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总线技术知识大盘点:总线的原理、分类及技术指标你知道多少呢?

2018年08月25日 09:21 次阅读

1. 总线基础

总线(Bus)是计算机各种功能部件之间传送信息的公共通信干线,它是由导线组成的传输线束,按照计算机所传输的信息种类,计算机的总线可以划分为数据总线、地址总线和控制总线,分别用来传输数据、数据地址和控制信号。总线是一种内部结构,它是CPU、内存、输入、输出设备传递信息的公用通道,主机的各个部件通过总线相连接,外部设备通过相应的接口电路再与总线相连接,从而形成了计算机硬件系统。在计算机系统中,各个部件之间传送信息的公共通路叫总线,微型计算机是以总线结构来连接各个功能部件的。

总线技术知识大盘点:总线的原理、分类及技术指标你知道多少呢?

2. 总线的工作原理

当总线空闲(其他器件都以高阻态形式连接在总线上)且一个器件要与目的器件通信时,发起通信的器件驱动总线,发出地址和数据。其他以高阻态形式连接在总线上的器件如果收到(或能够收到)与自己相符的地址信息后,即接收总线上的数据。发送器件完成通信,将总线让出(输出变为高阻态)。

3. 总线的分类

A. 按功能和规范分。

图1三类总线在微机系统中的地位和关系

(1) 片总线(Chip Bus, C-Bus) 又称元件级总线,是把各种不同的芯片连接在一起构成特定功能模块(如CPU模块)的信息传输通路,它的宽度可以是8、16、32或64位。目前比较流行的几种内部总线技术:I2C总线、SCI总线等。

(2) 内总线(Internal Bus, I-Bus) 又称系统总线或板级总线,是微机系统中各插件(模块)之间的信息传输通路。例如CPU模块和存储器模块或I/O接口模块之间的传输通路。常用的有PC总线、AT总线(ISA总线)、PCI总线等。

(3) 外总线(External Bus, E-Bus)

又称通信总线,是微机系统之间或微机系统与其他系统(仪器、仪表、控制装置等)之间信息传输的通路,如EIA RS-232C、IEEE-488等。

其中的系统总线,即通常意义上所说的总线,一般又含有三种不同功能的总线,即数据总线DB、地址总线AB和控制总线CB。有的系统中,数据总线和地址总线是复用的,即总线在某些时刻出现的信号表示数据而另一些时刻表示地址;而有的系统是分开的。51系列单片机的地址总线和数据总线是复用的,而一般PC中的总线则是分开的。“数据总线DB”用于传送数据信息。数据总线是双向三态形式的总线,即他既可以把CPU的数据传送到存储器或I/O接口等其它部件,也可以将其它部件的数据传送到CPU。数据总线的位数是微型计算机的一个重要指标,通常与微处理的字长相一致。例如Intel 8086微处理器字长16位,其数据总线宽度也是16位。需要指出的是,数据的含义是广义的,它可以是真正的数据,也可以是指令代码或状态信息,有时甚至是一个控制信息,因此,在实际工作中,数据总线上传送的并不一定仅仅是真正意义上的数据。“地址总线AB”是专门用来传送地址的,由于地址只能从CPU传向外部存储器或I/O端口,所以地址总线总是单向三态的,这与数据总线不同。地址总线的位数决定了CPU可直接寻址的内存空间大小,比如8位微机的地址总线为16位,则其最大可寻址空间为2^16=64KB,16位微型机(x位处理器指一个时钟周期内微处理器能处理的位数多少,即字长大小)的地址总线为20位,其可寻址空间为2^20=1MB。一般来说,若地址总线为n位,则可寻址空间为2^n字节。“控制总线CB”用来传送控制信号和时序信号。控制信号中,有的是微处理器送往存储器和I/O接口电路的,如读/写信号,片选信号、中断响应信号等;也有是其它部件反馈给CPU的,比如:中断申请信号、复位信号、总线请求信号、设备就绪信号等。因此,控制总线的传送方向由具体控制信号而定,一般是双向的,控制总线的位数要根据系统的实际控制需要而定。实际上控制总线的具体情况主要取决于CPU。

B. 按传输数据的方式划分

可以分为串行总线和并行总线。串行总线中,二进制数据逐位通过一根数据线发送到目的器件;并行总线的数据线通常超过2根。常见的串行总线有SPI、I2C、USB及RS232等。常见并行总线有VME总线和PCI总线等。串行总线传输速度比并行快,并行总线的时钟一般为33MHz或66MHz。

C. 按时钟信号是否独立分

可以分为同步总线和异步总线。同步总线的时钟信号独立于数据,而异步总线的时钟信号是从数据中提取出来的。I2C总线、SPI总线、PCI总线、CPCI总线是同步串行总线,SCI总线、IEEE 488和ANSI X3.131-1986 SCSI总线、VME总线、RS232采用异步串行总线。

4. 总线的主要技术指标

(1)总线的带宽(总线数据传输速率)

总线的带宽指的是单位时间内总线上传送的数据量,即每钞钟传送MB的最大稳态数据传输率。与总线密切相关的两个因素是总线的位宽和总线的工作频率,它们之间的关系:总线的带宽=总线的工作频率*总线的位宽/8 或者 总线的带宽=(总线的位宽/8 )/总线周期

(2)总线的位宽

总线的位宽指的是总线能同时传送的二进制数据的位数,或数据总线的位数,即32位、64位等总线宽度的概念。总线的位宽越宽,每秒钟数据传输率越大,总线的带宽越宽。

(3)总线的工作频率

总线的工作时钟频率以MHZ为单位,工作频率越高,总线工作速度越快,总线带宽越宽。

5. 总线的优缺点

采用总线结构的主要优点:

1、简化了硬件的设计。便于采用模块化结构设计方法,面向总线的微型计算机设计只要按照这些规定制作cpu插件、存储器插件以及I/O插件等,将它们连入总线就可工作,而不必考虑总线的详细操作。

2、简化了系统结构。整个系统结构清晰。连线少,底板连线可以印制化。

3、系统扩充性好。一是规模扩充,规模扩充仅仅需要多插一些同类型的插件。二是功能扩充,功能扩充仅仅需要按照总线标准设计新插件,插件插入机器的位置往往没有严格的限制。

4、系统更新性能好。因为cpu、存储器、I/O接口等都是按总线规约挂到总线上的,因而只要总线设计恰当,可以随时随着处理器的芯片以及其他有关芯片的进展设计新的插件,新的插件插到底板上对系统进行更新,其他插件和底板连线一般不需要改。

5、便于故障诊断和维修。用主板测试卡可以很方便找到出现故障的部位,以及总线类型。

采用总线结构的缺点:

1、利用总线传送具有分时性。当有多个主设备同时申请总线的使用是必须进行总线的仲裁。

2、总线的带宽有限,如果连接到总线上的个硬件设备没有资源调控机制容易造成信息的延时(这在某些即时性强的地方是致命的)。

3、连到总线上的设备必须有信息的筛选机制,要判断该信息是否是传给自己的。

嵌入式总线技术分类

一、 内部总线、系统总线和外部总线

1、内部总线

Internal Bus :将处理器的所有结构单元内部相连。它的宽度可以是8、16、32、或64位。目前比较流行的几种内部总线技术:

I2C总线

I2C(Inter-IC)总线10多年前由Philips公司推出,是近年来在微电子通信控制领域广泛采用的一种新型总线标准。它是同步通信的一种特殊形式,具有接口线少,控制方式简化,器件封装形式小,通信速率较高等优点。在主从通信中,可以有多个I2C总线器件同时接到I2C总线上,通过地址来识别通信对象。 SPI总线

串行外围设备接口SPI(serial peripheral interface)总线技术是Motorola公司推出的一种同步串行接口。Motorola公司生产的绝大多数MCU(微控制器)都配有SPI硬件接口,如68系列MCU。SPI总线是一种三线同步总线,因其硬件功能很强,所以,与SPI有关的软件就相当简单,使CPU有更多的时间处理其他事务。 SCI总线

串行通信接口SCI(serial communicaTIon interface)也是由Motorola公司推出的。它是一种通用异步通信接口UART,与MCS-51的异步通信功能基本相同。

2、系统总线

系统总线又称内总线或板级总线。因为该总线是用来连接微机各功能部件而构成一个完整微机系统的,所以称之为系统总线。常用的有PC总线、AT总线(ISA总线)、PCI总线等。

系统总线上传送的信息包括数据信息、地址信息、控制信息,因此,系统总线包含有三种不同功能的总线,即数据总线DB(Data Bus)、地址总线AB(Address Bus)和控制总线CB(Control Bus)

目前比较流行的几种系统总线技术: ISA总线

ISA(industrial standard architecture)总线标准是IBM 公司1984年为推出PC/AT机而建立的系统总线标准,所以也叫AT总线。它是对XT总线的扩展,以适应8/16位数据总线要求。它在80286至80486时代应用非常广泛,以至于现在奔腾机中还保留有ISA总线插槽。ISA总线有98只引脚。

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嵌入式基础知识做嵌入式系统开发,经常要接触硬件。做嵌入式开发对数字电路和模拟电路要有一定的了解。

发表于 2018-04-26 11:26 795次阅读
全面的嵌入式基础知识总结

采用Flow Control机制的PCIe总线

PCIe总线为了解决这一问题,提出了Flow Control的概念,如下图所示。PCIe总线中要求接...

发表于 2018-04-26 08:54 647次阅读
采用Flow Control机制的PCIe总线

数据总线是什么_数据总线工作原理及分类介绍

本文首先介绍了数据总线的概念和数据总线的技术指标,其次介绍了数据总线的分类与汽车数据总线种类,最后介...

发表于 2018-04-25 11:06 1381次阅读
数据总线是什么_数据总线工作原理及分类介绍

详细地聊一聊Non-Posted Transac...

Locked Read主要用于支持一种叫做Atomic Read-Modify-Write操作,这是...

发表于 2018-04-25 09:14 798次阅读
详细地聊一聊Non-Posted Transac...

总线型拓扑结构优缺点是什么

本文开始介绍了拓扑结构的概念和拓扑结构的分类,其次介绍了总线型拓扑结构的优缺点,最后介绍了总线型拓扑...

发表于 2018-04-24 17:26 322次阅读
总线型拓扑结构优缺点是什么

PCIe总线的通信机制

那么为什么要分为Non-Posted和Posted两种类型呢?对于Memory Writes来说,对...

发表于 2018-04-24 09:41 739次阅读
PCIe总线的通信机制

航电总线仿真实验和测试方案

总线仿真与测试系统能够对计算机通道的所有ARINC429、MIL-STD-1553、AFDX总线信号...

发表于 2018-04-23 09:48 358次阅读
航电总线仿真实验和测试方案

一个简化的PCIe总线体系结构

一个简化的PCIe总线体系结构如上图所示,其中Device Core and interface t...

发表于 2018-04-21 09:21 1103次阅读
一个简化的PCIe总线体系结构

PCIe总线基本概念,高速串行总线取代传统并行总...

除了差分总线,PCIe还引入了嵌入式时钟的技术(Embedded Clock),即发送端不再向接收端...

发表于 2018-04-19 09:20 1236次阅读
PCIe总线基本概念,高速串行总线取代传统并行总...

关于PCI总线和PCI-X总线的简要介绍

如上图所示,由于信号线众多,在PCB设计的时候,很难保证每一条信号线的长度都完全相同(更不要说还有过...

发表于 2018-04-17 08:44 1344次阅读
关于PCI总线和PCI-X总线的简要介绍

OrCAD学习总线用法教程

如何创建总线 1)菜单place-bus或者右侧快捷按钮 2)原理图内鼠标左键选择总线起点 3)移动...

发表于 2018-04-14 11:24 174次阅读
OrCAD学习总线用法教程

W5100学习之应用资料

W5100有三种方式与 MCU接口:直接总线接口、间接总线接口和 SPI总线接口。 间接总线接口采用...

发表于 2018-04-13 09:42 232次阅读
W5100学习之应用资料

PCI-Express总线介绍 接口设计和实现

PCIExpress总线是新一代的I/O局部总线标准,是取代PCI总线的革命性总线架构。PCI总线...

发表于 2018-04-11 16:00 314次阅读
PCI-Express总线介绍 接口设计和实现

PCI总线的中断信号与中断控制器的连接关系

在一些嵌入式处理器系统中,这个问题较易解决。因为嵌入式处理器系统很清楚在当前系统中存在多少个PCI设...

发表于 2018-04-11 09:12 969次阅读
PCI总线的中断信号与中断控制器的连接关系

温度传感器I2C的总线应用及设计

需求:读嵌入式温度传感器的值。已知条件:*温度传感器已经在主板上焊好了。*温度传感器型号为lm75*...

发表于 2018-04-07 07:11 2312次阅读
温度传感器I2C的总线应用及设计

LIN作为最后一公里网络成为最佳解决方案原因

汽车内部的典型设置包括带CAN/LIN网关的微控制器。CAN可将消息传递给微控制器,微控制器将这些消...

发表于 2018-04-07 06:03 3856次阅读
LIN作为最后一公里网络成为最佳解决方案原因

PCI总线基本概念详解

最初的PCI总线的时钟频率为33MHz,但是随着版本的跟新,时钟频率也逐渐的提高。但是由于PCI采用...

发表于 2018-04-03 08:52 1114次阅读
PCI总线基本概念详解

从新能源汽车CAN总线入手,学习兼容性更强大通讯...

CAN总线通讯发展的过程中,为了兼容实时操作系统,是否也有与之对应的实时通讯网络协议? 今天我们就来...

发表于 2018-04-03 08:26 6078次阅读
从新能源汽车CAN总线入手,学习兼容性更强大通讯...

百通通用组件与现有 EtherNet/IP 网络...

每个总线耦合器都与最多 30 个 I/O 模块连接,这些模块分布在两条线上,每条线最多有 15 个设...

发表于 2018-04-02 10:36 125次阅读
百通通用组件与现有 EtherNet/IP 网络...

PCI和PCI-X总线简介

PCI-E接口根据总线位宽不同而有所差异,一个PCI Express连接可以被配置成x1, x2, ...

发表于 2018-04-02 09:30 1003次阅读
PCI和PCI-X总线简介

浅淡CAN总线,CAN总线网络拓扑结构

CAN 总线网络是一种真正的多主机网络,在总线处于空闲状态时,任何一个节点单元都可以申请成为主机,向...

发表于 2018-03-22 11:13 3924次阅读
浅淡CAN总线,CAN总线网络拓扑结构

想要驾驭Linux驱动开发,必须深刻理解Linu...

想要驾驭Linux驱动开发,必须深刻理解Linux总线设备驱动框架。之所以会形成这样的框架,主要是为...

发表于 2018-03-22 11:08 1111次阅读
想要驾驭Linux驱动开发,必须深刻理解Linu...

求教汽车总线网络管理一般都是怎么做的?

发表于 2018-03-21 14:53 1193次阅读
求教汽车总线网络管理一般都是怎么做的?

为您的测量应用选择合适总线

发表于 2018-03-21 11:18 849次阅读
为您的测量应用选择合适总线

浅谈I2C总线,I2C接口和SPI接口的作用相同

SDA 和 SCL 都是双向的。SPI 总线有两根单独的线,分别用于两个方向的通信,而 I2C 总线...

发表于 2018-03-21 10:24 5137次阅读
浅谈I2C总线,I2C接口和SPI接口的作用相同

测量应用挑选总线的标准是什么

帮助您选择合适的总线的 5 道问题   1. 有多大的数据量经过该总线?   2. 我对单点 I...

发表于 2018-03-21 10:07 287次阅读
测量应用挑选总线的标准是什么

“雷赛EtherCAT & RTEX总线...

除此之外,雷赛还拥有全球销量最高的步进驱动产品,同时引领着国内步进驱动器的发展趋势。雷赛的驱动产品以...

发表于 2018-03-13 14:46 2355次阅读
“雷赛EtherCAT & RTEX总线...

汽车总线对HID安定器的防反接保护及热插拔电路的...

MOS管通过S管脚和D管脚串接于电源和负载之间,电阻Rg为MOS管提供电压偏置,利用MOS管的开关特...

发表于 2018-03-12 11:35 974次阅读
汽车总线对HID安定器的防反接保护及热插拔电路的...

不为人知的示波器十二般武艺

示波器是人们设计、制造或协议解码根据示波器波形显示进行串行总线手动解 码既耗时又容易出错。在这一相对...

发表于 2018-03-10 09:53 1539次阅读
不为人知的示波器十二般武艺

基于CAN总线的在线更新机制的设计实现

LPC11C24支持32个向量中断,中断向量表默认位于FLASH的第一个4KB空间,地址从0x000...

发表于 2018-02-15 22:24 299次阅读
基于CAN总线的在线更新机制的设计实现

基于FPGA/DSP技术的飞机总线系统通讯软件设...

目前,随着工艺和技术的进步,集成电路技术的发展已经使得在一个芯片上集成一个可编程系统(Program...

发表于 2018-02-08 15:02 402次阅读
基于FPGA/DSP技术的飞机总线系统通讯软件设...

多功能车辆总线,深扒MVB协议

随着铁路的快速发展,多功能车辆总线(MVB)协议作为列车通信网络(TCN)的重要组成部分,其已经成为...

发表于 2018-01-30 07:03 1500次阅读
多功能车辆总线,深扒MVB协议