端口相連的狀態(tài)事件。

USB集線器(USBHub)

完成USB設(shè)備的添加（擴展）、刪除和電源管理等。

USB設(shè)備

HUB設(shè)備和功能設(shè)備（外設(shè)），外設(shè)含一定數(shù)量獨立的寄存器端口（端點）。外設(shè)有一個惟一的地址。通過這個地址和端點號，主機軟件可以和每個端點通信。數(shù)據(jù)的傳送是在主機軟件和USB設(shè)備的端點之間進行的。3.4通用串行總線USB

513.4.1USB系統(tǒng)組成1.USB的硬件USB主控制器USB設(shè)備驅(qū)動程序

在USB外設(shè)中，通過I/O請求包將請求發(fā)送給USB設(shè)備中的USB（從）控制器。USB驅(qū)動程序

在主機中，當(dāng)設(shè)置USB設(shè)備時讀取描述器以獲取USB設(shè)備的特征，并根據(jù)這些特征，在發(fā)生請求時組織數(shù)據(jù)傳輸。USB驅(qū)動程序可以是捆綁在操作系統(tǒng)中，也可以是以可裝載的驅(qū)動程序形式加入到操作系統(tǒng)中。USB主控制器驅(qū)動程序

完成對USB事務(wù)交換的調(diào)度，并通過根Hub或其他的Hub完成對交換的初始化。

2.USB的軟件52USB設(shè)備驅(qū)動程序

在USB外設(shè)中，通過I/O請求包將3.USB的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

PCI總線宿主機USB主控制器/根Hub高速電話高速顯示器高速集線器高速麥克風(fēng)揚聲器高速揚聲器高速鍵盤高速低速麥克風(fēng)麥克風(fēng)低速高速=480Mb/s全速=12Mb/s低速=1.5Mb/sUSB的層次拓?fù)鋱D533.USB的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)PCI總線宿主機USB主控制器/根H3.4.2USB系統(tǒng)的接口信號和電氣特性

1.接口信號線高/全/低速USB收發(fā)器(主機或集線器端口)高/全速USB收發(fā)器(主機端口或高速設(shè)備)+5vdcD+D-地15KΩ15KΩ+3.0~3.6vdc1.5KΩD+D-高/全/低速USB收發(fā)器(主機或集線器端口)低速USB收發(fā)器(低速設(shè)備)+5vdcD+D-地15KΩ15KΩ+3.0~3.6vdc1.5KΩD+D-USB集成器和設(shè)備的電阻連接USB數(shù)據(jù)線USB數(shù)據(jù)線543.4.2USB系統(tǒng)的接口信號和電氣特性1.接口信號線USB常用信號電平（全速設(shè)備，低速設(shè)備電平相反）總線狀態(tài)信號電平發(fā)送端接受器端差分“1”D+>2.8V并且D-<0.3V(D+)-(D-)>200mV并且D+>2.0V差分“0”D->2.8V并且D+<0.3V(D-)-(D+)>200mV并且D->2.0V單端點0(SE0)D+和D-<0.3VD+和D-<0.8V數(shù)據(jù)J狀態(tài)差分“1”（不是邏輯1）差分“1”數(shù)據(jù)K狀態(tài)差分“0”（不是邏輯0）差分“0”恢復(fù)狀態(tài)數(shù)據(jù)K狀態(tài)數(shù)據(jù)K狀態(tài)閑置狀態(tài)N.A.D+>2.7V并且D-<0.8V55USB常用信號電平（全速設(shè)備，低速設(shè)備電平相反）總線狀態(tài)信總線狀態(tài)發(fā)送端接收端高速差分“1”360mV≤D+≤440mV;-10mV≤D-≤10mV

高速差分“0”360mV≤D-≤440mV;-10mV≤D+≤10mV

高速J狀態(tài)高速差分“1”高速差分“1”高速K狀態(tài)高速差分“0”高速差分“0”ChirpJ狀態(tài)700mV≤D+－D-≤1100mVChirpK狀態(tài)-900mV≤D+－D-≤-500mV高速閑置(Idle)狀態(tài)NA-10mV≤(D-,D+)≤10mV高速包開始(HSSOP)數(shù)據(jù)線從高速閑置狀態(tài)轉(zhuǎn)換到高速J狀態(tài)或高速K狀態(tài)高速包結(jié)束(HSEOP)數(shù)據(jù)線從高速J狀態(tài)或高速K狀態(tài)轉(zhuǎn)換到高速閑置狀態(tài)高速USB總線狀態(tài)與其信號電平

56總線狀態(tài)發(fā)送端接收端高速差分“1”360mV≤設(shè)備接入到端口上的過程設(shè)備從端口上斷開過程D+和D-的電壓全部下降到0.8V并維持2.5s連接狀態(tài)斷開狀態(tài)數(shù)據(jù)包傳送結(jié)束過程保持信號線2個位傳輸時間的SE0狀態(tài)，之后保持1個位傳輸時間的J狀態(tài)。傳送狀態(tài)閑置狀態(tài)D+或D-的電壓上升到2.5(2.7)V斷開狀態(tài)閑置狀態(tài)維持2.5s以上連接狀態(tài)信號線跳變到其反向邏輯電平數(shù)據(jù)K狀態(tài)閑置狀態(tài)數(shù)據(jù)包傳送開始過程差分?jǐn)?shù)據(jù)線按傳送數(shù)據(jù)變換傳送狀態(tài)57設(shè)備接入到端口上的過程設(shè)備從端口上斷開過程D+和D-的電壓全高/全速設(shè)備被接入的判斷D+線電壓上升，則首先判斷為全速設(shè)備。主機在識別到一個新設(shè)備后要求集線器復(fù)位(Reset)連接端口，此時數(shù)據(jù)線進入E0狀態(tài)至少10ms。復(fù)位期間，高速設(shè)備會發(fā)出一個ChirpK，集線器檢測到該chirtp后，會回應(yīng)一串ChirpK與J。得到這個ChirpKJKJKJ序列后，設(shè)備斷開D+線上的上拉電阻，使能高速終端，進入高速缺省狀態(tài)。如果在復(fù)位期間集線器一直沒有檢測到ChirpK，則說明接入的是全速設(shè)備。如果高速設(shè)備發(fā)出ChirpK后一直得不到集線器回應(yīng)的ChirpKJKJKJ序列，則說明集線器不支持高速設(shè)備，則設(shè)備依然回到全速狀態(tài)。58高/全速設(shè)備被接入的判斷D+線電壓上升，則首先判斷為全速設(shè)備2.電氣特性對地電源電壓為4.75~5.25V，設(shè)備吸入的最大電流值為500mA。第一次被主機檢測到時，設(shè)備吸入的電流<100mA自給供電總線供給592.電氣特性自給供電593.NRZI編碼原始數(shù)據(jù)空閑填充數(shù)據(jù)填充位NRZI碼000111111011011000111111011011位填充和NRZI編碼00011111111011NRZI的編碼方法不需獨立的時鐘信號和數(shù)據(jù)一起發(fā)送，電平跳變代表“0”，沒有電平跳變代表“1”。在數(shù)據(jù)被編碼前，在數(shù)據(jù)流中每6個連續(xù)的“1”后插入1個“0”，從而強迫NRZI碼發(fā)生變化，也順便讓收發(fā)雙放對準(zhǔn)一次時鐘，接收端必須去掉這個插入的“0”。

演示603.NRZI編碼原始空閑填充填充位NRZI碼003.4.3USB數(shù)據(jù)流類型和傳輸類型

◆

USB數(shù)據(jù)流類型有四種：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。

◆

USB有4種基本的傳輸類型2．批傳輸：單/雙向，用于大批數(shù)據(jù)傳輸，要求準(zhǔn)確，出錯重傳。時間性不強。1．控制傳輸：雙向，用于配置設(shè)備或特殊用途，發(fā)生錯誤需重傳。當(dāng)USB主機檢測時，設(shè)備必須要用端點0完成和主機交換信息的控制傳送。3．中斷傳輸：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。4．等時傳輸：單/雙向，用于連續(xù)實時的數(shù)據(jù)傳輸，時間性強，但出錯無需重傳。傳輸速率固定。613.4.3USB數(shù)據(jù)流類型和傳輸類型◆USB數(shù)據(jù)流類型3.4.4USB交換的包格式標(biāo)志包數(shù)據(jù)包握手包一次交換（事務(wù)處理）等時傳輸無握手包交換完畢，進入幀結(jié)束間隔區(qū)發(fā)送方把D+和D-上的電壓降低到0.8V以下，并保持2個位的傳輸時間，然后維持1個位傳輸時間的J狀態(tài)表示包結(jié)束，之后進入閑置狀態(tài)。每次交換均由主機發(fā)起，對中斷傳輸，亦由主機發(fā)送查詢包取得中斷信息。幀結(jié)束間隔區(qū)623.4.4USB交換的包格式標(biāo)志包數(shù)據(jù)包握手包一次交換（事表3.6包的類型(陰影部分是USB2.0規(guī)范)PID類型PID名稱PID[3:0]描述標(biāo)志包OUT0001b具有PID、類型檢查、設(shè)備地址、端點號和CRC域的宿主到功能設(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SOF0101b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。數(shù)據(jù)包DATA00011b數(shù)據(jù)包0DATA11011b數(shù)據(jù)包1DATA20111b為幀中高速、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63表3.6包的類型(陰影部分是USB2.0規(guī)范)PID類型P握手包ACK0010b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STALL1110b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)答特殊包PRE1100b(Token)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SPLIT1000b高速分離交換標(biāo)志PING0100b為批或控制端點傳輸而設(shè)置的高速流控制探測Reserved0000b保留64ACK0010b接收設(shè)備發(fā)的接受數(shù)據(jù)正確的應(yīng)答包NAK101包的一般格式SYNCPID包特定信息CRC8位(32位)8位n位5位或16位SYNC：同步序列PID：包標(biāo)識別，發(fā)送從低位到高位所有數(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10000000B(1.1版本)PID0PID1LSbPID2PID3PID0#PID1#PID2#PID3#MSb低4位放PID高4位放PID的反碼數(shù)據(jù)為10000000000000000000000000000000B(2.0版本)65包的一般格式SYNCPID包特定信息CRC8位(32位)1.包的種類及格式(1)幀開始包（SOF）（一幀持續(xù)時間為1ms）SYNCPIDFRAMENUMBERCRC8/32位幀開始包格式8位11位5位編碼數(shù)據(jù)0000000110100101LSbMSb演示661.包的種類及格式(1)幀開始包（SOF）（一幀持續(xù)SYCNPIDADDRENDPCRC8/32位接受和發(fā)送包的格式8位7位4位5位(2)接受包（IN）(3)發(fā)送包（OUT）接受交換包括了全部4種傳輸類型接受交換:根Hub廣播接受包目標(biāo)設(shè)備返回數(shù)據(jù)包根Hub發(fā)握手包。（等時傳輸無握手包）發(fā)送交換:根Hub廣播發(fā)送包根Hub發(fā)數(shù)據(jù)包目標(biāo)設(shè)備發(fā)握手包（批傳輸才有握手包）發(fā)送交換包括了除中斷傳輸外的其他3種傳輸類型67SYCNPIDADDRENDPCRC8/32位2．?dāng)?shù)據(jù)包DATACRCSYNCPID8位USB1.1數(shù)據(jù)包格式8位0~8184位(1023B)16位SYNCPIDDATACRC32位USB2.0數(shù)據(jù)包格式8位0~8192位(1024B)16位(4)設(shè)置包（SETUP）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IN或OUT交換，或只包含一個從端點傳到主機的狀態(tài)682．?dāng)?shù)據(jù)包DATACRCSYNCPID8位USB1.1數(shù)據(jù)SYCNPID8/32位握手包的格式8位3．握手包

4．特殊包數(shù)據(jù)接受方發(fā)向數(shù)據(jù)發(fā)送方只有SYNC和PID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PID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4個高速字節(jié)時間低速設(shè)備只支持控制傳輸與中斷傳輸與低速設(shè)備交換數(shù)據(jù)只有8字節(jié)69SYCNPID8/32位握手包的格式8位3．握手包43.4.5USB設(shè)備狀態(tài)和總線枚舉

主機HUB設(shè)備1.1設(shè)備接入[連接狀態(tài)]1.2通知有設(shè)備接入2檢測Hub,確認(rèn)有接入3使能該端口，發(fā)RESET命令4發(fā)RESET信號，供電[上電狀態(tài)]5.1利用默認(rèn)端點0讀設(shè)備描述器6.2分發(fā)地址[地址狀態(tài)]7.2讀配置信息7.1按地址讀設(shè)備配置信息8.2寫配置信息[配置狀態(tài)]8.1按地址設(shè)設(shè)備配置信息6.1給設(shè)備分發(fā)地址5.2讀設(shè)備描述器[地址默認(rèn)狀態(tài)]703.4.5USB設(shè)備狀態(tài)和總線枚舉主機1.1設(shè)備3.4.6USB2.0的補充——OTG技術(shù)USBOn-The-Go(OTG)是對USB2.0規(guī)范的有益的擴充。這類設(shè)備既可以作為USB設(shè)備與PC機相連，又可以作為USB主機連接其它USB設(shè)備。因此，這類設(shè)備可以拋棄PC，直接進行設(shè)備與設(shè)備之間的點對點(peartopear)通信。USBOn-The-Go在USB規(guī)范基礎(chǔ)上增加了以下幾點雙重功能。設(shè)備既可用作主機也可用作外設(shè)主機交流協(xié)議HNP用于轉(zhuǎn)換USB主機和外設(shè)功能對話請求協(xié)議除小和大功率之外增加了微功率選擇超小連接器713.4.6USB2.0的補充——OTG技術(shù)USBUSBOn-The-Go設(shè)備定義了一個新的稱之為mini-AB的袖珍插孔，它能接入mini-A和mini-B插頭。連接器的不同定義設(shè)備的初始功能。VBUSD+D-GNDID‘1’:SlaveB設(shè)備‘0’:MasterA設(shè)備mini-B插頭mini-A插頭VCCVCC72USBOn-The-Go設(shè)備定義了一個新的稱之為mini兩個OTGRTR(主/從雙角色)設(shè)備相連，可以用主機交流協(xié)議(HNP)隨時切換主機角色。步驟如下：A設(shè)備發(fā)出SET_FEATURE命令后，B設(shè)備可請求總線控制權(quán)。A設(shè)備掛起總線，通知B設(shè)備可占用總線。B設(shè)備發(fā)送信號，斷開A設(shè)備連接。A設(shè)備啟動D+線本方的上拉電阻，將D+置高。此時A設(shè)備成為外設(shè)，B設(shè)備成為主機。B設(shè)備完成對總線控制后，啟動D+線本方的上拉電阻，放棄對總線的控制。在以上電平變換的同時，通過軟件實現(xiàn)真正的對總線的控制權(quán)變化。73兩個OTGRTR(主/從雙角色)設(shè)備相連，可以用主機交流協(xié)3.4.7開發(fā)具有USB功能的設(shè)備的先期準(zhǔn)備1.分清開發(fā)的設(shè)備類型嵌入式USB主機USBHub基于HID(人機接口設(shè)備)的USB設(shè)備USBOTG設(shè)備2.選擇合適的控制芯片內(nèi)嵌USB模塊和嵌入式CPU核的SOC芯片內(nèi)嵌單片機內(nèi)核的USB控制芯片可與其它嵌入式CPU相連的單獨USB控制芯片743.4.7開發(fā)具有USB功能的設(shè)備的先期準(zhǔn)備1.分清開發(fā)3.一般的開發(fā)步驟根據(jù)選擇的器件和要實現(xiàn)的功能，設(shè)計相關(guān)電路。編制軟件（根據(jù)不同應(yīng)用，設(shè)計其中部分或全部軟件）。

-設(shè)備驅(qū)動程序(對USB設(shè)備，或OTG設(shè)備)

-USB主機設(shè)備的控制程序（對主機或OTG設(shè)備，如完成枚舉功能等）

-主機和設(shè)備的角色切換驅(qū)動（對OTG設(shè)備）

-編寫相關(guān)的PC端軟件4.目前常見的控制芯片OTG芯片：ISP1362，OTG243主機/設(shè)備芯片：SL811HS，ISP1161設(shè)備芯片：PDIUSBD12，ISP1581HUB芯片：GL652USB753.一般的開發(fā)步驟根據(jù)選擇的器件和要實現(xiàn)的功能，設(shè)計相關(guān)電路第3章微機總線與接口標(biāo)準(zhǔn)

3.1總線與接口概述

3.1.1總線和接口及其標(biāo)準(zhǔn)的概念

◆總線：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、數(shù)據(jù)和地址。

76第3章微機總線與接口標(biāo)準(zhǔn)3.1總線與接口概述3.1◆總線標(biāo)準(zhǔn)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)該遵守的一些協(xié)議與規(guī)范?！艚涌跇?biāo)準(zhǔn)外設(shè)接口的規(guī)范，涉及接口信號線定義、信號傳輸速率、傳輸方向和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，以及電氣特性和機械特性等多個方面。77◆總線標(biāo)準(zhǔn)◆接口標(biāo)準(zhǔn)23.1.2總線的分類

1)按總線功能或信號類型劃分為：

數(shù)據(jù)總線：雙向三態(tài)邏輯，線寬表示了總線數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪芰?。地址總線：單向三態(tài)邏輯，線寬決定了系統(tǒng)的尋址能力。控制總線：就某根來說是單向或雙向?？刂瓶偩€最能體現(xiàn)總線特點，決定總線功能的強弱和適應(yīng)性。783.1.2總線的分類1)按總線功能或信號類型劃分為：2)按總線的層次結(jié)構(gòu)分為：

CPU總線：微機系統(tǒng)中速度最快的總線，主要在CPU內(nèi)部，連接CPU內(nèi)部部件，在CPU周圍的小范圍內(nèi)也分布該總線，提供系統(tǒng)原始的控制和命令。局部總線：在系統(tǒng)總線和CPU總線之間的一級總線，提供CPU和主板器件之間以及CPU到高速外設(shè)之間的快速信息通道。系統(tǒng)總線：也稱為I/O總線，是傳統(tǒng)的通過總線擴展卡連接外部設(shè)備的總線。由于速度慢，其功能已經(jīng)被局部總線替代。通信總線：也稱為外部總線，是微機與微機，微機與外設(shè)之間進行通信的總線。792)按總線的層次結(jié)構(gòu)分為：CPU總線：微機系統(tǒng)中速度最快3.1.3總線的主要性能參數(shù)1．總線頻率：MHz表示的工作頻率，是總線速率的一個重要參數(shù)。2．總線寬度：指數(shù)據(jù)總線的位數(shù)。3．總線的數(shù)據(jù)傳輸率

總線的數(shù)據(jù)傳輸率=(總線寬度/8位)×總線頻率

例：PCI總線的總線頻率為33.3MHz，總線寬度為64位的情況下，總線數(shù)據(jù)傳輸率為266MB/s。803.1.3總線的主要性能參數(shù)1．總線頻率：MHz表示的工作3.1.4總線標(biāo)準(zhǔn)的特性1．物理特性:2．功能特性:3．電器特性:4．時間特性:總線物理連接方式(電纜式、蝕刻式），總線根數(shù)、插頭和插座形狀，引腳排列等。描述一組總線中每一根線的功能。定義每一根線在什么時候有效，這和總線操作的時序有關(guān)。定義每根線上信號的傳遞方向以及有效電平范圍。一般定義送入CPU的信號為輸入信號，從CPU中送出的信號是輸出信號。低電平有效的信號用信號名上一橫線或信號名后帶#來表示。如CS、REQ#813.1.4總線標(biāo)準(zhǔn)的特性1．物理特性:總線物理連接方式(電3.1.5總線操作和總線傳送控制

一、總線操作的4個階段

1．總線請求和仲裁階段：主模塊向總線仲裁機構(gòu)提出總線使用申請，總線仲裁機構(gòu)決定使用總線的主模塊。2．尋址階段：擁有總線使用權(quán)的主模塊發(fā)出本次要訪問的從模塊的地址及有關(guān)命令，該從模塊被選中并啟動。3．?dāng)?shù)據(jù)傳送階段：主模塊和從模塊間進行雙（單）向數(shù)據(jù)傳送。4．結(jié)束階段：主、從模塊均撤出總線。823.1.5總線操作和總線傳送控制一、總線操作的4個階段二、總線傳送控制1．同步方式

優(yōu)點：1）電路簡單2）適合高速設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸缺點：高速設(shè)備和低速設(shè)備間只能用低速設(shè)備的速度來傳輸數(shù)據(jù)主clk從2．半同步方式

主clk從wait/readywait/ready信號是單向的，不是互鎖的。83二、總線傳送控制1．同步方式優(yōu)點：1）電路簡單主clk從2總線讀周期分成兩個子周期尋址子周期數(shù)據(jù)傳送子周期在兩子周期之間，退出總線，從設(shè)備準(zhǔn)備數(shù)據(jù)。4．分離方式clkaddressdata主從3．異步方式

REQACK比同步方式慢總線頻帶窄總線傳輸周期長84總線讀周期分成兩個子周期4．分離方式clkaddressda3.2ISA總線

C18外內(nèi)A1B1A31B31C1D1D182.5410.16138.5圖3.1ISA總線插槽示意圖工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)，在PC總線基礎(chǔ)上發(fā)展而來，最高工作頻率為8MHz，24根地址線，16位數(shù)據(jù)線，擁有大量接口卡，歷經(jīng)286、386、486和Pentium幾代微機。853.2ISA總線C18外內(nèi)A1B1A31B31C1D1DISA總線的信號

86ISA總線的信號113.3PCI總線

3.3.1PCI總線的特點

獨立于處理器2)傳輸效率高3)多總線共存4)支持突發(fā)傳輸5)支持總線主控方式6)采用同步操作7)支持兩種電壓下的擴展卡8)具有即插即用功能9)合理的管腳安排10)預(yù)留擴展空間873.3PCI總線3.3.1PCI總線的特點獨立于處3.3.2PCI信號定義系統(tǒng)接口信號

CLKIN：PCI系統(tǒng)總線時鐘

最高33MHz/66MHz，最低0Hz。

PCI大部分信號在CLK的上升沿有效。883.3.2PCI信號定義系統(tǒng)接口信號13C/BE[3:0]#T/S：它們是總線命令和字節(jié)使能多路復(fù)用信號線PART/S：針對AD[31:00]和C/BE[3:0]#進行奇偶校驗的校驗位在FRAME#有效的第1個時鐘，AD[31:00]上傳送的是32位地址，稱為地址期。在IRDY#和TRDY#同時有效時，AD[31:00]上傳送的為32位數(shù)據(jù)，稱為數(shù)據(jù)期。2.地址與數(shù)據(jù)接口信號AD[31:00]T/S：它們是地址、數(shù)據(jù)多路復(fù)用的輸入/輸出信號地址期內(nèi)是總線命令，數(shù)據(jù)期內(nèi)是字節(jié)使能信號。

89C/BE[3:0]#T/S：它們是總線命令和字節(jié)使能3.接口控制信號FRAME#S/T/S：幀周期信號

IRDY#S/T/S：主設(shè)備準(zhǔn)備好信號TRDY#S/T/S：從設(shè)備準(zhǔn)備好信號STOP#S/T/S：從設(shè)備發(fā)出的要求主設(shè)備終止當(dāng)前的數(shù)據(jù)傳送的信號。LOCK#S/T/S：鎖定信號IDSELIN：初始化設(shè)備選擇信號，訪問配置空間的時候作為片選DEVSEL#S/T/S：設(shè)備選擇信號，由常規(guī)訪問期間被選中的從設(shè)備驅(qū)動FRAME#信號無效表示傳輸進入最后一個數(shù)據(jù)期。903.接口控制信號FRAME#信號無效表示傳輸進入最后一個數(shù)據(jù)4.仲裁接口信號REQ#T/S：總線占用請求信號GNT#T/S：總線占用允許信號5.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SERR#O/D：系統(tǒng)錯誤報告信號6.中斷接口信號PCI有4條中斷線，分別是INTA#、INTB#、INTC#、INTD#，電平觸發(fā)，多功能設(shè)備可以任意選擇一個或多個中斷線，單功能設(shè)備只能用INTA#。914.仲裁接口信號5.錯誤報告接口信號6.中斷接口信號167.64位總線擴展信號AD[63:32]T/S：擴展的32位地址和數(shù)據(jù)多路復(fù)用線C/BE[7:4]#T/S：總線命令和字節(jié)使能多路復(fù)用擴展信號線REQ64#S/T/S，64位傳輸請求信號ACK64#S/T/S：64位傳輸允許信號PAR64T/S：奇偶雙字節(jié)校驗927.64位總線擴展信號173.3.3PCI插槽和PCI擴展卡

1.PCI插槽5V32位插槽5V64位插槽3.3V32位插槽3.3V64位插槽連接卡口a.4種PCI卡插槽A1外內(nèi)A49A52B1B49B52A62B621.273.8277.48b.5V32位PCI插槽933.3.3PCI插槽和PCI擴展卡1.PCI插槽5V2.PCI插卡ICICIC1.9160.9612.741.680外邊里邊942.PCI插卡ICICIC1.9160.9612.741.3.3.4PCI總線命令

表3.3PCI總線命令表C/BE[3:0]#命令類型說明C/BE[3:0]#命令類型說明0000中斷響應(yīng)1000保留0001特殊周期1001保留0010I/O讀(從I/O端口地址中讀數(shù)據(jù))1010配置讀0011I/O寫(向I/O端口地址中寫數(shù)據(jù))1011配置寫0100保留1100存儲器多行讀0101保留1101雙地址周期0110存儲器讀(從內(nèi)存空間映像中讀數(shù))1110存儲器行讀0111存儲器寫(向內(nèi)存空間映像中寫)1111存儲器寫并無效953.3.4PCI總線命令表3.3PCI總線命令表C/3.3.5PCI總線協(xié)議1．PCI總線的傳輸控制遵循的管理規(guī)則：(1)FRAME#和IRDY#定義了總線的忙/閑狀態(tài)。11空閑、00數(shù)據(jù)、10最后一個數(shù)據(jù)、01等待狀態(tài)。(2)一旦FRAME#信號被置為無效，在同一傳輸期間不能重新設(shè)置。(3)除非設(shè)置IRDY#信號，一般情況下不能設(shè)置FRAME#信號無效。(4)一旦主設(shè)備設(shè)置了IRDY#信號，直到當(dāng)前數(shù)據(jù)期結(jié)束為止，主設(shè)備一般不能改變IRDY#信號和FRAME#信號的狀態(tài)。963.3.5PCI總線協(xié)議1．PCI總線的傳輸控制遵循的管2．PCI總線的尋址（采用分散地址譯碼技術(shù)）表3.4AD[1:0]和C/BE[3:0]#對應(yīng)關(guān)系表AD1AD0C/BE3#C/BE2#C/BE1#C/BE0#00×××001××0110×011110111(1)I/O地址空間在I/O地址空間，32位AD線全部被用來提供一個完整的地址編碼（字節(jié)地址）。

AD[1:0]和C/BE[3:0]指明傳輸?shù)淖畹陀行ё止?jié)。972．PCI總線的尋址（采用分散地址譯碼技術(shù)）表3.4AD[(2)內(nèi)存地址空間(3)配置地址空間3101雙字邊界對齊的起始地址200 地址遞增01 Cache行切換1X 保留701雙字邊界對齊的起始地址200 選擇該設(shè)備01 訪問該橋路后設(shè)備1X 保留98(2)內(nèi)存地址空間(3)配置地址空間3101雙字邊界3．字節(jié)使能4．PCI總線的驅(qū)動與過渡PCI總線上不能進行字節(jié)的交換。但是，具有64位通道的主設(shè)備可以進行DWORD（雙字）的交換。主設(shè)備可以在每個新數(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。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)。在每個地址（數(shù)據(jù)）期中，所有的AD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)使能信號表明無效的字節(jié)所對應(yīng)的AD線。從一個設(shè)備驅(qū)動總線到另一個設(shè)備驅(qū)動PCI總線之間設(shè)置一個過渡期，又稱為交換周期，以防止總線訪問沖突。993．字節(jié)使能4．PCI總線的驅(qū)動與過渡PCI總5．設(shè)備選擇CLKFRAME#IRDY#TRDY#DEVSEL#12345678FASTMEDSLOW……圖3.6設(shè)備選擇的時序關(guān)系注意DEVSEL#與FRAME#、TRDY#的關(guān)系，無DEVSEL#信號時的處理。DEVSEL#由從設(shè)備共享使用，并由被選中的從設(shè)備驅(qū)動。1005．設(shè)備選擇CLKFRAME#IRDY#TRDY#DEVS3.3.6PCI總線數(shù)據(jù)傳輸過程

1．總線上的讀操作CLKFRAME#123456789ADC/BE#IRDY#TRDY#DEVSEL#ADDRESSDATA1DATA2DATA3BUSCMDBE#s地址期數(shù)據(jù)期數(shù)據(jù)期數(shù)據(jù)期PCI讀操作時序1013.3.6PCI總線數(shù)據(jù)傳輸過程1．總線上的讀操作C2．總線上的寫操作CLKFRAME#123456789ADC/BE#IRDY#TRDY#DEVSEL#ADDRESSDATA2DATA1DATA3BUSCMD地址期數(shù)據(jù)期數(shù)據(jù)期數(shù)據(jù)期PCI寫操作時序BEs1BEs2BEs31022．總線上的寫操作CLKFRAME#123456789AD3．傳輸?shù)慕K止過程(1)由主設(shè)備提出的終止(2)由從設(shè)備提出的終止傳輸結(jié)束超時(GNT#信號在內(nèi)部延時計數(shù)器滿后仍無效)死鎖后重試斷開（8個時鐘周期內(nèi)從設(shè)備不能對主設(shè)備做出響應(yīng)）。撤消FRAME#，建立IRDY#，直到TRDY#有效后傳輸完最后一個數(shù)據(jù)發(fā)出STOP#信號并保持其有效，直到FRAME#撤消為止。1033．傳輸?shù)慕K止過程(1)由主設(shè)備提出的終止(2)由PCI總線上的所有傳輸操作中，F(xiàn)RAME#、IRDY#、TRDY#和STOP#遵循的規(guī)則：當(dāng)STOP#信號有效時，F(xiàn)RAME#應(yīng)該在其后的2~3個時鐘周期內(nèi)盡快撤消，但撤消時應(yīng)使IRDY#有效，從設(shè)備應(yīng)無條件的保持STOP#的有效狀態(tài)直到FRAME#撤消為止。FRAME#撤消后，STOP#也應(yīng)該緊跟著撤消。在任何時鐘的上升沿，如果STOP#和TRDY#同時有效，就表示是傳輸?shù)淖詈笾芷冢琁RDY#要在下一個時鐘的上升沿之前撤消，表示傳輸?shù)慕Y(jié)束。

對于被目標(biāo)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。

104PCI總線上的所有傳輸操作中，F(xiàn)RAME#、IRDY#、TR3.3.7總線仲裁

PCI總線采用集中式的同步仲裁方法中央仲裁器PCI主設(shè)備APCI主設(shè)備BREQ#REQ#GNT#GNT#1053.3.7總線仲裁PCI總線采用集中式的同步仲裁方法中央CLKFRAME#1234567ADGNT#-BIRDY#TRDY#GNT#-A地址數(shù)據(jù)A存取B存取兩個主設(shè)備之間的PCI總線仲裁REQ#-BREQ#-A地址數(shù)據(jù)cabdefg106CLKFRAME#1234567ADGNT#-BIRDY#T1、PCI設(shè)備的配置空間定義一個PCI總線配置空間的目的在于提供一套適當(dāng)?shù)呐渲么胧?，使之實現(xiàn)完全的設(shè)備再定位而無需用戶干預(yù)安裝、配置和引導(dǎo)，并由與設(shè)備無關(guān)的軟件進行系統(tǒng)地址映射。

所有PCI設(shè)備都必須實現(xiàn)PCI協(xié)議規(guī)定必需的配置寄存器，以便系統(tǒng)加電的時候利用這些寄存器的信息來進行系統(tǒng)配置。對PCI的配置訪問實際上就是訪問設(shè)備的配置寄存器。

在系統(tǒng)啟動的時候由BIOS代碼執(zhí)行設(shè)備配置。一旦即插即用OS（如Windows2000/XP）啟動后，控制就傳遞給OS，OS接管設(shè)備管理。3.3.8PCI總線配置1071、PCI設(shè)備的配置空間定義一個PCI總線配置空間的目的2、配置空間頭區(qū)域及功能1082、配置空間頭區(qū)域及功能33(1)設(shè)備識別

頭區(qū)域有7個寄存器（字段）用于設(shè)備的識別。(2)設(shè)備控制表現(xiàn)在命令寄存器為發(fā)出和響應(yīng)PCI總線命令提供了對設(shè)備粗略的控制。(3)設(shè)備狀態(tài)

狀態(tài)寄存器用于記錄PCI總線有關(guān)操作的狀態(tài)信息。注意：該寄存器的有些位是只可清不可置，對這些位的寫，被解釋為對該位清零。例如，為了清位14而不影響其他位，應(yīng)向該寄存器寫0100000000000000B

109(1)設(shè)備識別(2)設(shè)備控制(3)設(shè)備狀態(tài)34(4)基址寄存器

PCI設(shè)備的配置空間可以在微處理器決定的地址空間中浮動，以便簡化設(shè)備的配置過程。系統(tǒng)初始化代碼在引導(dǎo)操作系統(tǒng)之前，必須建立一個統(tǒng)一的地址映射關(guān)系，以確定系統(tǒng)中有多少存儲器和I/O控制器，它們需要占用多少地址空間。當(dāng)確定這些信息之后，系統(tǒng)初始化代碼便可以把I/O控制器映射到合理的地址空間并引導(dǎo)系統(tǒng)。為了使這種映射能夠做到與相應(yīng)的設(shè)備無關(guān)，在配置空間的頭區(qū)域中安排了一組供映射時使用的基址寄存器。110(4)基址寄存器PCI設(shè)備的配置空間可以在微處理器決定的10I/O空間指針規(guī)范規(guī)定每個I/O基地址下的端口數(shù)不得大于256。31210基地址0預(yù)取使能存儲空間指針0032位地址空間任意映射0132位地址空間1M字節(jié)以內(nèi)映射（已經(jīng)不用）10

64位地址空間任意映射

11

保留31(63)3210基地址保留返回11110I/O空間指針規(guī)范規(guī)定每個I/O基地址下的端口數(shù)具體實現(xiàn)的過程中，除了低四位由硬件滿足上述要求外，高位部分實際設(shè)置位數(shù)視映射多大地址空間范圍而定，根據(jù)地址范圍，決定高多少位需要設(shè)置，這些位被設(shè)置成可寫，高位部分的其它位用硬件使其為0，并只可讀?；刂吩O(shè)置過程：系統(tǒng)初始化程序向基地址寄存器寫全1系統(tǒng)初始化程序讀出基地址寄存器的內(nèi)容系統(tǒng)初始化程序判斷設(shè)備需要的地址空間大小系統(tǒng)初始化程序分配基地址并寫回到該基地址寄存器如設(shè)備需要使用1MB的存儲空間，硬件實現(xiàn)基地址寄存器的時候應(yīng)該使位0，位4～位19由硬件使其保持為0112具體實現(xiàn)的過程中，除了低四位由硬件滿足上述要求外，高位部分實舉例1：系統(tǒng)初始化向基址寄存器寫全1后讀出的值=FFF00000h位0=0，表示是一個存儲器地址空間映射位[2:1]=00b，它是32位存儲器映射位3=0，表示它不是預(yù)取存儲器。位[31:4]第一個為1的是位20，表示映射的存儲空間為220＝1MB。

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。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，該基址應(yīng)該是1MB邊界的，如：FFF00000H,FFE00000H,FE000000H等。問：FFF10000H地址能不能做該設(shè)備存儲基址？113舉例1：系統(tǒng)初始化向基址寄存器寫全1后讀出的值=FFF000舉例2：基址寄存器的值=FFFFFF01h位0=1，表示是一個I/O地址空間映射位[31:2]

第一個為1的是位8，表示映射的I/O空間為28＝256。

這意味著I/O映射的基地址應(yīng)該是256的整數(shù)倍。114舉例2：基址寄存器的值=FFFFFF01h位0=1，表示是一最大/最小映射地址空間是多少？最大/最小存儲映射地址空間最小存儲映射地址空間=16字節(jié)（24）最大存儲映射地址空間=2GB（231）最大/最小I/O映射地址空間最小I/O映射地址空間=4字節(jié)（22）最大存儲映射地址空間=256字節(jié)（協(xié)議規(guī)定）轉(zhuǎn)前115最大/最小映射地址空間是多少？最大/最小存儲映射地址空間最小擴展ROM訪問允許31111010基地址保留擴展ROM基地址寄存器擴展ROM基地址=FFFF0001h位0=1，表示擴展ROM訪問允許位[31:11]

第一個為1的是位16，表示映射的存儲空間為64K。

這意味著ROM映射的基地址應(yīng)該起始于64KB的邊界1116擴展ROM訪問允許31(5)頭區(qū)域中其它寄存器

中斷引腳寄存器

8位只讀寄存器，指明設(shè)備使用了PCI的哪個中斷引腳。1代表INTA#，2為INTB#……中斷請求線寄存器

8位可讀/寫寄存器，指明設(shè)備的中斷引腳和PC機的8259A的哪個中斷輸入線連。Min_Gnt/Max_lat寄存器

Min_Gnt用來指定設(shè)備需要多長的突發(fā)傳輸時間。Max_lat用來表示對PCI總線進行訪問的頻繁程度。117(5)頭區(qū)域中其它寄存器中斷引腳寄存器中斷請求線寄存器2．配置空間的訪問(1)配置空間訪問時目標(biāo)設(shè)備的選擇對于某一PCI設(shè)備，1)只有當(dāng)輸入它的IDSEL信號有效，2)并且在地址期內(nèi)AD[1:0]為00時，才能被作為配置訪問的目標(biāo)設(shè)備。

1182．配置空間的訪問(1)配置空間訪問時目標(biāo)設(shè)備的選擇對(2)配置空間訪問的類型·0類配置空間訪問對（正在運行的）當(dāng)前PCI總線上的目標(biāo)設(shè)備配置寄存器所進行的訪問。被配置訪問的目標(biāo)設(shè)備必須在地址期采樣到其IDSEL輸入信號有效，且AD[1∶0]必須為00。地址期，AD[1∶0]必須為00；AD[10∶8]用于選擇物理設(shè)備的八種功能之一；AD[7∶2]為選擇該功能設(shè)備的配置寄存器號(雙字號）。AD[31:11]可用于連接各設(shè)備的IDSEL信號數(shù)據(jù)期，AD[31∶0]傳送的是配置讀/寫數(shù)據(jù)。119(2)配置空間訪問的類型·0類配置空間訪問44·1類配置空間訪問對（通過PCI/PCI橋連接的）下一級PCI總線上的目標(biāo)設(shè)備(配置寄存器)所進行的訪問。地址期，AD[1∶0]必須為01；AD[10∶8]作為選擇物理設(shè)備的八種功能之一。AD[7∶2]為選擇該功能設(shè)備的配置寄存器號；AD[15∶11]用于存放第二級總線上被選中設(shè)備的IDSEL號，AD[23∶16]放總線號。橋片中也有橋配置空間寄存器，存放有總線號和次級總線號等信息。一旦PCI/PCI橋檢測到1類配置訪問，就有三種情況，須分別進行處理。120·1類配置空間訪問45橋A橋B設(shè)備設(shè)備CPU總線PCI總線0PCI總線1如果要訪問的總線號既不同于橋的第二級總線號，也不在橋的第二級總線號的下級總線范圍內(nèi)，那么橋?qū)⒑雎员敬卧L問。如果總線號不同于橋的第二級總線，但在橋的第二級總線號的下級總線范圍內(nèi)，那么橋?qū)⒈敬卧L問作為1類配置訪問傳遞給第二級總線。配置命令從第一級傳遞到第二級C/BE#總線。如果總線號與橋的第二級總線號相同，那么橋?qū)⒈敬卧L問作為0類配