第4章總線接口9、10

第4章總線接口設(shè)計含義：總線就是一組線的集合，使計算機系統(tǒng)內(nèi)部的各部件之間以及外部的各系統(tǒng)之間建立信號聯(lián)系，進行數(shù)據(jù)傳遞和通信?？偩€（BUS）特點：規(guī)定了各引線的信號、時序、電氣和機械特性；為計算機系統(tǒng)內(nèi)部各部件、各模塊之間或計算機各系統(tǒng)之間提供了標準的公共信息通路。思考：總線應(yīng)用實例？按照總線內(nèi)部信息傳輸?shù)男再|(zhì)，總線可分為：數(shù)據(jù)總線：DB用于傳送數(shù)據(jù)信息；地址總線：AB是專門用來傳送地址；控制總線：CB控制總線包括控制、時序和中斷信號線；4.1I2C總線I2C總線：一根數(shù)據(jù)線SDA，另一根時鐘線SCL。1、結(jié)構(gòu)2、I2C總線的4種操作模式：①主發(fā)送器模式——輸出時鐘信號SCL，發(fā)送數(shù)據(jù)；②主接收器模式——輸出時鐘信號SCL，接收數(shù)據(jù)；③從發(fā)送器模式——輸入時鐘信號SCL，發(fā)送數(shù)據(jù)；④從接收器模式——輸入時鐘信號SCL，接收數(shù)據(jù)。MPU器件SCLSDAMPU器件SCLSDA主機主機從機從機1）起始信號和終止信號3、I2C總線協(xié)議起始信號（S）：SCL線為高電平期間，SDA線由高電平變?yōu)榈碗娖?；終止信號（P）：SCL線為高電平期間，SDA線由低電平變?yōu)楦唠娖健?）數(shù)據(jù)傳送格式字節(jié)傳送：每一個字節(jié)必須保證是8位長度；數(shù)據(jù)傳送時，先傳送最高位（MSB）。應(yīng)答信號為低電平應(yīng)答位：在SCL高電平期間，從機SDA保持低電平；每一個被傳送的字節(jié)后面都必須跟隨1位應(yīng)答位(共有9位)。數(shù)據(jù)位的有效性規(guī)定

I2C總線進行數(shù)據(jù)傳送時，時鐘信號為高電平期間，數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)必須保持穩(wěn)定，只有在時鐘線上的信號為低電平期間，數(shù)據(jù)線上的高電平或低電平狀態(tài)才允許變化。例題1、根據(jù)I2C總線信號，寫出傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。例題2、傳輸?shù)臄?shù)據(jù)為0xB6，畫出I2C總線信號。思考：主機MCU如何往從機DeviceC發(fā)送數(shù)據(jù)？主機MCU如何從從機DeviceA接收數(shù)據(jù)？0102033）數(shù)據(jù)幀內(nèi)容格式廣義傳送的數(shù)據(jù)信號是地址信號或者數(shù)據(jù)信號。在起始信號后必須傳送一個從機的地址（7位），第0位是數(shù)據(jù)的傳送方向位（R/W）：用“0”表示主機發(fā)送數(shù)據(jù)（W）；用“1”表示主機接收數(shù)據(jù)（R）。A、主機向從機發(fā)送數(shù)據(jù)有陰影部分表示數(shù)據(jù)由主機向從機傳送，無陰影部分表示數(shù)據(jù)由從機向主機傳送。A表示應(yīng)答，/A表示非應(yīng)答（高電平）。S表示起始信號，P表示終止信號。主機：提供時鐘信號；從機：接收時鐘信號。B、主機在第一個字節(jié)(尋址字節(jié))后，立即由從機讀數(shù)據(jù)。首先，主機發(fā)送尋址字節(jié)，從機產(chǎn)生響應(yīng)后，主機由發(fā)送變成接收，從機由接收變成發(fā)送。然后，數(shù)據(jù)由從機發(fā)送、主機接收，每個應(yīng)答由主機產(chǎn)生。若主機要終止本次傳輸，則發(fā)送一個非應(yīng)答信號(A)，接著主機產(chǎn)生停止條件。例題3、要求主機發(fā)送給從機0x02，數(shù)據(jù)0x5B，設(shè)計數(shù)據(jù)幀內(nèi)容。0x020x5B例題4、要求主機接收從機0x20，數(shù)據(jù)0x5B、0x28，0xA2，設(shè)計數(shù)據(jù)幀內(nèi)容。0x200x5B0x280xA24、I2C接口電路1）電路從機主機2）微處理器的I2C總線結(jié)構(gòu)圖IICCON（I2C總線控制寄存器）功能位描述初始狀態(tài)ACK使能[7]0：禁止產(chǎn)生ACK信號；1：允許產(chǎn)生ACK信號0Tx時鐘源選擇[6]0：IICCLK＝fPCLK／16；1：IICCLK＝fPCLK／5120Tx/Rx中斷使能[5]0：禁止Tx/Rx中斷；1：使能Tx/Rx中斷0中斷標記清除/置位[4]寫0：清除中斷標志并重新啟動寫操作；讀1：中斷標志置位0確定發(fā)送時鐘頻率[3：0]設(shè)置I2C總線發(fā)送時鐘前置分頻器，Tx時鐘=IICCLK/（IICCON[3:0]+1）未定義IICSTAT（I2C總線控制/狀態(tài)寄存器）功能位描述初始狀態(tài)模式選擇[7：6]IIC總線主／從Tx/Rx模式選擇位00：從接收模式；01：主接收模式；10：從發(fā)送模式；11：主發(fā)送模式0忙信號狀態(tài)／啟動/停止條件[5]讀0：I2C總線不忙；寫0：產(chǎn)生I2C總線停止信號；讀1：I2C總線忙；寫1：產(chǎn)生I2C總線啟動信號0串行輸出使能[4]0：禁止Tx/Rx信號傳輸；1：使能Tx/Rx信號傳輸0功能位描述初始狀態(tài)仲裁狀態(tài)標志[3]0：總線仲裁成功；1：總線仲裁不成功0從設(shè)備狀態(tài)標志與地址[2]作為從設(shè)備時，0：當檢測到啟動或停止信號時清零；1：接收到的從地址與在IICADD中的匹配0零地址狀態(tài)標志[1]作為從設(shè)備時，0：當檢測到啟動或停止信號時清零；1：接收到從地址為00000000b

0接收到的最后數(shù)據(jù)位狀態(tài)標志[0]0：接收到最后數(shù)據(jù)位后，接收到ACK應(yīng)答信號；1：接收到最后數(shù)據(jù)位后，沒有接收到ACK應(yīng)答信號0IICSTAT（I2C總線控制/狀態(tài)寄存器）IICDS（移位數(shù)據(jù)寄存器）功能位描述初始狀態(tài)數(shù)據(jù)移位[7：0]I2C總線發(fā)送／接收操作的8bit數(shù)據(jù)移位寄存器。當在IICSTAT中的串行輸出使能（=1）時，IICDS寫使能。任何時候都可以對IICDS的值進行讀操作xxxxxxxx3）程序流程圖（主發(fā)送模式）寄存器初始化發(fā)送數(shù)據(jù)結(jié)束對IIC接口初始化voidIIC_Init（unsignedcharch）｛rPCONF=（rPCONF&0xFFFFFFF0）|0xa；//PF0：SCL，PF1：SDArPUP|=0x3;//上拉禁止rIICCON=（1<<7）|（0<<6）|（1<<5）|（0xf）;//使能中斷

rIICADD=0x10；

rIICSTAT=0x10；｝IIC寫操作①_iicMode=WRDATA；iic_buffer[0]=addr;iic_buffer[1]=data;iic_data_tx_size=2;②rIICDS=slvAddr；

rIICSTAT=0xf0；③

while(iic_data_tx_size!=-1){Run_IicPoll();}IIC輪詢函數(shù)voidRun_IicPoll(void){if(rIICCON&0x10)IicPoll()；}voidIicPoll(void)；{switch(_iicMode){caseWRDATA:if（（iic_data_tx_size--）==0）{rIICSTAT=0xd0；rIICCON=0xaf;Delay(1);break;}rIICDS=iic_buffer[_iicPt++];Delay(1);rIICCON=0xaf;break;}4.2USB總線（UniversalSerialBus，通用串行總線）USB是由Compaq、HP、Intel、Lucent、Microsoft、NEC和Philips等公司制定的連接計算機與外圍設(shè)備的總線。USB總線應(yīng)用范圍：U盤、數(shù)碼相機、手機1、USB總線的主要特點（1）熱即插即用——帶電插入或拔出，自動配置USB設(shè)備。（2）系統(tǒng)級聯(lián)最多可連接127個設(shè)備。（3）同時支持不同速率的設(shè)備。低速1.5Mbps，全速12Mbps，高速480Mbps。（4）較強的糾錯能力。（5）總線供電。

USB總線提供5V電壓/100mA電流，最大500mA的電流。2、機械、電氣特性1）外形A型B型2）信號線連接序號信號名稱典型連接線1VBUS（USB電源）紅2D+（正差分信號）白3D-（負差分信號)綠4GND(USB地)黑外層屏蔽層—3）電信號USB的數(shù)據(jù)信號線是差分驅(qū)動的。D+、D-線信號特性：高電平：VD+－VD-＞200mV，VD+＞2.0V；低電平：VD-－VD+＞200mV，VD-＞2.0V。D+、D-線數(shù)據(jù)特性：NRZI（不歸零反向碼）邏輯0：D+、D-線上電平高、低間跳變；邏輯1：D+、D-線上電平不變?！}5、畫出不歸零反向碼信號。例題6、算出不歸零反向碼數(shù)據(jù)。全速：USB設(shè)備在D+上加3.0—3.6V電壓低速：USB設(shè)備在D-上加3.0—3.6V電壓3、USB的傳輸方式4種方式：批量傳輸、中斷傳輸、等時傳輸、控制傳輸。

※1）控制傳輸當USB設(shè)備初次安裝時，USB系統(tǒng)軟件對USB設(shè)備進行分配地址等設(shè)置，數(shù)據(jù)傳送是無損性的。例如，USB設(shè)備初次安裝。2）中斷傳輸中斷數(shù)據(jù)是少量的數(shù)據(jù)組成，且延遲時間有限制。當設(shè)備需要主機為其服務(wù)時，向主機發(fā)送信息通知主機。例如，鍵盤、鼠標。3）批量傳輸批量數(shù)據(jù)是由大量的數(shù)據(jù)組成，連續(xù)傳輸。在數(shù)據(jù)包的傳輸過程中，出現(xiàn)錯誤，則需重新傳輸。例如，打印機、掃描儀、USB硬盤。4）等時傳輸（同步傳輸）等時傳輸，可以單向也可以雙向，用于傳輸連續(xù)、實時的數(shù)據(jù)。要求傳輸速率固定，時間性強，忽略傳輸錯誤，即傳輸中出錯也不重傳。例如，USB接口的攝像頭。4、USB系統(tǒng)結(jié)構(gòu)USB系統(tǒng)包括USB設(shè)備、USB主機和USB互連3部分。（1）USB設(shè)備

USB設(shè)備分為Hub（集線器）和Function（功能設(shè)備）；集線器提供更多的連接點；功能設(shè)備發(fā)送和接收USB數(shù)據(jù)、實現(xiàn)某種功能。（2）USB主機包含USB主控制器，完成與USB設(shè)備之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑O(shè)備；管理整個USB總線的所有信息。（3）USB互聯(lián)

USB互連指的是USB設(shè)備與主機的連接和通信方式。包括總線拓撲結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)傳輸模型和USB調(diào)度表。USB設(shè)備連接成一個層疊的星型拓撲結(jié)構(gòu)；Hub是每個星型的中心；USB拓撲結(jié)構(gòu)最多能有7層（包括根層）。HOSTHUB1HUB2FUN1HUB3FUN2FUN3HUB4HUB5HUB6USB系統(tǒng)星型拓撲結(jié)構(gòu)思考：

嵌入式主機如何往U盤傳遞數(shù)據(jù)呢？5、USB的數(shù)據(jù)傳輸過程(例如，主機發(fā)送數(shù)據(jù)過程)主機應(yīng)用軟件USB總線驅(qū)動程序USB主控制器驅(qū)動程序主控制器（硬件）USB設(shè)備發(fā)送I/O請求包。把I/O請求包分成數(shù)個事務(wù)處理。把數(shù)個事務(wù)處理合成一幀。把事務(wù)處理以信息包形式發(fā)送USB總線。USB設(shè)備接收數(shù)據(jù)。USB主機事務(wù)處理：一次接收或發(fā)送數(shù)據(jù)信息的處理過程。例如：輸出事務(wù)處理向USB設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)。輸出事務(wù)處理（例如，主機發(fā)送數(shù)據(jù)過程)包括①輸出令牌包：通知USB設(shè)備準備接收數(shù)據(jù)；②輸出數(shù)據(jù)包：發(fā)送的數(shù)據(jù)；③握手包：報告事務(wù)處理過程中接收方的狀態(tài)。幀：例如，數(shù)據(jù)長度為12000bit為一幀。USB數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)同步字段（SYNC）包標示符字段（PID）數(shù)據(jù)字段CRC字段包結(jié)尾字段（EOP）SYNC字段：USB主機和設(shè)備傳輸率同步；PID字段：數(shù)據(jù)包的類型，例如數(shù)據(jù)包、令牌包；數(shù)據(jù)字段：傳輸?shù)臄?shù)據(jù)；CRC字段：對傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行錯誤保護；EOP字段：包結(jié)尾的信號。思考：USB鼠標如何工作？

6、USB鼠標的工作過程2）USB鼠標初次插入時，USB主機以控制傳輸方式檢測鼠標設(shè)備，配置地址、傳輸速率并管理鼠標等。1）USB總線是一種輪流查詢方式的總線。3）USB鼠標動作時，以中斷傳輸方式給USB主機發(fā)送信息。4）以數(shù)據(jù)包、事務(wù)處理方式傳輸數(shù)據(jù)信息。5）USB主機響應(yīng)USB鼠標送來的信息，然后處理。7、USB的接口電路S3C2410A提供2個USB主機（Host），1個USB設(shè)備（Slave）8、U盤實物圖4.3SPI總線（SerialPeripheralInterface，串行外圍設(shè)備接口）SPI總線是由Motorola公司開發(fā)的接口總線，主要用在微控制器和外圍設(shè)備芯片之間進行連接。SPI接口應(yīng)用：連接存儲器、A/D轉(zhuǎn)換器、實時時鐘日歷等。1、SPI總線有4根信號線：MOSI:主器件數(shù)據(jù)輸