總線系統(tǒng)信號(hào)類型

由于同一類型總線插槽上的引腳信號(hào)有嚴(yán)格定義，因此，外部插卡插入任意一個(gè)同類型的擴(kuò)展插槽中都能正常工作。系統(tǒng)總線上的各種信號(hào)連接到擴(kuò)展插槽上，當(dāng)接口卡(插卡)插入插槽后，各種信號(hào)就接入插卡。就整體而言，總線上的信號(hào)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(shè)備提供所需的電源。通常只需要±5V電壓，但對(duì)于硬盤上的步進(jìn)電機(jī)(馬達(dá))，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(yīng)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(kuò)展總線送到總線插槽上，的譯碼電路進(jìn)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(shù)據(jù)總線

插卡插入擴(kuò)展槽后，地址信號(hào)經(jīng)插卡上不同類型的擴(kuò)展總線提供的地址總線寬數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)信息、狀態(tài)信息及控制命令等都要經(jīng)過數(shù)據(jù)總線傳送，數(shù)據(jù)總線是最繁忙的一條通道。不同總線類型，其數(shù)據(jù)總線的位數(shù)不同。有ISA為16位、VESA為32位、PCI為32位并可擴(kuò)展為64位等。

(4)控制總線

擴(kuò)展總線上的控制信號(hào)可歸納為時(shí)鐘信號(hào)、讀/寫控制信號(hào)、中斷信號(hào)、DMA控制信號(hào)與電源控制信號(hào)等?？刂茖?duì)外部接口的讀、寫操作。

1．PCI總線?

PXI總線規(guī)范是在PCI規(guī)范的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，包含了PCI總線的所有信號(hào)線，具有PCI的各項(xiàng)性能和特點(diǎn)。基本PCI總線是32位總線，可擴(kuò)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(dá)33MHz，能自動(dòng)進(jìn)行配置以實(shí)現(xiàn)即插即用，可獨(dú)立于處理器以及任何主設(shè)備與從設(shè)備之間進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)訪問。

PCI總線的組成包括地址數(shù)據(jù)信號(hào)(由32位地址數(shù)據(jù)復(fù)用總線、4條總線命令和字節(jié)允許信號(hào)線、1條奇偶校驗(yàn)線構(gòu)成)、接口控制信號(hào)(由幀周期信號(hào)線、主設(shè)備準(zhǔn)備好信號(hào)線、從設(shè)備準(zhǔn)備好信號(hào)線、停止數(shù)據(jù)傳送信號(hào)線、鎖定信號(hào)線構(gòu)成)、仲裁信號(hào)(由總線請(qǐng)求信號(hào)線和總線請(qǐng)求允許信號(hào)線構(gòu)成)、錯(cuò)誤報(bào)告信號(hào)(由數(shù)據(jù)奇偶校驗(yàn)錯(cuò)誤信號(hào)線、漏極開路信號(hào)線構(gòu)成)、中斷請(qǐng)求信號(hào)(包括4條中斷請(qǐng)求信號(hào)線)、高速緩存支持信號(hào)(包括試探返回信號(hào)線和預(yù)測(cè)命中緩沖信號(hào)線)和系統(tǒng)信號(hào)(由總線時(shí)鐘信號(hào)線和復(fù)位信號(hào)線組成)。另外，為了適應(yīng)對(duì)數(shù)據(jù)傳輸速度的更高要求，PCI還可以另外進(jìn)行擴(kuò)展，經(jīng)過擴(kuò)展后，總線增加32條數(shù)據(jù)地址復(fù)用線，除此之外，還有高位傳輸請(qǐng)求信號(hào)、高位傳輸響應(yīng)信號(hào)、高位數(shù)據(jù)允許信號(hào)、高位數(shù)據(jù)奇偶校驗(yàn)信號(hào)等。

2．PXI總線

PXI總線具備PCI總線的全部?jī)?nèi)容，32位和64位數(shù)據(jù)傳輸速率分別可達(dá)132MB/s和264MB/s。

另外，PXI總線支持3．3V系統(tǒng)電壓和PCI—PCI橋路擴(kuò)展。除了PCI總線，PXI總線增加了本地總線、參考時(shí)鐘、觸發(fā)總線和星形觸發(fā)信號(hào)線，以適應(yīng)電子測(cè)量領(lǐng)域，滿足高精確度定時(shí)、同步與數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)通信的橋梁作用，它包含左右各13條信號(hào)線，可實(shí)現(xiàn)菊花鏈?zhǔn)降目偩€連接。參考時(shí)鐘為一路10MHz基準(zhǔn)頻率信號(hào)，可為多個(gè)模塊提供工作同步所需的時(shí)鐘基準(zhǔn)。觸發(fā)總線由8條觸發(fā)線組成，可實(shí)現(xiàn)異步和同步觸發(fā)。星形觸發(fā)信號(hào)線含12跳線，由設(shè)置在鄰近系統(tǒng)模塊2號(hào)槽的星形觸發(fā)控制器發(fā)出，接至其他各模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)模塊工作的控制。PXI可利用PCI—PCI橋接技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)擴(kuò)展。擴(kuò)展時(shí)須采用一定的橋接器模塊，這樣在兩個(gè)PXI機(jī)箱內(nèi)各安裝一個(gè)橋接器模塊，即可連成一個(gè)整體設(shè)備。這個(gè)設(shè)備只有一個(gè)主設(shè)備內(nèi)裝有系統(tǒng)控制器模塊，另一個(gè)則沒有控制器。

總線系統(tǒng)的工作簡(jiǎn)單地說就是在總線控制器的作用下，通過總線設(shè)備接口控制、管理連接在總線上的設(shè)備使用總線。一個(gè)簡(jiǎn)單的總線系統(tǒng)如圖2所示。?

圖3中，設(shè)備使用總線的過程描述如下：

·首先，設(shè)備發(fā)出總線使用請(qǐng)求，并等待獲得總線使用權(quán)；

·總線控制器根據(jù)使用總線的規(guī)則，對(duì)該請(qǐng)求給出應(yīng)答，表明該設(shè)備可以使用總線；

·設(shè)備在得到應(yīng)答以后，就開始使用總線進(jìn)行數(shù)據(jù)交換；

·數(shù)據(jù)交換完成以后，設(shè)備將發(fā)出撤銷使用總線的請(qǐng)求，表示設(shè)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(qǐng)求信號(hào)后，收回總線使用權(quán)，使總線處于釋放狀態(tài)，然后發(fā)出總線撤銷使用應(yīng)答信號(hào)；

·總線撤銷使用應(yīng)答信號(hào)發(fā)出以后，總線進(jìn)入空閑狀態(tài)，可以接受新的請(qǐng)求。

單總線系統(tǒng)由硬件配置、處理次序和單總線信號(hào)三部分組成。系統(tǒng)按單總線協(xié)議規(guī)定的時(shí)序和信號(hào)波形完成初始化、識(shí)別器件和數(shù)據(jù)交換。

1.硬件配置

單總線系統(tǒng)定義了一根信號(hào)線，總線上的每個(gè)器件都能驅(qū)動(dòng)它。為了區(qū)分不同的芯片，廠家為每個(gè)芯片都編制了唯一的序列號(hào)，用激光刻錄的一個(gè)64位二進(jìn)制ROM代碼，從最低位開始前8位是族碼表示產(chǎn)品的分類編號(hào)，接著的48位是一個(gè)唯一的序列號(hào)，最后8位是前56位的CRC校驗(yàn)碼。當(dāng)有多個(gè)器件連接在一根信號(hào)線上進(jìn)行串行分時(shí)數(shù)據(jù)交換時(shí)，就能通過尋址把芯片識(shí)別出來。

2、單總線信號(hào)

單總線傳送數(shù)據(jù)或命令是由一系列時(shí)序信號(hào)組成的。通常，單總線上共有以下四種時(shí)序信號(hào)。初始化信號(hào);寫0信號(hào);寫1信號(hào);讀信號(hào)。設(shè)計(jì)中可以用單片機(jī)的匯編語(yǔ)言編程以確保指令執(zhí)行時(shí)間小于或等于時(shí)序信號(hào)中的最小時(shí)間，尤其注意當(dāng)單片機(jī)工作頻率不同時(shí)，單總線的時(shí)延也不同的。

3、處理次序

在單總線系統(tǒng)中軟件設(shè)計(jì)的處理次序是關(guān)鍵。單片機(jī)做主控機(jī)時(shí)，依據(jù)單總線協(xié)議，處理次序要保證數(shù)據(jù)可靠的傳送，并且任一時(shí)刻單總線上只有一個(gè)控制信號(hào)或數(shù)據(jù)。

在單總線系統(tǒng)中，當(dāng)CPU取一條指令時(shí)，首先把PC(程序計(jì)數(shù)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(nèi)存，同時(shí)也加至總線上的所有外部設(shè)備，但是，只有與出現(xiàn)在總線上的地址相對(duì)直的沒備，才執(zhí)行數(shù)據(jù)傳送操做。由于在取指情況下的地址是內(nèi)存地址。所以，此時(shí)該地址所指定的內(nèi)存單元的內(nèi)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(duì)采用單總線的計(jì)算機(jī)來講，操作碼規(guī)定了對(duì)數(shù)據(jù)要執(zhí)行什么操作以及數(shù)據(jù)是流進(jìn)還是流出CPU。

在單總線系統(tǒng)中，訪內(nèi)指令同輸入/輸出指令的區(qū)別僅僅在于地址的數(shù)值。因此， CPU只要把指令的地址段送到總線上，并依靠相應(yīng)的設(shè)備作出響應(yīng)就可以了。

如果該地址對(duì)應(yīng)的地址是內(nèi)存地址，則內(nèi)存將響應(yīng)，這時(shí)，在CPU和內(nèi)存之間將發(fā)生數(shù)據(jù)傳送。

如果該指令地址對(duì)應(yīng)的是外部設(shè)備地址，則外部設(shè)備將響應(yīng)，這時(shí)，CPU和與該地址相對(duì)應(yīng)的外部設(shè)備之間，將發(fā)生數(shù)據(jù)傳送。

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