第12章 總線與接口標(biāo)準(zhǔn)

1第12章總線與接口標(biāo)準(zhǔn)

主要內(nèi)容：1、概述

2、系統(tǒng)總線

3、PCI局部總線

4、通用外設(shè)接口標(biāo)準(zhǔn)USB5、高性能串行總線標(biāo)準(zhǔn)IEEE13946、SCSI接口標(biāo)準(zhǔn)

7、IDE接口標(biāo)準(zhǔn)

8、AGP圖形加速端口

9、傳統(tǒng)的接口標(biāo)準(zhǔn)

10、IEEE488總線及VXI卡式儀器總線重點(diǎn)內(nèi)容：總線和接口標(biāo)準(zhǔn)的含義、分類、組成、性能參數(shù)2第12章總線與接口標(biāo)準(zhǔn)

12.1總線的發(fā)展史1、從20世紀(jì)60年代末，DEC公司在PDP－11小型機(jī)使用面向總線的系統(tǒng)以來，尤其是世界首臺(tái)PC

也采用相同技術(shù)構(gòu)造，人們就感到用總線技術(shù)和模塊來組裝系統(tǒng)的好處，不僅使各種CPU模塊、存儲(chǔ)器模塊、I／O模塊可以相互組合，實(shí)現(xiàn)不同性能，還便于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的擴(kuò)展與維護(hù)。3第12章總線與接口標(biāo)準(zhǔn)

2、20世紀(jì)70年代初，VLSI技術(shù)迅速發(fā)展，在世界上第一臺(tái)微處理器4004問世4年后，1975年，一家位于美國(guó)新墨西哥鎮(zhèn)，名為MITS的小公司，由EdRoberts以8080微處理器設(shè)計(jì)安裝了全球第一臺(tái)PC，Altair單板機(jī)系統(tǒng)。當(dāng)把Altair總線推向世界并被制造商接受后，便有了一個(gè)名字：S100，后來基于S100型總線得到了IEEE的認(rèn)可，被命名為IEEE696總線標(biāo)準(zhǔn)。4第12章總線與接口標(biāo)準(zhǔn)

3、IBMPC問世20余年，隨著領(lǐng)域的擴(kuò)大，總線技術(shù)也隨之不斷創(chuàng)新。由最初的PC/XT，微處理器的日新月異、不同性能的實(shí)現(xiàn)、PC應(yīng)用到ISA、MCA、

EISA、VESA，到PCI、AGP、IEEE1394、USB，再到EV6、PCI—X、UMA、NGIO總線等。究其原因，是因?yàn)镃PU的處理能力迅速提升，與其相連的外圍設(shè)備通道（帶寬）過窄且總落后于CPU

的處理能力，造成整個(gè)系統(tǒng)的瓶頸。這樣，不得不一次次改造總線，其重點(diǎn)是局部總線。目前，AGP

局部總線傳輸率可達(dá)533MB/s，PCI－X可達(dá)1GB/s。5線束檢測(cè)6第12章總線與接口標(biāo)準(zhǔn)

12.2總線的基本概念一、總線概述

總線：是指計(jì)算機(jī)中多個(gè)部件之間公用的一組連線，是若干互連信號(hào)線的集合，由它構(gòu)成系統(tǒng)插件間、插件的芯片間或系統(tǒng)間的標(biāo)準(zhǔn)信息通路。在微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，總線是各個(gè)部件信息交換的公共通道，各部件之間的聯(lián)系都是通過總線實(shí)現(xiàn)的，總線在計(jì)算機(jī)中起著重要的作用。微型計(jì)算機(jī)廣泛采用總線技術(shù)，以便簡(jiǎn)化硬件、軟件的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。7第12章總線與接口標(biāo)準(zhǔn)

隨著微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展，總線技術(shù)也在不斷地發(fā)展與完善，并且已經(jīng)出現(xiàn)了一系列的標(biāo)準(zhǔn)化總線，這些標(biāo)準(zhǔn)化總線的廣泛使用，對(duì)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在各個(gè)領(lǐng)域的普及和應(yīng)用起到了積極的推動(dòng)作用。為了使微型計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)朝模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化的方向發(fā)展。標(biāo)準(zhǔn)總線應(yīng)具有以下特點(diǎn)：（1）可以簡(jiǎn)化計(jì)算機(jī)軟件和硬件的設(shè)計(jì)；（2）可以簡(jiǎn)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)；（3）易于系統(tǒng)的擴(kuò)展；（4）便于系統(tǒng)的更新；（5）便于系統(tǒng)的調(diào)試和維修。8第12章總線與接口標(biāo)準(zhǔn)

二、總線分類

在微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中按照總線的規(guī)模、用途及應(yīng)用場(chǎng)合，可將總線分為以下三類。（1）微處理器芯片總線也稱為元件級(jí)總線，這是在構(gòu)成一塊CPU插件或用微處理機(jī)芯片組成一個(gè)很小系統(tǒng)時(shí)常用的總線，常用于CPU芯片、存儲(chǔ)器芯片、I/O接口芯片等之間的信息傳送。按所傳送的信息類別不同，可將芯片總線分為傳送地址、傳送數(shù)據(jù)和傳送控制信息等三組總線，分別為地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線。9第12章總線與接口標(biāo)準(zhǔn)

（2）內(nèi)總線也稱為板極總線或系統(tǒng)總線，它是微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)連接各插件板的總線，用以實(shí)現(xiàn)微機(jī)系統(tǒng)與各種擴(kuò)展插件板之間的相互連接，是微機(jī)系統(tǒng)所特有的總線，一般用于模板之間的連接。在微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，系統(tǒng)總線是主板上微處理器和外部設(shè)備之間進(jìn)行通訊時(shí)所采用的數(shù)據(jù)通道。（3）外部總線也稱為通信總線，主要用于微機(jī)系統(tǒng)與微機(jī)系統(tǒng)之間或微機(jī)與外部設(shè)備（如打印機(jī)、硬盤設(shè)備）、儀器儀表之間的通信，常用于設(shè)備級(jí)的互連。這種總線的數(shù)據(jù)傳輸可以是并行的，也可以是串行的，數(shù)據(jù)傳輸速率低于系統(tǒng)內(nèi)部的總線。10第12章總線與接口標(biāo)準(zhǔn)

微型計(jì)算機(jī)的總線層次結(jié)構(gòu)擴(kuò)充存儲(chǔ)器打印機(jī)接口通信接口網(wǎng)絡(luò)接口儀表接口計(jì)算機(jī)打印機(jī)智能儀表局域網(wǎng)絡(luò)ROMRAMI/O接口CPU片內(nèi)總線內(nèi)總線片總線外部總線主機(jī)板11第12章總線與接口標(biāo)準(zhǔn)

三、總線的裁決

總線由多個(gè)部件共享，為了正確地實(shí)現(xiàn)各部件之間的信息傳送，必須對(duì)總線的使用進(jìn)行合理的分配和管理。當(dāng)總線上的某個(gè)部件要與另一個(gè)部件進(jìn)行通信時(shí)，首先應(yīng)該發(fā)出請(qǐng)求信號(hào)，有時(shí)會(huì)發(fā)生在同一時(shí)刻總線上有多個(gè)部件發(fā)出總線請(qǐng)求信號(hào)的情況，這就要求根據(jù)一定的總線裁決原則來確定占用總線的先后次序。只有獲得總線使用權(quán)的部件，才能在總線上傳送信息，這就是所謂的總線裁決問題。通常，有并聯(lián)、串聯(lián)和循環(huán)等三種總線分配的優(yōu)先級(jí)技術(shù)。12第12章總線與接口標(biāo)準(zhǔn)

1、并聯(lián)優(yōu)先權(quán)判別法

當(dāng)采用并聯(lián)優(yōu)先權(quán)判別法時(shí)，優(yōu)先級(jí)別是通過一個(gè)優(yōu)先權(quán)裁決電路進(jìn)行判斷的。共享總線的每個(gè)部件具有獨(dú)立的總線請(qǐng)求線，通過請(qǐng)求線將各部件的請(qǐng)求信號(hào)送往裁決電路。裁決電路一般由一個(gè)優(yōu)先權(quán)編碼器和一個(gè)譯碼器組成。該電路接收到某個(gè)部件或多個(gè)部件發(fā)來的請(qǐng)求信號(hào)后，首先經(jīng)優(yōu)先權(quán)編碼器進(jìn)行編碼，然后由譯碼器產(chǎn)生相應(yīng)的輸出信號(hào)，發(fā)往請(qǐng)求總線部件中優(yōu)先級(jí)最高的部件，允許該部件盡快獲得總線。但需注意，即使某個(gè)部件獲得了最先占有總線的特權(quán)，它也不一定能立即使用總線，而必須在總線不忙時(shí)，即原占有總線部件傳送結(jié)束后才能使用總線。13第12章總線與接口標(biāo)準(zhǔn)

2、串聯(lián)優(yōu)先級(jí)判別法

串聯(lián)優(yōu)先級(jí)判別法不需要優(yōu)先權(quán)編碼器和譯碼器，它采用鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，把共享總線的各個(gè)部件按規(guī)定的優(yōu)先級(jí)別鏈接在鏈路的不同位置上。在鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)中位置越前面的部件，優(yōu)先級(jí)別越高。當(dāng)前面的部件要使用總線時(shí)便發(fā)出信號(hào)，禁止后面的部件使用總線。通過這種方式，就確定了請(qǐng)求總線各部件中優(yōu)先級(jí)最高的部件。顯然，在這種方式中，當(dāng)優(yōu)先級(jí)高的部件頻繁請(qǐng)求時(shí)，優(yōu)先級(jí)低的部件很可能很長(zhǎng)時(shí)間都無法獲得總線使用權(quán)。

14第12章總線與接口標(biāo)準(zhǔn)

3、循環(huán)優(yōu)先權(quán)判別法

循環(huán)優(yōu)先權(quán)判別法類似于并聯(lián)優(yōu)先權(quán)判別法，只是其中的優(yōu)先權(quán)是動(dòng)態(tài)分配的，原來的優(yōu)先權(quán)編碼器由一個(gè)更為復(fù)雜的電路代替，該電路把占用總線的優(yōu)先權(quán)在發(fā)出總線請(qǐng)求的那些部件之間循環(huán)移動(dòng)，從而使每個(gè)總線部件使用總線的機(jī)會(huì)相同。以上三種優(yōu)先權(quán)判別法各有優(yōu)缺點(diǎn)，循環(huán)優(yōu)先權(quán)判別法需要大量的外部邏輯才能實(shí)現(xiàn)。串聯(lián)優(yōu)先權(quán)判別法不需要使用外部邏輯電路，但這種方法中所允許鏈接的部件數(shù)目受到很嚴(yán)格的限制，因?yàn)椴考啵敲存溌樊a(chǎn)生的延時(shí)就將超過時(shí)鐘周期長(zhǎng)度，總線優(yōu)先級(jí)別的裁決必須在一個(gè)總線周期中完成。從一般意義上講，并聯(lián)優(yōu)先權(quán)判別方法較好，它允許在總線上連接許多部件，而裁決電路又不太復(fù)雜。在實(shí)際使用時(shí)可根據(jù)具體情況決定采用哪種優(yōu)先權(quán)判別方法。15第12章總線與接口標(biāo)準(zhǔn)

四、總線數(shù)據(jù)的傳送

1、總線數(shù)據(jù)的傳送方式

信息在總線上有三種傳送方式：串行傳送、并行傳送和并串行傳送。（1）串行傳送方式當(dāng)信息以串行方式傳送時(shí)只使用一條傳輸線，而且采用脈沖傳送。具體操作就是在傳輸線上按順序傳送表示一個(gè)數(shù)碼的所有二進(jìn)制位的脈沖信號(hào)，每次一位。通常第一個(gè)脈沖信號(hào)表示數(shù)碼的最低有效位，最后一個(gè)脈沖信號(hào)表示數(shù)碼的最高有效位。16第12章總線與接口標(biāo)準(zhǔn)

（2）并行傳送方式采用并行方式傳送二進(jìn)制信息時(shí)，每個(gè)數(shù)據(jù)位都需要一條單獨(dú)的傳輸線。信息由多少個(gè)二進(jìn)制位組成，機(jī)器就需要有多少條傳輸線，從而讓二進(jìn)制信息在不同的線上同時(shí)進(jìn)行傳送。當(dāng)進(jìn)行并行傳送時(shí)，所有的位同時(shí)傳送，所以并行傳送方式的速度比串行傳送的速度要快得多。并行傳送是微機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部常用的傳送方式。源目的01010110010101108位數(shù)據(jù)線源01101010目的8T17第12章總線與接口標(biāo)準(zhǔn)

（3）并串行傳送方式

并串行傳送方式是并行傳送方式與串行傳送方式的結(jié)合。當(dāng)信息在總線上以并串行方式傳送時(shí)，如果一個(gè)數(shù)據(jù)字由兩個(gè)字節(jié)組成，那么當(dāng)傳送一個(gè)字節(jié)時(shí)采用并行方式，字節(jié)之間采用串行方式。

例：有的微型計(jì)算機(jī)中CPU的數(shù)據(jù)用16位并行運(yùn)算。但由于CPU芯片引腳數(shù)的限制，出入CPU的數(shù)據(jù)據(jù)總線寬度是8位。因此，當(dāng)數(shù)據(jù)從CPU中進(jìn)入數(shù)據(jù)總線時(shí)以字節(jié)為單位，采用并串行方式進(jìn)行行傳送。18第12章總線與接口標(biāo)準(zhǔn)

2、總線數(shù)據(jù)傳送的通訊協(xié)議

通訊協(xié)議是實(shí)現(xiàn)總線裁決和信息傳送的手段，通常分為同步方式和異步方式。

（1）同步通訊方式總線上的部件通過總線進(jìn)行信息交換時(shí)用一個(gè)公共的時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行同步，這種方式稱為同步通訊。在同步方式中，由于采用了公共時(shí)鐘，每個(gè)部件何時(shí)發(fā)送或接收信息都由統(tǒng)一的時(shí)鐘規(guī)定，在通訊時(shí)不用附加時(shí)間標(biāo)志或來回應(yīng)答信號(hào)。所以，同步通訊具有較高的傳輸頻率。19第12章總線與接口標(biāo)準(zhǔn)

（2）異步通訊方式如果總線上各部件之間的距離和設(shè)備的速度相差很大，勢(shì)必會(huì)降低總線的效率，在這種情況下往往采用異步通訊方式。異步通訊允許總線上各個(gè)部件有各自的時(shí)鐘，部件之間進(jìn)行通訊時(shí)沒有公共的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)，而是在發(fā)送信息的同時(shí)發(fā)出該部件的時(shí)間標(biāo)志信號(hào)，用應(yīng)答方式來協(xié)調(diào)通信過程。異步通訊又分為單向方式和雙向方式兩種。單向方式不能判別數(shù)據(jù)是否正確傳送到對(duì)方，故大多采用雙向方式，即應(yīng)答式異步通訊。20第12章總線與接口標(biāo)準(zhǔn)

3、總線數(shù)據(jù)傳送的錯(cuò)誤檢測(cè)由于外界或者自身存在著各種隨機(jī)出現(xiàn)的干擾因素，總線上傳輸?shù)男畔⒖赡墚a(chǎn)生錯(cuò)誤。為此，需要采用錯(cuò)誤檢測(cè)電路來發(fā)現(xiàn)或糾正出現(xiàn)的錯(cuò)誤，用專用的總線信號(hào)來報(bào)告出現(xiàn)的錯(cuò)誤。最常用也是最簡(jiǎn)單的錯(cuò)誤檢測(cè)方法是奇偶校驗(yàn)法。在地址、數(shù)據(jù)或控制信息傳輸?shù)耐瑫r(shí)，將它的奇偶校驗(yàn)信息通過另一根總線傳輸?shù)叫盘?hào)接收方，接收方通過查驗(yàn)接收的信號(hào)是否符合校驗(yàn)規(guī)則來判斷收到信號(hào)的正確性。一旦發(fā)現(xiàn)奇偶校驗(yàn)的錯(cuò)誤，則通過另一條總線告知信號(hào)發(fā)送方發(fā)生了錯(cuò)誤，這時(shí)就可根據(jù)協(xié)定處理發(fā)現(xiàn)的錯(cuò)誤。

21第12章總線與接口標(biāo)準(zhǔn)

總線進(jìn)行高速和大批量信息傳輸時(shí)，常采用的錯(cuò)誤校驗(yàn)方式是循環(huán)冗余校驗(yàn)CRC。CRC校驗(yàn)將傳輸?shù)臄?shù)據(jù)經(jīng)過專門的電路，產(chǎn)生一個(gè)16位或32位的

CRC碼，加在數(shù)據(jù)的最后發(fā)送。在數(shù)據(jù)的接收端，采用相同的電路對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。如果數(shù)據(jù)傳輸準(zhǔn)確無誤，則從線路上接收到的校驗(yàn)碼應(yīng)該與接收數(shù)據(jù)產(chǎn)生的校驗(yàn)碼一致，否則就表示發(fā)生了傳輸錯(cuò)誤。

CRC校驗(yàn)方式對(duì)于成塊數(shù)據(jù)傳送中數(shù)據(jù)檢錯(cuò)十分有效，但電路相對(duì)復(fù)雜一些，USB總線就是采用的這個(gè)方法。22第12章總線與接口標(biāo)準(zhǔn)

五、總線標(biāo)準(zhǔn)

目前總線標(biāo)準(zhǔn)有兩類：（1）是IEEE（美國(guó)電氣及電子工程師協(xié)會(huì)）標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)定義與解釋的標(biāo)準(zhǔn)，如：IEEE-488總線和RS-232C

串行接口標(biāo)準(zhǔn)等，這類標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)已有20多個(gè)。（2）是因廣泛應(yīng)用而被大家接受與公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)，如S-100

總線、IBMPC總線、ISA總線、EISA總線、STD總線接口標(biāo)準(zhǔn)等。不同的總線標(biāo)準(zhǔn)可以用于不同的微機(jī)系統(tǒng)或者同一微機(jī)系統(tǒng)的不同位置。23第12章總線與接口標(biāo)準(zhǔn)

通常情況下，總線能達(dá)到什么樣的性能是由總線的指標(biāo)體現(xiàn)的，主要有以下兩點(diǎn)：（1）總線寬度總線寬度是指可以同時(shí)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)位數(shù)，位數(shù)越多，一次傳輸?shù)男畔⒕驮蕉?。如EISA總線寬度為16位，PCI總線寬度為32位，

PCI-2總線寬度可達(dá)到64位。微計(jì)算機(jī)的總線寬度一般不會(huì)超過CPU外部數(shù)據(jù)總線的寬度。（2）總線頻率總線通常都有一個(gè)基本時(shí)鐘，總線上其它信號(hào)都以這個(gè)時(shí)鐘為基準(zhǔn)，這個(gè)時(shí)鐘的頻率也是總線工作的最高頻率。時(shí)鐘的頻率越高，單位時(shí)間內(nèi)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量就越大。EISA總線的時(shí)鐘頻率為8MHz，PCI總線為33.3MHz，PCI-2總線可達(dá)66MHz。24第12章總線與接口標(biāo)準(zhǔn)

12.3系統(tǒng)總線

系統(tǒng)總線是組成微機(jī)系統(tǒng)所用的總線。常用的系統(tǒng)總

線有8/16位ISA和EISA兩種。8位ISA總線也稱為PC總線，

16位ISA總線也稱為PC/AT總線，80年代末期出現(xiàn)了32位的

EISA總線。由于早期總線的時(shí)鐘頻率和最大傳輸率受主板

上的擴(kuò)展槽數(shù)量、傳輸線長(zhǎng)度及擴(kuò)展卡電路負(fù)載的限制，

系統(tǒng)總線傳輸速率較低，已成為限制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)工作速度

的一個(gè)瓶頸。隨著芯片制造技術(shù)的不斷提高，計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)

的更新與工作速度也大幅度提高，全新一代的系統(tǒng)總線也

在不斷涌現(xiàn)。25第12章總線與接口標(biāo)準(zhǔn)

一、PC總線

20世紀(jì)70年代末，蘋果微型計(jì)算機(jī)的成功證明了個(gè)人電腦市場(chǎng)是確實(shí)存在的，IBM公司最高決策層下令研制個(gè)人電腦，在佛羅里達(dá)的波克鎮(zhèn)成立了一個(gè)13人的研制小組。1981年，該小組推出了以8088為CPU的新一代個(gè)人計(jì)算機(jī)，為增加擴(kuò)充能力也設(shè)計(jì)了總線。該總線被稱為PC或PC/XT總線，

是PC總線的第一次創(chuàng)新與以前其它公司做法不同的是，IBM向外界完全公開了包括PC總線完整規(guī)范在內(nèi)的技術(shù)文件?？偩€工作頻率4.77MHz，總線寬度w=1Byte，傳送一次數(shù)據(jù)所需時(shí)鐘周期數(shù)N=2，所以總線傳輸率為Q=4.77×112=2.38MB/s。26第12章總線與接口標(biāo)準(zhǔn)

PC總線也叫做PC/XT總線，是早期PC/XT微機(jī)中采用的系統(tǒng)總線，它支持8位數(shù)據(jù)傳輸和10位尋址空間，最大通信速率為5MB/s。它有62根引腳，可插入符合PC總線的各種擴(kuò)展板，以擴(kuò)展微機(jī)的功能。其特點(diǎn)是把CPU視為總線的唯一總控設(shè)備，其余外圍設(shè)備均為從屬設(shè)備。具有價(jià)格低、可靠性好、兼容性好和使用靈活等優(yōu)點(diǎn)。

PC總線62條引腳信號(hào)通過一個(gè)31腳分為A、B兩面連接插槽，其中A面為元件面，B面為焊接面。這62條引腳信號(hào)分為地址線、數(shù)據(jù)線、控制線、狀態(tài)線、輔助線與電源等5類接口信號(hào)線。27第12章總線與接口標(biāo)準(zhǔn)

1、地址線A0～A19（20條）

20條地址總線為雙向傳輸，其中A19為最高位，A0為最低位，它們用來指出內(nèi)存地址或I/O接口地址。在系統(tǒng)總線周期中由

CPU驅(qū)動(dòng)，在DMA周期中由DMA控制器驅(qū)動(dòng)，采用地址允許信號(hào)AEN來確定。在存儲(chǔ)器尋址時(shí)，利用這20條地址線可訪問1MB的存儲(chǔ)空間，在進(jìn)行I/O端口尋址時(shí)，利用16條地址線A15～A0可訪問64K個(gè)端口地址，此時(shí)A19～A16無效。2、數(shù)據(jù)線D0～D7（8條）

數(shù)據(jù)線也是雙向傳輸，其中D7為最高位，D0為最低位。用于在CPU、存儲(chǔ)器及I/O端口之間傳輸數(shù)據(jù)信息及指令操作碼，可采用相應(yīng)的控制線來進(jìn)行數(shù)據(jù)選通。28第12章總線與接口標(biāo)準(zhǔn)

3、控制線（21條）

（1）AEN：地址允許信號(hào)，輸出線，高電平有效。（2）ALE：地址鎖存允許輸出信號(hào)，高電平有效。（3）MEMR：存儲(chǔ)器讀信號(hào)，輸出線，低電平有效。（4）MEMW：存儲(chǔ)器寫信號(hào)，輸出線，低電平有效（5）IOR：I/O端口的讀信號(hào)，輸出低電平有效。（6）IOW：I/O端口的寫信號(hào)，輸出線，低電平有效。（7）IRQ7～I(xiàn)RQ2：6級(jí)中斷請(qǐng)求輸入信號(hào)，高電平有效。（8）DRQ3～DRQ1：3條DMA請(qǐng)求信號(hào)，輸入線，高電平有效。（9）DACK0～DACK3：4條DMA響應(yīng)信號(hào)，低電平有效。（10）T/C：計(jì)數(shù)結(jié)束信號(hào)，高電平有效。（11）RESETDRV：復(fù)位驅(qū)動(dòng)信號(hào)，高電平有效。29第12章總線與接口標(biāo)準(zhǔn)

4、狀態(tài)線（2條）（1）I/OCHCK：I/O通道奇偶校驗(yàn)輸入信號(hào)，低電平有效。此信號(hào)由插入擴(kuò)展槽的存儲(chǔ)器卡或I/O卡發(fā)出，用來向CPU提供關(guān)于I/O通道上的設(shè)備或存儲(chǔ)器的奇偶校驗(yàn)信息。當(dāng)其為低電平時(shí)，表明奇偶校驗(yàn)有錯(cuò)，會(huì)對(duì)微處理器產(chǎn)生不可屏蔽中斷。（2）I/OCHRDY：I/O通道準(zhǔn)備就緒信號(hào)，高電平有效。該信號(hào)由擴(kuò)展槽中的存儲(chǔ)器卡或I/O卡發(fā)出。在數(shù)據(jù)傳送過程中，

當(dāng)一些慢速外設(shè)跟不上CPU

工作速度時(shí)，可將該信號(hào)變低來使CPU或DMA控制器插入適當(dāng)?shù)牡却芷冢瑥亩娱L(zhǎng)I/O周期或存儲(chǔ)周期。此信號(hào)為低電平的時(shí)間不應(yīng)超過10個(gè)時(shí)鐘周期。

該信號(hào)主要用來解決慢速的外設(shè)與快速

CPU或DMA控制器之間的矛盾。30第12章總線與接口標(biāo)準(zhǔn)

5、輔助線、電源和地線（11條）（1）OSC：晶體振蕩脈沖信號(hào)，振蕩周期為70ns，主頻為14.318MHz，占空比為50%。（2）CLK：系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)，此信號(hào)是由OSC三分頻得到的，周期為210ns，頻率為4.77MHz，占空比為33%，此信號(hào)用于總線周期同步。（3）CARDSLCTD：插件板選中信號(hào)，該信號(hào)只能用于

PC/XT主板上第8個(gè)擴(kuò)展槽中的插件板。利用該信號(hào)向CPU表明插件板已被選中，可以進(jìn)行讀取數(shù)據(jù)的操作。（4）電源線：62芯PC/XT總線有±5V、±12V電源，其中+5V電源線2條，其余電源線各1條。（5）地線GND：有3條地線。31第12章總線與接口標(biāo)準(zhǔn)

二、ISA總線

這是PC總線的第二次創(chuàng)新。80286微處理器推出之后，IBM決定開發(fā)功能比PC/XT更強(qiáng)大的PC，稱為PC/AT。由于原PC/XT總線與新機(jī)器性能指標(biāo)不匹配，同時(shí)又要保證新機(jī)型必須與PC/XT的原有軟硬件兼容，這就要求必須對(duì)新機(jī)型的總線重新設(shè)計(jì)。

IBM公司在PC總線基礎(chǔ)上增加36個(gè)引腳，形成了

AT總線。即從1982年以后，逐步確立的IBM

公司工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)稱為ISA

總線，有時(shí)也稱為

PC/AT總線。32第12章總線與接口標(biāo)準(zhǔn)

1、ISA總線的特點(diǎn)

PC總線僅適用于8位數(shù)據(jù)的傳送，所以，從

IBMPC/AT微機(jī)開始采用PC/AT總線，即ISA總線，該總線的數(shù)據(jù)傳送速率最快為8MB/s，地址總線寬度為24位，可以支持16MB的內(nèi)存。

ISA總線在PC總線的62引腳的基礎(chǔ)上增加了一個(gè)36引腳的插槽，形成前62引腳和后36引腳的兩個(gè)插座，這樣就構(gòu)成了16

位ISA總線。它可以利用前

62引腳的插座插入與PC總線兼容的8位接口電路卡，也可以利用整個(gè)插座插入16位接口電路卡。除了數(shù)據(jù)和地址線的擴(kuò)充外，16位

ISA部分還擴(kuò)充了中斷和DMA請(qǐng)求、應(yīng)答信號(hào)。33第12章總線與接口標(biāo)準(zhǔn)

2、引腳信號(hào)功能

16位ISA總線的前62引腳的信號(hào)分布及其功能與PC總線基本相同，

16位總線中新增加的36引腳插槽信號(hào)擴(kuò)展了數(shù)據(jù)線、地址線、存儲(chǔ)器和I/O設(shè)備的讀寫控制線、中斷和DMA控制線、電源和地線等。新插槽中的引腳信號(hào)分為C（元件面）和D（焊接面）兩列。3、ISA總線的體系結(jié)構(gòu)

在利用ISA總線構(gòu)成的微機(jī)系統(tǒng)中，當(dāng)內(nèi)存速度較快時(shí)，通常采用將內(nèi)存移出ISA總線并轉(zhuǎn)移到自己的專用總線—內(nèi)存總線上的體系結(jié)構(gòu)，微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部采用高速總線，DRAM通過內(nèi)存總線與CPU進(jìn)行高速信息交換。ISA總線以擴(kuò)展插槽形式對(duì)外開放，磁盤控制器、顯示卡、聲卡、打印機(jī)等接口卡均可插在8/16

位ISA總線插槽上，以實(shí)現(xiàn)ISA支持的各種外設(shè)與CPU的通信。34第12章總線與接口標(biāo)準(zhǔn)

內(nèi)存CPUPIC系統(tǒng)DMACISA卡

ISA總線局部總線（內(nèi)存總線）ISA卡ISA卡35第12章總線與接口標(biāo)準(zhǔn)

三、MCA總線

在80386處理器誕生后，一些計(jì)算機(jī)制造廠商和IBM公司先后推出功能更強(qiáng)的80386PC。為提高機(jī)器速度，增大可用內(nèi)存，要管理4GB實(shí)際內(nèi)存和64TB虛擬內(nèi)存，增加多處理能力等，又需要重新設(shè)計(jì)總線。在本次總線創(chuàng)新設(shè)計(jì)中，不同公司出于各自目的，導(dǎo)致了2種新型總線：MCA和EISA的產(chǎn)生。

1987年IBM公司為保護(hù)自身的利益，在宣布PC/2機(jī)器時(shí)，推出相對(duì)封閉的微通道結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)稱為MCA總線，試圖由該公司加以專利控制。從技術(shù)層面上講，MCA是比較先進(jìn)的，其數(shù)據(jù)寬度為32位，地址總線寬度也為32位，尋址空間4GB，總線時(shí)鐘為10MHz，最大數(shù)據(jù)傳輸率為40MB/s。MCA配有總線仲裁機(jī)構(gòu)，可支持16個(gè)總線主控制器，允許共享中斷級(jí)，適用于多用戶、多任務(wù)的環(huán)境。但是，由于MCA總線與ISA總線不兼容，不支持ISA外設(shè)，影響了在PC兼容機(jī)上的使用。36第12章總線與接口標(biāo)準(zhǔn)

四、EISA總線

如果將MCA總線稱為PC總線的第三次創(chuàng)新，那么，EISA總線就是PC總線的第四次創(chuàng)新了。為了打破IBM的壟斷，1988年9月，Compaq、AST，Epson、

HP、Olivetti、NEC等9家公司聯(lián)合起來，推出了一種兼容性更優(yōu)越的總線，即EISA總線。設(shè)計(jì)EISA總線的目標(biāo)有2個(gè)：為提高數(shù)據(jù)傳輸率用一個(gè)專門猝發(fā)式DMA策略使32位總線能達(dá)到33MB/s；在功能、電氣、物理上保持與PC/XT、PC/AT總線兼容。

EISA總線是擴(kuò)展的ISA總線，引腳由原來ISA總線的62個(gè)加

36個(gè)擴(kuò)展到了98個(gè)，其數(shù)據(jù)總線被擴(kuò)展到32位，但時(shí)鐘速度仍維持在8MHz，傳輸速率為33MB/S，由于EISA總線性能穩(wěn)定，適用于網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、高速圖像處理、多媒體等領(lǐng)域，最常見的應(yīng)用是作為磁盤控制器和視頻圖形適配器。

由于EISA是兼容機(jī)廠商共同推出的，所以其技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是公開的。37第12章總線與接口標(biāo)準(zhǔn)

與ISA總線相比EISA總線有如下特點(diǎn)：（1）EISA總線用于32位微型計(jì)算機(jī)中，支持32位的地址總線尋址，可尋址4GB的存儲(chǔ)空間，也支持64KB的I/O端口尋址。（2）它具有32

位數(shù)據(jù)線，大大提高了數(shù)據(jù)傳輸能力，保證了系統(tǒng)性能的提高，使最大數(shù)據(jù)傳輸速率達(dá)33MB/S。（3）EISA總線支持多處理器結(jié)構(gòu)，支持多主控總線設(shè)備，具有較強(qiáng)的I/O擴(kuò)展能力和負(fù)載能力。（4）具有自動(dòng)配置功能，可以根據(jù)配置文件自動(dòng)地初始化，

配置系統(tǒng)板和多擴(kuò)展卡。（5）擴(kuò)展了DMA的范圍和傳輸速度，支持7個(gè)DMA通道，DMA數(shù)據(jù)傳輸既可在ISA方式下進(jìn)行，也可在EISA方式下進(jìn)行。而且在EISA方式下進(jìn)行DMA數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，使用的數(shù)據(jù)總線和地址總線都是32位的。（6）采用同步數(shù)據(jù)傳送協(xié)議，可支持常規(guī)的一次傳送，也可支持突法方式即高速分組傳送。38第12章總線與接口標(biāo)準(zhǔn)

12.4局部總線

局部總線可看作是CPU總線和系統(tǒng)總線之間的一種總線。它具有較高的時(shí)鐘頻率和傳輸率，在一定程度上克服了系統(tǒng)總線的瓶頸問題，提高了系統(tǒng)性能。使用局部總線后，系統(tǒng)內(nèi)有多條不同級(jí)別的總線，形成了“分級(jí)總線結(jié)構(gòu)”。在這種體系中，不同傳輸要求的設(shè)備“分類”連接在不同性能的總線上，合理地分配系統(tǒng)資源，滿足不同設(shè)備的不同需要。此外，局部總線信號(hào)獨(dú)立于CPU，處理器的更換不會(huì)影響系統(tǒng)結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)在常用的有3種局部總線：VESA局部總線、PCI局部總線、AGP總線。39第12章總線與接口標(biāo)準(zhǔn)

一、VESA總線

1992年推出的VESA總線是一種32位接口的局部總線，通常也稱為VL總線。它基于80486微處理機(jī)的32位局部總線，支持

16MHz～66MHz的時(shí)鐘頻率，其數(shù)據(jù)總線的寬度為64位，地址總線為32位，數(shù)據(jù)傳輸率可高達(dá)267MB/s。

VESA局部總線接口卡參見圖11-4所示。與EISA總線一樣，

VESA局部總線也是ISA總線的擴(kuò)展，不同之處在于VESA局部總線沒有在16位ISA總線連接器上增加任何器件，而是在16位

ISA總線連接器的后面增加了第3個(gè)連接器，即VESA連接器。40第12章總線與接口標(biāo)準(zhǔn)

8位ISAVESAVESA局部總線卡16位ISA41第12章總線與接口標(biāo)準(zhǔn)

VESA局部總線上的連線與EISA總線卡非常相似，VESA局部總線還包括一個(gè)32位地址和數(shù)據(jù)總線，用于將存儲(chǔ)器和I/O設(shè)備連接到微處理器上。

VESA局部總線出現(xiàn)以后，雖然提高了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的整體性能，但也存在一定的局限性。

主要表現(xiàn)在：（1）用戶必須根據(jù)CPU的速度及系統(tǒng)采用的擴(kuò)展總線來選用特定的VESA總線卡。（2）系統(tǒng)中的一個(gè)VESA總線不能在多于兩個(gè)VESA總線卡的情況下運(yùn)行，否則將降低系統(tǒng)的性能。（3）由于其設(shè)計(jì)思想是低價(jià)格，快速上市，因此設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，無緩沖器，當(dāng)CPU主頻大于33MHz時(shí)會(huì)導(dǎo)致延時(shí)，產(chǎn)生等待狀態(tài)。42第12章總線與接口標(biāo)準(zhǔn)

二、PCI總線

為解決VESA局部總線存在的問題，1991年下半年，Intel公司首先提出了PCI總線的概念。PCI是一種同步且獨(dú)立于處理器的32

位或64位的局部總線，它允許外設(shè)與CPU進(jìn)行智能對(duì)話，從而避免了中斷請(qǐng)求（IRQ）、直接存儲(chǔ)器存取（DMA）和I/O通道之間的沖突。其工作頻率為25、33、66MHz，最大傳輸率可達(dá)528MB/s。

PCI總線支持64位數(shù)據(jù)傳輸、多總線主控和線性突發(fā)方式，目前主要在奔騰（Pentium）等高檔微機(jī)中使用。PCI是高速外設(shè)與CPU

間的橋梁。它在CPU與外設(shè)間插入了一個(gè)復(fù)雜的管理層，以協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)傳輸，并提供了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的總線接口。該管理層提供信號(hào)的緩沖，使PCI能支持10種外設(shè)，并在高時(shí)鐘頻率下保持高性能。4344第12章總線與接口標(biāo)準(zhǔn)

PCI總線有PCI總線控制橋，即PCI芯片組，可以支持對(duì)內(nèi)存、高速緩存、總線和輸入/輸出接口的控制功能，支持突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸周期，可確保總線不斷載滿數(shù)據(jù)?？蓽p小存取延遲，

能夠大幅度減少外圍設(shè)備取得總線控制權(quán)所需的時(shí)間，以保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅惩āCI總線所具有的主控和同步操作功能有利于提高PCI總線的性能，而且PCI總線不受處理器限制，兼容性強(qiáng)，適用于各種機(jī)型。

PCI局部總線既符合當(dāng)前的技術(shù)要求，又能滿足未來技術(shù)的發(fā)展需要，已成為廣泛使用的局部總線標(biāo)準(zhǔn)。PCI的高性能、高效率，使其成為開發(fā)當(dāng)今高性能AGP圖形接口的基礎(chǔ)。45第12章總線與接口標(biāo)準(zhǔn)

1、PCI總線的主要特點(diǎn)（1）線性突發(fā)傳輸（2）支持總線主控方式和同步操作（3）獨(dú)立于處理器（4）即插即用（5）適合于各種機(jī)型（6）多總線共存（7）預(yù)留發(fā)展空間（8）采用了數(shù)據(jù)線和地址線復(fù)用結(jié)構(gòu)，減少了總線引腳數(shù)，從而可以節(jié)約線路空間，降低設(shè)計(jì)成本。46第12章總線與接口標(biāo)準(zhǔn)

2、PCI總線信號(hào)的定義

PCI總線信號(hào)分為地址線、數(shù)據(jù)線、接口控制線、仲裁線、系統(tǒng)線、中斷請(qǐng)求線、高速緩存支持、出錯(cuò)報(bào)告等信號(hào)線。

PCI總線規(guī)定了兩種PCI擴(kuò)展卡及連接器：一種稱為長(zhǎng)卡，另一種稱為短卡。長(zhǎng)卡提供64位接口，插槽

A、B兩邊共定義了188個(gè)引腳；短卡提供32位接口，插槽A、B兩邊共定義了124個(gè)引腳。除去電源線、地線、未定義的引腳之外，其余信號(hào)線按功能分類如圖。47第12章總線與接口標(biāo)準(zhǔn)

AD0~AD31必需的可選的接口控制信號(hào)AD32~AD63地址/數(shù)據(jù)線TRST錯(cuò)誤報(bào)告信號(hào)仲裁信號(hào)64位總線擴(kuò)展信號(hào)系統(tǒng)信號(hào)接口控制中斷信號(hào)支持Cache的信號(hào)邊界掃描信號(hào)PCI總線設(shè)備TMSTCKTDOTDISDONESBOINTDINTCINTBINTALOCKACK64REQ64PAR64RSTCLKC/BE4~C/BE7GNTREQSERRPERRIDSELDEVSELSTOPIRDYTRDYFRAMEPARC/BE0~C/BE348第12章總線與接口標(biāo)準(zhǔn)

3、PCI總線的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

PCI局部總線與Pentium機(jī)內(nèi)部總線組合可以構(gòu)成多總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，PCI總線允許在一個(gè)總線中插入32

個(gè)物理部件，每一個(gè)物理部件可以含有最多8

個(gè)不同的功能部件。在PCI總線系統(tǒng)中，處理器與RAM位于主機(jī)總線上，它具有64位數(shù)據(jù)通道和更寬以及更高的運(yùn)行速度。指令和數(shù)據(jù)在CPU和RAM之間快速流動(dòng)，然后數(shù)據(jù)被交給PCI總線。PCI

負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)交給PCI擴(kuò)展卡或設(shè)備。如果需要，也可以將數(shù)據(jù)導(dǎo)向ISA、EISA、MCA

等總線或控制器如IDE、SCSI以便進(jìn)行存儲(chǔ)。49第12章總線與接口標(biāo)準(zhǔn)

CPU…內(nèi)存Cache控制器/PCI橋CPU總線(32/64位)內(nèi)存總線(32/64位)圖形加速器PCI總線IDE控制器SCSI控制器Ethernet控制器PCI-PCI橋PCI總線設(shè)備PCI-橋ISAEISA...ISA/EISA/…總線…設(shè)備PCI設(shè)備功能部件0...功能部件7…PCI設(shè)備功能部件0...功能部件750第12章總線與接口標(biāo)準(zhǔn)

PCI橋的主要功能如下：（1）提供一個(gè)低延遲的訪問通路，從而使處理器能夠直接訪問通過低延遲訪問通路映射于存儲(chǔ)器空間或I/O

空間的PCI設(shè)備。（2）提供能使PCI主設(shè)備直接訪問主存儲(chǔ)器的高速通路。（3）提供數(shù)據(jù)緩沖功能，可以使CPU與PCI總線上的設(shè)備并行工作而不必相互等待。（4）可以使PCI總線的操作與CPU總線分開，以免相互影響，實(shí)現(xiàn)了PCI總線的全部驅(qū)動(dòng)控制。51第12章總線與接口標(biāo)準(zhǔn)

三、AGP總線

Intel公司為了解決高速視頻或高品質(zhì)畫面的顯示，在1997年又推出了一種高速圖形接口的局部總線標(biāo)準(zhǔn)—AGP總線。

AGP總線是對(duì)PCI總線的擴(kuò)展和增強(qiáng)，但

AGP接口只能為圖形設(shè)備獨(dú)占，不具有一般總線的共享特性。采用AGP接口，允許顯示數(shù)據(jù)直接取自系統(tǒng)主存儲(chǔ)器，而無需先預(yù)取至視頻存儲(chǔ)器中。通過系統(tǒng)設(shè)置，圖形控制器可以從系統(tǒng)主存中劃出一部分空間用于保存AGP數(shù)據(jù)。52第12章總線與接口標(biāo)準(zhǔn)

圖形加速器AGP芯片集系統(tǒng)內(nèi)存下一代聲卡硬盤子系統(tǒng)網(wǎng)卡PentiumII處理器528MBpsPORTAGPPCIBUS132MBps53第12章總線與接口標(biāo)準(zhǔn)

絕大部分的微型計(jì)算機(jī)都支持AGP總線。它的主要特點(diǎn)如下：（1）具有雙重驅(qū)動(dòng)技術(shù)，允許在一個(gè)總線周期內(nèi)傳輸兩次數(shù)據(jù)，即在AGP

時(shí)鐘信號(hào)的上沿和下沿都進(jìn)行32位的數(shù)據(jù)傳輸，從而將有效帶寬提高

4倍能達(dá)到512MB/s。（2）采用帶邊信號(hào)傳送技術(shù)，在總線上實(shí)現(xiàn)地址和數(shù)據(jù)的多路復(fù)用，從而把整個(gè)32位的數(shù)據(jù)總線留出來給圖形加速器。（3）采用內(nèi)存請(qǐng)求流水線技術(shù)，隱含了對(duì)存儲(chǔ)器訪問造成的延遲，允許系統(tǒng)處理圖形控制器對(duì)內(nèi)存進(jìn)行的多次請(qǐng)求。通過內(nèi)存請(qǐng)求的流水線策略，對(duì)各種內(nèi)存請(qǐng)求進(jìn)行排隊(duì)來減少延遲，一個(gè)典型的排隊(duì)可處理12

個(gè)以上的請(qǐng)求，從而大大加快了數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣?。?）通過把圖形接口繞行到專用的適合傳輸高速圖形、圖像數(shù)據(jù)的AGP通道上，解決了PCI帶寬問題。當(dāng)AGP承擔(dān)這個(gè)任務(wù)后，PCI會(huì)有更多的能力負(fù)責(zé)其它應(yīng)用的數(shù)據(jù)傳輸，大大減輕了PCI總線的壓力。（5）AGP總線是對(duì)PCI總線的擴(kuò)展和增強(qiáng)，但AGP接口只能為圖形設(shè)備獨(dú)占，不具有一般總線的共享特性。采用AGP接口，允許顯示數(shù)據(jù)直接取自系統(tǒng)主存儲(chǔ)器，而無需先預(yù)取至視頻存儲(chǔ)器中。54第12章總線與接口標(biāo)準(zhǔn)

12.5外部設(shè)備總線一、IEEE1394總線

IEEE1394是一種新型的高速串行總線。它具有許多顯著的特點(diǎn)：可以達(dá)到較高的傳輸速率，如100MBps、200MBps、

400MBps等；總線采用兩種數(shù)據(jù)傳輸模式，即同步傳輸模式和異步傳輸模式；可以實(shí)現(xiàn)即插即用并支持熱插拔等。它的應(yīng)用范圍主要是那些帶寬要求超過100KB/s的硬盤和視頻外設(shè)。

1、IEEE1394系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理

IEEE1394可以進(jìn)行同步傳輸，也可以支持異步傳輸，總線通過一根1394橋接器與計(jì)算機(jī)的外部設(shè)備相連。55第12章總線與接口標(biāo)準(zhǔn)

CPU內(nèi)存1394橋接器掃描儀驅(qū)動(dòng)器CPUCD

ROM驅(qū)動(dòng)器數(shù)字照相機(jī)打印機(jī)1394內(nèi)部總線聯(lián)接并行總線1394總線1394線纜聯(lián)接設(shè)備I/O56第12章總線與接口標(biāo)準(zhǔn)

用IEEE

1394總線聯(lián)接起來的設(shè)備采用一種內(nèi)存編址方法，各設(shè)備就象內(nèi)存空間中的存儲(chǔ)單元一樣。設(shè)備地址有64

位寬，占用10位作為網(wǎng)絡(luò)ID

號(hào)，6位用作節(jié)點(diǎn)號(hào)，48位用作內(nèi)部編址。這樣可得到總共64個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)上有1023個(gè)網(wǎng)絡(luò)ID號(hào)，每個(gè)ID號(hào)又具有231TM的內(nèi)存編址。以往的IDE

和SCSI-2等I/O結(jié)構(gòu)采用的是通道模式，即對(duì)于每一控制器要求單獨(dú)的I/O通道。內(nèi)存編址顯然優(yōu)于通道編址，

它可以把設(shè)備資源當(dāng)作寄存器或內(nèi)存，因而可以進(jìn)行處理器到內(nèi)存的直接傳輸。每一個(gè)總線段稱作一個(gè)節(jié)點(diǎn)，

可對(duì)節(jié)點(diǎn)分別編址、復(fù)位和校驗(yàn)，許多節(jié)點(diǎn)在物理上形成一個(gè)模塊，

多個(gè)端口又可以集中在一個(gè)節(jié)點(diǎn)上。57第12章總線與接口標(biāo)準(zhǔn)

2、IEEE1394總線協(xié)議

IEEE

1394總線是一種基于數(shù)據(jù)包的數(shù)據(jù)傳輸總線，總線協(xié)議中實(shí)現(xiàn)了開放式互連參考模型OSI七層協(xié)議中的三層：即傳輸層、數(shù)據(jù)鏈路層和物理層。串行總線的管理層將這三個(gè)層次有機(jī)地聯(lián)接起來。

各個(gè)層次的功能：（1）傳輸層：對(duì)異步傳輸協(xié)議的讀寫和鎖定提供支持。（2）數(shù)據(jù)鏈路層：為異步傳送和等時(shí)傳輸兩種類型的包數(shù)據(jù)提供了包傳送功能。（3）物理層：將數(shù)據(jù)鏈路層的邏輯信號(hào)根據(jù)不同的串行總線介質(zhì)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)，同時(shí)用來確保一次只有一個(gè)節(jié)點(diǎn)可發(fā)送數(shù)據(jù)。58第12章總線與接口標(biāo)準(zhǔn)

軟件協(xié)議應(yīng)用接口串行總線管理總線配置傳輸層：異步、讀、寫、鎖定鏈路層：包傳送、包接收等，會(huì)話，監(jiān)聽，循環(huán)控制物理層：特性，數(shù)據(jù)同步，編碼

/解碼，聯(lián)接頭/媒體，信號(hào)層IEEE1394物理接口59第12章總線與接口標(biāo)準(zhǔn)

二、I2C總線

1、I2C總線簡(jiǎn)介

I2C總線是一種由PHILIPS公司開發(fā)的兩線式串行總線，用于連接微控制器及其外圍設(shè)備。I2C

總線產(chǎn)生于在80

年代，最初為音頻和視頻設(shè)備開發(fā)，如今主要在服務(wù)器管理中使用，其中包括單個(gè)組件狀態(tài)的通信。例如管理員可對(duì)各個(gè)組件進(jìn)行查詢，以管理系統(tǒng)的配置或掌握組件的功能狀態(tài)，如電源和系統(tǒng)風(fēng)扇?？呻S時(shí)監(jiān)控內(nèi)存、硬盤、網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)溫度等多個(gè)參數(shù)，增加了系統(tǒng)的安全性，方便了管理。60第12章總線與接口標(biāo)準(zhǔn)

在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中推廣I2C總線后將會(huì)大大改變單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)性能，對(duì)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)帶來如下好處：（1）可最大限度地簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)。（2）可實(shí)現(xiàn)電路系統(tǒng)的模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)。（3）標(biāo)準(zhǔn)I2C總線模塊的組合開發(fā)方式大大地縮短了新品種的開發(fā)周期，有利于新產(chǎn)品及時(shí)地推向市場(chǎng)。（4）I2C總線各節(jié)點(diǎn)具有獨(dú)立的電氣特性，各節(jié)點(diǎn)單元電路能在相互不受影響的情況下以及在系統(tǒng)供電的情況下進(jìn)行接入或撤除。（5）I2C總線系統(tǒng)的構(gòu)成具有最大的靈活性。系統(tǒng)改型設(shè)計(jì)，或?qū)σ呀?jīng)加工好的電路板進(jìn)行功能擴(kuò)展時(shí)，對(duì)原有的設(shè)計(jì)及電路板系統(tǒng)影響是最小的。（6）I2C總線系統(tǒng)可以方便地對(duì)某一節(jié)點(diǎn)電路進(jìn)行故障診斷與跟蹤，有極好的可維護(hù)性。61第12章總線與接口標(biāo)準(zhǔn)

2、I2C總線的性能特點(diǎn)

I2C總線的串行數(shù)據(jù)傳送與一般的串行數(shù)據(jù)傳送無論從接口電氣特性、傳送狀態(tài)管理以及程序編制特點(diǎn)等方面都有很大的不同。

I2C總線主要具有以下特性：（1）二線傳輸。（2）當(dāng)系統(tǒng)中有多個(gè)主器件時(shí)，在I2C總線工作時(shí)任何一個(gè)主器件都可成為主控制器。多機(jī)競(jìng)爭(zhēng)時(shí)的時(shí)鐘同步與總線仲裁都由硬件與標(biāo)準(zhǔn)軟件模塊自動(dòng)完成，無須用戶介入。（3）I2C總線傳輸時(shí)，采用狀態(tài)碼的管理方法。（4）系統(tǒng)中所有外圍器件及模塊采用器件地址及引腳地址編址方法。（5）所有帶I2C接口的外圍器件都具有應(yīng)答功能。（6）I2C總線電氣接口有嚴(yán)格的規(guī)范，在硬件結(jié)構(gòu)上，任何一個(gè)具有

I2C總線接口的外圍器件，不論其功能差別有多大，都具有相同的電氣接口，各節(jié)點(diǎn)的電源都可以單獨(dú)供電，并可在系統(tǒng)帶電情況下接入或撤出。62第12章總線與接口標(biāo)準(zhǔn)

3、I2C總線工作原理

I2C總線是由數(shù)據(jù)線SDA和時(shí)鐘SCL構(gòu)成的串行總線，可發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。在CPU與被控IC之間、IC與IC之間進(jìn)行雙向傳送，最高傳送速率100kbps。各種被控制電路均并聯(lián)在這條總線上，但就像電話機(jī)一樣只有撥通各自的號(hào)碼才能工作，所以每個(gè)電路和模塊都有唯一的地址，在信息的傳輸過程中，I2C總線上并接的每一模塊電路既是主控器（或被控器），又是發(fā)送器（或接收器），這取決于它所要完成的功能。CPU發(fā)出的控制信號(hào)分為地址碼和控制量?jī)刹糠?，地址碼用來選址，即接通需要控制的電路，確定控制的種類；控制量決定該調(diào)整的類別（如對(duì)比度、亮度等）及需要調(diào)整的量。這樣，各控制電路雖然掛在同一條總線上，卻彼此獨(dú)立，互不相關(guān)。63第12章總線與接口標(biāo)準(zhǔn)

I2C總線在傳送數(shù)據(jù)過程中共有三種類型信號(hào)。它們分別是：開始信號(hào)、結(jié)束信號(hào)和應(yīng)答信號(hào)。

開始信號(hào)：SCL為高電平時(shí)，SDA由高電平向低電平跳變，開始傳送數(shù)據(jù)。

結(jié)束信號(hào)：SCL為低電平時(shí)，SDA由低電平向高電平跳變，結(jié)束傳送數(shù)據(jù)。

應(yīng)答信號(hào)：接收數(shù)據(jù)的IC在接收到8bit數(shù)據(jù)后，

向發(fā)送數(shù)據(jù)的IC發(fā)出特定的低電平脈沖，表示已收到數(shù)據(jù)。CPU向受控單元發(fā)出一個(gè)信號(hào)后，等待受控單元發(fā)出一個(gè)應(yīng)答信號(hào)，CPU接收到應(yīng)答信號(hào)后，根據(jù)實(shí)際情況作出是否繼續(xù)傳遞信號(hào)的判斷。若未收到應(yīng)答信號(hào)，由判斷為受控單元出現(xiàn)故障。

目前有很多半導(dǎo)體集成電路上都集成了I2C接口。帶有I2C接口的單片機(jī)有：CYGNAL的C8051F0XX系列，PHILIPSP87的

LPC7XX系列，

MICROCHIP的PIC16C6XX系列等。很多外圍器件如存儲(chǔ)器、

監(jiān)控芯片等也提供I2C接口。64第12章總線與接口標(biāo)準(zhǔn)

四、SPI總線

SPI總線系統(tǒng)是一種同步串行外設(shè)接口，它可以使MCU與各種外圍設(shè)備以串行方式進(jìn)行通信以交換信息。外圍設(shè)備包括FLASHRAM、網(wǎng)絡(luò)控制器、

LCD顯示驅(qū)動(dòng)器、A/D轉(zhuǎn)換器和MCU等。SPI總線系統(tǒng)可直接與各個(gè)廠家生產(chǎn)的多種標(biāo)準(zhǔn)外圍器件直接接口，該接口一般使用4條線：串行時(shí)鐘線、主機(jī)輸入/從機(jī)輸出數(shù)據(jù)線MISO、

主機(jī)輸出/從機(jī)輸入數(shù)據(jù)線MOSI和低電平有效的從機(jī)選擇線SS（有的SPI接口芯片帶有中斷信號(hào)線INT或INT、有的SPI

接口芯片沒有主機(jī)輸出/從機(jī)輸入數(shù)據(jù)線MOSI）。由于SPI系統(tǒng)總線一共只需3～4位數(shù)據(jù)線和控制線即可實(shí)現(xiàn)與具有SPI總線接口功能的各種I/O器件進(jìn)行接口，而擴(kuò)展并行總線則需