西安工业大学汇编第15章

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1、1,2,第4章 总线技术,.1 总线概述 .2 内总线 .3 外总线 .4 总线驱动与控制 4 .5 有关总线的工程问题,3,4.1 总线概述,4.1.1 定义及分类 4.1.2 总线标准化的优点,4,4.1.1 定义及分类,适当地选择总线、 不断地更新总线是十分必要的。 下面是一些较流行的总线类型： ISA (Industry Standard Architecture工业标准体系结构)， 是现存最老的通用微机总线类型， 是与286-AT总线一起引入的。,5,MCA (Micro Channel Architecture,微通道体系结构)， 是IBM在1987年为PS/2系统机及其兼容机设计

2、的一个理想的总线， 它代表了总线设计的革命性进步。 EISA (Extended Industry Standard Architecture, 扩展的工业标准体系结构)， 是反垄断的产物。,6,VESA (Video Electronics Standards Association, 视频电子标准协会)， 也叫VL总线， 是流行的ISA总线的扩展。 PCI (Peripheral Component Interconnect, 外部组件互连)， 是目前最为高级的系统总线， 也是当前惟一发挥了Pentium或Pentium以上系统优势的总线(有些486类型的微机也使用PCI)。,7,STD

3、(Standard)， 是工业控制微机标准总线， 它从8位、 16位数据带宽已发展到32位带宽。目前它仍是国内外某些工业控制机普遍采用的总线标准。,8,4.1.2 总线标准化的优点,9,.2 内总线,4.2.1 PC机的内总线 4.2.2 工控机的内总线,10,4.2.1 PC机的内总线 1. PC/XT8位ISA总线 8位 ISA总线插槽定义如表4.1所示， 共有62条引脚信号。 A0A19共20条地址线， 用于对系统的内存或I/O接口寻址。 D0D7为8位数据总线， 也是双向的， 用来传送数据信息及指令操作码。,11,RESETDRV为复位信号， 高电平有效。 加电或按复位按钮时， 产生此

4、信号对系统复位。 OSC为振荡信号， 由主时钟提供占空比为50%的方波脉冲， PC/XT机的典型使用频率为14.318 18 MHz。 BALE是地址锁存信号， 可以利用该信号的高电平锁存地址信号。,12,表4.1 8位ISA总线信号定义,13,14,是I/O通道校验信号， 用来向CPU提供总线上的扩展存贮器或外部设备的奇偶校验信号。 I/O CHRDY为I/O通道就绪信号。 IRQ3IRQ7、 IRQ9为6个外部中断请求信号， 由总线上的外部设备利用这些信号向CPU提出中断请求。 DRQ1DRQ3为3个通道的I/O设备DMA请求信号。 为通道1到通道3的DMA响应信号， 即 分别是DRQ1D

5、RQ3的响应信号。 为指示动态存贮器刷新周期信号。 AEN是地址允许信号。,15,TC为计数结束信号。 OWS为零等待状态信号。 为I/O接口的写、 读命令， 低电平有效。 分别是小于1 MB空间存贮器的写、 读命令， 低电平有效。,16,2. 16位ISA(即AT)总线定义,AT总线在XT总线基础上增加了一个36引脚的插槽， 这样也就构成了16位ISA总线。 SD8SD15是新增加的高8位数据线。 数据总线高字节允许信号。,17,是新增加的主控信号。 是存贮器的16位片选信号。 为接口的16位片选信号。 2). ISA总线的体系结构 在利用ISA总线构成的微机系统中， 当内存速度较快时， 通

6、常采用将内存移出ISA总线、 并转移到自己的专用总线内存总线上的体系结构， 如图4.6所示。,18,图4.6 ISA体系结构,19,3.EISA总线,20,4. PCI总线 1). PCI总线的特点 PCI采用数据线和地址线复用结构， 减少了总线引脚数， 从而可节省线路空间， 降低设计成本。 目标设备可用47引脚， 总线主控设备可用49引脚。 PCI提供两种信号环境： 5 V和3.3 V， 并可进行两种环境的转换， 扩大了它的适应范围。 PCI对32位与64位总线的使用是透明的， 它允许32位与64位器件相互协作。,21,PCI标准允许PCI局部总线扩展卡和元件进行自动配置， 提供了即插即用的

7、能力。 PCI总线独立于处理器， 它的工作频率与CPU时钟无关， 可支持多机系统及未来的处理器。 PCI有良好的兼容性， 可支持ISA、 EISA、 MCA、 SCSI、 IDE等多种总线， 同时还预留了发展空间。,22,图4.7 PCI总线信号,23,2）.PCI总线的信号,24,AD0AD63双向三态信号， 为地址与数据多路复用信号线。 双向三态信号， 为总线命令和字节允许多路复用信号线。 持续的、 低有效的双向三态信号， 为帧周期信号。 持续的、 低有效的双向三态信号， 为主设备准备好信号。 持续的、 低有效的双向三态信号， 为从设备准备好信号。,25,持续的、 低有效的双向三态信号，

8、为停止数据传送信号。 持续的、 低有效的双向三态信号， 为锁定信号。 IDSEL输入信号， 为初始化设备选择信号。 持续的、 低有效的双向三态信号， 为设备选择信号。 低有效的三态信号， 为总线占用请求信号。 低有效的三态信号， 为总线占用允许信号。 持续的、 低有效的双向三态信号， 为数据奇偶校验错误报告信号。,26,低有效的漏极开路信号， 为系统错误报告信号。 低有效的漏极开路信号， 用来实现中断请求。 低有效的输入输出信号， 为试探返回信号。 SDONE高有效的输入输出信号， 为监听完成信号。 持续的、 低有效的双向三态信号， 为64位传输请求信号。 持续的、 低有效的双向三态信号， 为

9、64位传输响应信号。,27,PAR64高有效的双向三态信号， 为奇偶双字节校验信号。 低有效的输入信号， 为复位信号。 CLK输入信号， 为系统时钟信号。 3). PCI总线的系统结构 PCI局部总线与奔腾机内部总线组合构成了多总线系统结构， 图4.8给出了一个典型的PCI系统。,28,图4.8 PCI总线系统结构,29,PCI桥可以利用许多厂家开发的PCI芯片组(PCI set)实现。 通过选择适当的PCI桥构成所需的系统， 是构成PCI系统的一条捷径。 例如， 在一台Pentium机中， 可以查到它具有如下资源： 系统设备Intel 82371SB PCI to ISA bridge; 系

10、统设备Intel 82439HX Pentium(r) Processor to PCI bridge; 硬盘控制器Intel 82371SB PCI Bus Master IDE Controller。,30,4.2.2 工控机的内总线,1. STD总线 STD总线是1978年推出的用于工业控制微型机的标准系统总线。 1）. STD总线的特点 STD总线具有较好的兼容性， 可以向上向下兼容。,31,2). STD总线信号定义 下面将对国内流行的56条信号STB总线加以说明。表4.1给出了STB总线信号定义， 其中电源线10条， 地址线24条， 数据线16条， 控制线22条， 地址线与数据线采

11、取复用方式工作。,32,表4.4 STD总线信号定义表,33,为动态存贮器刷新控制信号。 为机器周期同步信号。 为两个状态控制信号。 总线请求及总线响应信号， 允许实现DMA方式。 中断请求及中断响应信号， 可实现多重处理功能。 非屏蔽中断请求信号， 可用来处理电源故障。,和,和,和,34,等待请求信号， 可由任何主设备或从设备产生， 只要此信号有效， 就会使主设备插入等待状态， 用它来实现对慢速外设、 慢速存贮器操作及单步操作等 . 是由加电或系统复位按钮产生的复位信号。 由输入系统按钮产生的复位信号， 其作用与 相同。,35,处理器时钟信号， 由永久主设备经缓冲提供到总线上， 用作系统同步

12、或一般的时钟源。 辅助定时信号。 由专门的时钟定时辅助电路产生， 作为实时钟信号或外部输入信号使用。 PCO和PCI是优先级链控制信号， 它们均为高电平有效， 用以建立中断优先链。,36,3). STD总线中断优先级的实现 在STD总线上， 多个中断源的中断优先级控制可以由以下两种方法来实现。 (1) 串行中断优先链 利用STD总线上的中断优先级控制信号PCO和PCI可以很方便地实现串行优先级控制。 其示意图如图4.1所示。,37,图4.1 STD总线串行中断优先链,38,(2) 并行优先级控制 STD总线上也可以实现并行优先级控制， 优先级逻辑是放在其中某一块模板上， 而不像串行优先级那样是

13、放在每一块模板上。,39,图4.2 STD总线并行中断优先级控制,40,4). STD总线的总线优先级控制 STD总线的一个重要优点就在于它支持多微处理器系统， 或者更广义地支持多总线控制器系统。 当STD系统总线上有多个总线控制器时， 必须保证在每一时刻要将总线让给提出请求的优先级最高的总线控制器使用。 有两种总线优先级安排可以做到这一点。 (1) 串联总线优先级控制 ( 2) 并联总线优先级控制,41,图4.3 STD的串联总线优先级控制,42,图4.4 STD的并联总线优先级控制,43,5).存贮器的扩展 1) 利用 选择存贮器组 2) 输出接口存贮器组选择,44,图4.5 锁存器用于存

14、贮器组选择,45,4.3 外总线,4.3.1 常见外总线 4.3.2 PC机的外总线,46,4.3.1 常见外总线,IEEE 488， 是HP公司在20世纪70年代为解决各种仪器仪表与各类计算机接口时互不兼容的麻烦而研制的通用接口总线HPIB。 ATA(AT Attachment),又称IDE(Inte grated Drive Electronics)。,47,SCSI (Small Computer System Interface)， 是20世纪80年代由Shugart Associate公司联合NCR公司研制的高速硬盘接口规范， 可用于硬盘、 光盘、 扫描仪、 打印机、 磁带机等多种外

15、围设备的连接， 在硬盘驱动器市场有50%以上的占有率。 Centronic ， 是一种较早推出的计算机与打印机、 绘图仪进行连接的并行总线。 RS 232C , 是美国电子工业协会(EIA)1969年颁布的数据通信标准。,48,USB(Universal Serial Bus)， 是1994年以Intel为首的7家公司联合发布的通用串行总线， 到目前版本已升级为V2.1。 IEEE1394 ， 是最早被提出的串行外部存贮设备接口规范， Apple公司是1394接口的最早提出者(Apple称其为Firewire)。,49,1. RS232C总线 RS232C总线是一种串行的外总线标准， 在微机应

16、用系统中应用十分广泛， 可以说是微型计算机必备的接口总线。 1). RS232C总线的特点 (1) RS232C总线信号线少 RS232C总线规定了25条线， 包含两个信号通道， 即第一通道(又称主通道)和第二通道(又称副通道)。,50,(2) RS232C总线有多种可供选择的传输速率RS232C规定的标准传输速率有： 50， 75， 110， 150， 300， 600， 1200， 2400， 4800， 9600， 19200波特。 RS232C总线还可以灵活地适应于不同速率的设备。 (3) RS232C总线传送距离远由于RS232C采用串行传送方式， 并且将微机的TTL电平转换为RS232C电平， 其传送距离在基带传送时可达30 m。 (4) RS232C总线采用负逻辑无间隔不归零电平码传送数据规定逻辑“1”为低于-5 V的信号， 逻辑“0”为大于+5 V的信号。,51,2). RS