總線系統工作原理

總線系統的工作簡單地說就是在總線控制器的作用下，通過總線設備接口控制、管理連接在總線上的設備使用總線。一個簡單的總線系統如圖2所示。?

圖3中，設備使用總線的過程描述如下：

·首先，設備發(fā)出總線使用請求，并等待獲得總線使用權；

·總線控制器根據使用總線的規(guī)則，對該請求給出應答，表明該設備可以使用總線；

·設備在得到應答以后，就開始使用總線進行數據交換；

·數據交換完成以后，設備將發(fā)出撤銷使用總線的請求，表示設備本次使用總線完畢；

·總線控制器在接收到撤銷使用總線的請求信號后，收回總線使用權，使總線處于釋放狀態(tài)，然后發(fā)出總線撤銷使用應答信號；

·總線撤銷使用應答信號發(fā)出以后，總線進入空閑狀態(tài)，可以接受新的請求。

1．PCI總線?

PXI總線規(guī)范是在PCI規(guī)范的基礎上發(fā)展而來的，包含了PCI總線的所有信號線，具有PCI的各項性能和特點?；綪CI總線是32位總線，可擴展至64位。PCI總線支持猝發(fā)工作方式，總線同步工作頻率可達33MHz，能自動進行配置以實現即插即用，可獨立于處理器以及任何主設備與從設備之間進行點對點訪問。

PCI總線的組成包括地址數據信號(由32位地址數據復用總線、4條總線命令和字節(jié)允許信號線、1條奇偶校驗線構成)、接口控制信號(由幀周期信號線、主設備準備好信號線、從設備準備好信號線、停止數據傳送信號線、鎖定信號線構成)、仲裁信號(由總線請求信號線和總線請求允許信號線構成)、錯誤報告信號(由數據奇偶校驗錯誤信號線、漏極開路信號線構成)、中斷請求信號(包括4條中斷請求信號線)、高速緩存支持信號(包括試探返回信號線和預測命中緩沖信號線)和系統信號(由總線時鐘信號線和復位信號線組成)。另外，為了適應對數據傳輸速度的更高要求，PCI還可以另外進行擴展，經過擴展后，總線增加32條數據地址復用線，除此之外，還有高位傳輸請求信號、高位傳輸響應信號、高位數據允許信號、高位數據奇偶校驗信號等。

2．PXI總線

PXI總線具備PCI總線的全部內容，32位和64位數據傳輸速率分別可達132MB/s和264MB/s。

另外，PXI總線支持3．3V系統電壓和PCI—PCI橋路擴展。除了PCI總線，PXI總線增加了本地總線、參考時鐘、觸發(fā)總線和星形觸發(fā)信號線，以適應電子測量領域，滿足高精確度定時、同步與數據通信的要求。

PXI的本地總線與VXI的本地總線相似，起到了相鄰模塊之間數據通信的橋梁作用，它包含左右各13條信號線，可實現菊花鏈式的總線連接。參考時鐘為一路10MHz基準頻率信號，可為多個模塊提供工作同步所需的時鐘基準。觸發(fā)總線由8條觸發(fā)線組成，可實現異步和同步觸發(fā)。星形觸發(fā)信號線含12跳線，由設置在鄰近系統模塊2號槽的星形觸發(fā)控制器發(fā)出，接至其他各模塊實現對模塊工作的控制。PXI可利用PCI—PCI橋接技術進行系統擴展。擴展時須采用一定的橋接器模塊，這樣在兩個PXI機箱內各安裝一個橋接器模塊，即可連成一個整體設備。這個設備只有一個主設備內裝有系統控制器模塊，另一個則沒有控制器。

由于同一類型總線插槽上的引腳信號有嚴格定義，因此，外部插卡插入任意一個同類型的擴展插槽中都能正常工作。系統總線上的各種信號連接到擴展插槽上，當接口卡(插卡)插入插槽后，各種信號就接入插卡。就整體而言，總線上的信號大體上可分成以下4大類。?

(1)電源線

由于總線與接口卡相連，因此總線為接口卡以及部分外圍設備提供所需的電源。通常只需要±5V電壓，但對于硬盤上的步進電機(馬達)，則需要±12V的電壓。局部總線如PCI提供+3．3V的電源。接地線一方面供應電源使用，另一方面也可用于消除或降低干擾。

(2)地址總線

I/O地址需通過擴展總線送到總線插槽上，的譯碼電路進行解碼，選擇插卡上的具體端口。度不同，如ISA為24位、PCI為32位等。

(3)數據總線

插卡插入擴展槽后，地址信號經插卡上不同類型的擴展總線提供的地址總線寬數據的傳輸是總線最重要的使命。所有往來于外圍部件與主板的數據信息、狀態(tài)信息及控制命令等都要經過數據總線傳送，數據總線是最繁忙的一條通道。不同總線類型，其數據總線的位數不同。有ISA為16位、VESA為32位、PCI為32位并可擴展為64位等。

(4)控制總線

擴展總線上的控制信號可歸納為時鐘信號、讀/寫控制信號、中斷信號、DMA控制信號與電源控制信號等?？刂茖ν獠拷涌诘淖x、寫操作。

單總線系統由硬件配置、處理次序和單總線信號三部分組成。系統按單總線協議規(guī)定的時序和信號波形完成初始化、識別器件和數據交換。

1.硬件配置

單總線系統定義了一根信號線，總線上的每個器件都能驅動它。為了區(qū)分不同的芯片，廠家為每個芯片都編制了唯一的序列號，用激光刻錄的一個64位二進制ROM代碼，從最低位開始前8位是族碼表示產品的分類編號，接著的48位是一個唯一的序列號，最后8位是前56位的CRC校驗碼。當有多個器件連接在一根信號線上進行串行分時數據交換時，就能通過尋址把芯片識別出來。

2、單總線信號

單總線傳送數據或命令是由一系列時序信號組成的。通常，單總線上共有以下四種時序信號。初始化信號;寫0信號;寫1信號;讀信號。設計中可以用單片機的匯編語言編程以確保指令執(zhí)行時間小于或等于時序信號中的最小時間，尤其注意當單片機工作頻率不同時，單總線的時延也不同的。

3、處理次序

在單總線系統中軟件設計的處理次序是關鍵。單片機做主控機時，依據單總線協議，處理次序要保證數據可靠的傳送，并且任一時刻單總線上只有一個控制信號或數據。

在單總線系統中，當CPU取一條指令時，首先把PC(程序計數器)中的地址:同控制信息一起送至總線上。該地址不僅加至內存，同時也加至總線上的所有外部設備，但是，只有與出現在總線上的地址相對直的沒備，才執(zhí)行數據傳送操做。由于在取指情況下的地址是內存地址。所以，此時該地址所指定的內存單元的內容(一條指令)將被取出送給CPU，指令取出之后，CPU將查操作碼以確定下一次要執(zhí)行什么操作。對采用單總線的計算機來講，操作碼規(guī)定了對數據要執(zhí)行什么操作以及數據是流進還是流出CPU。

在單總線系統中，訪內指令同輸入/輸出指令的區(qū)別僅僅在于地址的數值。因此， CPU只要把指令的地址段送到總線上，并依靠相應的設備作出響應就可以了。

如果該地址對應的地址是內存地址，則內存將響應，這時，在CPU和內存之間將發(fā)生數據傳送。

如果該指令地址對應的是外部設備地址，則外部設備將響應，這時，CPU和與該地址相對應的外部設備之間，將發(fā)生數據傳送。

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