总线接口

总线接口简介

　　连接在总线上的设备与总线的连接电路称为总线接口

　　总线接口：显示卡要插在主板上才能与主板互相交换数据。与主板连接的接口主要ISA、EISA、VESA、PCI、AGP等几种。ISA和EISA总线带宽窄、速度慢，VESA总线扩展能力差，这三种总线已经被市场淘汰。现在常见的是PCI和AGP接口。PCI接口是一种总线接口，以1/2或1/3的系统总线频率工作（通常为33MHz），如果要在处理图像数据的同时处理其它数据，那么流经PCI总线的全部数据就必须分别地进行处理，这样势必存在数据滞留现象，在数据量大时，PCI总线就显得很紧张。AGP接口是为了解决这个问题而设计的，它是一种专用的显示接口（就是说，可以在主板的PCI插槽中插上声卡、显示卡、视频捕捉卡等板卡，却不能在主板的AGP插槽中插上除了AGP显示卡以外的任何板卡），具有独占总线的特点，只有图像数据才能通过AGP端口。另外AGP使用了更高的总线频率（66MHz），这样极大地提高了数据传输率。

　　目前的显示卡接口的发展趋势是AGP接口。要留意的是，AGP技术分AGP1×和AGP2×，后者的最大理论数据传输率是前者的2倍，今年将会出现支持AGP4×的显示卡（例如Savage4），它的最大理论数据传输率将达到1056MB/s。区分AGP接口和PCI接口很容易，前者的引线上下宽度错开，俗称“金手指”，后者的引线上下一般齐。

总线接口百科

　　连接在总线上的设备与总线的连接电路称为总线接口

　　总线接口：显示卡要插在主板上才能与主板互相交换数据。与主板连接的接口主要ISA、EISA、VESA、PCI、AGP等几种。ISA和EISA总线带宽窄、速度慢，VESA总线扩展能力差，这三种总线已经被市场淘汰。现在常见的是PCI和AGP接口。PCI接口是一种总线接口，以1/2或1/3的系统总线频率工作（通常为33MHz），如果要在处理图像数据的同时处理其它数据，那么流经PCI总线的全部数据就必须分别地进行处理，这样势必存在数据滞留现象，在数据量大时，PCI总线就显得很紧张。AGP接口是为了解决这个问题而设计的，它是一种专用的显示接口（就是说，可以在主板的PCI插槽中插上声卡、显示卡、视频捕捉卡等板卡，却不能在主板的AGP插槽中插上除了AGP显示卡以外的任何板卡），具有独占总线的特点，只有图像数据才能通过AGP端口。另外AGP使用了更高的总线频率（66MHz），这样极大地提高了数据传输率。

　　目前的显示卡接口的发展趋势是AGP接口。要留意的是，AGP技术分AGP1×和AGP2×，后者的最大理论数据传输率是前者的2倍，今年将会出现支持AGP4×的显示卡（例如Savage4），它的最大理论数据传输率将达到1056MB/s。区分AGP接口和PCI接口很容易，前者的引线上下宽度错开，俗称“金手指”，后者的引线上下一般齐。

　　总线接口种类

　　总线接口是成像板卡与计算机链接的接口，总线接口包括：ISA/EISA、AGP、VME、VL、PCI/PCI-X、PCMCIA、PMC、PCI EXPRESS等。在机器视觉领域中广泛使用的总线接口主要是基于PCI的各种总线：PCI、PCI-X、PCI EXPRESS。PCI总线是独立于CPU的系统总线，采用了独特的中间缓冲器设计，可将告诉的外围设备直接挂在CPU总线上，打破了瓶颈，使得CPU的性能得到充分的发挥。图像采集卡利用PCI总线的优点，实现了高速图像数据传输和主控系统的对接。

　　为了实现PCI总线数据传输速度的进一步提高，PCISIG组织在PCI标准协议的基础上指定了PCI-X、PCI EXPRESS等快速数据传输标准。同时为了适应嵌入式系统应用，PCISIG也推出了PC104、PC104 Plus、PXI、Compact PCI等标准。

　　PCI

　　PCI（Peripheral Componet Interconnected）总线是Pentium PC机的组成部分，理论带宽可达到132MB/S，通常可达到95MB/s.

　　PCI-X

　　PCI是PC总线的一种扩展架构，它与PCI总线不同的是，PCI总线必须频繁地在目标设备和总线之间交换数据，而PCI-X则允许目标设备仅在单个PCI-X设备进行交换。PCI-X有三种不同的工作频率，66MHz、100MHz和133MHz，在66MHz时数据率为1GB/s.

　　PCI-E

　　PCI EXPRESS 也称PCI-E，是下一代PCI总线，原名为“3GIO“是由英特尔提出的，它的最大特点是传输速率快，PCI-E有X1、X4、X8、X16，PCI-X1的传输速率可达到500MB/s，X16可达到8GB/s。

　　PC104/PC104 plus/PXI/Compact PCI

　　以上均为专门为嵌入式控制而定义的总线

　　嵌入式系统设计中常用总线和接口

　　任何一个微处理器都要与一定数量的部件和外围设备连接，但如果将各部件和每一种外围设备都分别用一组线路与CPU直接连接，那么连线将会错综复杂，甚至难以实现。为了简化硬件电路设计、简化系统结构，常用一组线路，配置以适当的接口电路，与各部件和外围设备连接，这组共用的连接线路被称为总线。采用总线结构便于部件和设备的扩充，尤其制定了统一的总线标准则容易使不同设备间实现互连。

　　微机中总线一般有内部总线、系统总线和外部总线。

　　（1）、内部总线是微机内部各外围芯片与处理器之间的总线，用于芯片一级的互连；

　　（2）、系统总线是微机中各插件板与系统板之间的总线，用于插件板一级的互连；

　　（3）、外部总线则是微机和外部设备之间的总线，微机作为一种设备，通过该总线和其他设备进行信息与数据交换，它用于设备

　　一级的互连。

　　另外，从广义上说，计算机通信方式可以分为并行通信和串行通信，相应的通信总线被称为并行总线和串行总线。并行通信速度快、实时性好，但由于占用的口线多，不适于小型化产品；而串行通信速率虽低，但在数据通信吞吐量不是很大的微处理电路中则显得更加简易、方便、灵活。串行通信一般可分为异步模式和同步模式。

　　随着微电子技术和计算机技术的发展，总线技术也在不断地发展和完善，而使计算机总线技术种类繁多，各具特色。下面仅对微机各类总线中目前比较流行的总线技术分别加以介绍。

　　一、内部总线

　　1．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。

　　2．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。

　　3．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。

　　二、系统总线

　　1．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。

　　2．EISA总线

　　EISA总线是1988年由Compaq等9家公司联合推出的总线标准。它是在ISA总线的基础上使用双层插座，在原来ISA总线的98条信号线上又增加了98条信号线，也就是在两条ISA信号线之间添加一条EISA信号线。在实用中，EISA总线完全兼容ISA总线信号。

　　3．VESA总线

　　VESA（video electronics standard association）总线是 1992年由60家附件卡制造商联合推出的一种局部总线，简称为VL（VESA local bus）总线。它的推出为微机系统总线体系结构的革新奠定了基础。该总线系统考虑到CPU与主存和Cache 的直接相连，通常把这部分总线称为CPU总线或主总线，其他设备通过VL总线与CPU总线相连，所以VL总线被称为局部总线。它定义了32位数据线，且可通过扩展槽扩展到64 位，使用33MHz时钟频率，最大传输率达132MB/s，可与CPU同步工作。是一种高速、高效的局部总线，可支持386SX、386DX、486SX、486DX及奔腾微处理器。

　　4．PCI总线

　　PCI（peripheral component interconnect）总线是当前最流行的总线之一，它是由Intel公司推出的一种局部总线。它定义了32位数据总线，且可扩展为64位。PCI总线主板插槽的体积比原ISA总线插槽还小，其功能比VESA、ISA有极大的改善，支持突发读写操作，最大传输速率可达132MB/s，可同时支持多组外围设备。 PCI局部总线不能兼容现有的ISA、EISA、MCA（micro channel architecture）总线，但它不受制于处理器，是基于奔腾等新一代微处理器而发展的总线。

　　5．Compact PCI

　　以上所列举的几种系统总线一般都用于商用PC机中，在计算机系统总线中，还有另一大类为适应工业现场环境而设计的系统总线，比如STD总线、 VME总线、PC/104总线等。这里仅介绍当前工业计算机的热门总线之一——Compact PCI。 Compact PCI的意思是“坚实的PCI”，是当今第一个采用无源总线底板结构的PCI系统，是PCI总线的电气和软件标准加欧式卡的工业组装标准，是当今最新的一种工业计算机标准。Compact PCI是在原来PCI总线基础上改造而来，它利用PCI的优点，提供满足工业环境应用要求的高性能核心系统，同时还考虑充分利用传统的总线产品，如ISA、STD、VME或PC/104来扩充系统的I/O和其他功能。

　　三、外部总线

　　1．RS-232-C总线

　　RS-232-C是美国电子工业协会EIA（Electronic Industry Association）制定的一种串行物理接口标准。RS是英文“推荐标准”的缩写，232为标识号，C表示修改次数。RS-232-C总线标准设有25条信号线，包括一个主通道和一个辅助通道，在多数情况下主要使用主通道，对于一般双工通信，仅需几条信号线就可实现，如一条发送线、一条接收线及一条地线。RS-232-C标准规定的数据传输速率为每秒50、75、 100、150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200波特。RS-232-C标准规定，驱动器允许有2500pF的电容负载，通信距离将受此电容限制，例如，采用150pF/m的通信电缆时，最大通信距离为15m；若每米电缆的电容量减小，通信距离可以增加。传输距离短的另一原因是RS-232属单端信号传送，存在共地噪声和不能抑制共模干扰等问题，因此一般用于20m以内的通信。

　　2．RS-485总线

　　在要求通信距离为几十米到上千米时，广泛采用RS-485 串行总线标准。RS-485采用平衡发送和差分接收，因此具有抑制共模干扰的能力。加上总线收发器具有高灵敏度，能检测低至200mV的电压，故传输信号能在千米以外得到恢复。 RS-485采用半双工工作方式，任何时候只能有一点处于发送状态，因此，发送电路须由使能信号加以控制。RS-485用于多点互连时非常方便，可以省掉许多信号线。应用RS-485可以联网构成分布式系统，其允许最多并联32台驱动器和32台接收器。

　　3．IEEE-488总线

　　上述两种外部总线是串行总线，而IEEE-488 总线是并行总线接口标准。IEEE-488总线用来连接系统，如微计算机、数字电压表、数码显示器等设备及其他仪器仪表均可用IEEE-488总线装配起来。它按照位并行、字节串行双向异步方式传输信号，连接方式为总线方式，仪器设备直接并联于总线上而不需中介单元，但总线上最多可连接15台设备。最大传输距离为20米，信号传输速度一般为500KB/s，最大传输速度为1MB/s。

　　4．USB总线

　　通用串行总线USB（universal serial bus）是由Intel、 Compaq、Digital、IBM、Microsoft、NEC、Northern Telecom等7家世界著名的计算机和通信公司共同推出的一种新型接口标准。它基于通用连接技术，实现外设的简单快速连接，达到方便用户、降低成本、扩展PC连接外设范围的目的。它可以为外设提供电源，而不像普通的使用串、并口的设备需要单独的供电系统。另外，快速是USB技术的突出特点之一，USB的最高传输率可达12Mbps比串口快100倍，比并口快近10倍，而且USB还能支持多媒体。但是不能通过USB进行计算机的互连。

　　5.IEEE1394

　　Apple公司的FireWire基础上由IEEE制定的标准。与USB有很大的相似性。采用树形或菊花链结构，以级连方式在一个接口上最多可连接63个不同种类的设备。传输速率高，最高可达3.2Gb/s； 实时性好，总线提供电源，系统中各设备之间的关系是平等的，连接方便，允许热插拔和即插即用。