微機(jī)總線技術(shù)與總線標(biāo)準(zhǔn)課件

第4章總線技術(shù)與總線標(biāo)準(zhǔn)4學(xué)時1第4章總線技術(shù)與總線標(biāo)準(zhǔn)（4課時）4.1總線技術(shù)（掌握）總線技術(shù)概述總線仲裁總線操作與時序4.2總線標(biāo)準(zhǔn)（理解）片內(nèi)AMBA總線PCI系統(tǒng)總線異步串行通信總線24.1總線技術(shù)總線是計算機(jī)系統(tǒng)中的信息傳輸通道，由系統(tǒng)中各個部件所共享。總線的特點在于公用性，總線由多條通信線路（線纜）組成計算機(jī)系統(tǒng)通常包含不同種類的總線，在不同層次上為計算機(jī)組件之間提供通信通路采用總線的原因:非總線結(jié)構(gòu)的N個設(shè)備的互聯(lián)線組數(shù)為N*(N-1)/2非總線結(jié)構(gòu)的M發(fā)N收設(shè)備間的互聯(lián)線組數(shù)為M*N采用總線的優(yōu)勢減少部件間連線的數(shù)量擴(kuò)展性好，便于構(gòu)建系統(tǒng)便于產(chǎn)品更新?lián)Q代3總線要素線路介質(zhì)種類：有線（電纜、光纜）、無線（電磁波）特性

原始數(shù)據(jù)傳輸率帶寬對噪聲的敏感性：內(nèi)部或外部干擾對失真的敏感性：信號和傳輸介質(zhì)之間的互相作用引起對衰減的敏感性：信號通過傳輸介質(zhì)時的功率損耗總線協(xié)議總線信號：有效電平、傳輸方向/速率/格式等電氣性能機(jī)械性能總線時序：規(guī)定通信雙方的聯(lián)絡(luò)方式總線仲裁：規(guī)定解決總線沖突的方式如接口尺寸、形狀等其它：如差錯控制等4總線協(xié)議組件5總線分類按所處位置(數(shù)據(jù)傳送范圍)片內(nèi)總線芯片總線（片間總線、元件級總線）系統(tǒng)內(nèi)總線（插板級總線）系統(tǒng)外總線（通信總線）非通用總線（與具體芯片有關(guān)）通用標(biāo)準(zhǔn)總線地址總線控制總線按總線功能數(shù)據(jù)總線并行總線串行總線按數(shù)據(jù)格式按時序關(guān)系(握手方式)同步異步半同步同步異步6④外部總線、(系統(tǒng))外總線如并口、串口③系統(tǒng)總線、(系統(tǒng))內(nèi)總線如ISA、PCI②片(間)總線三總線形式①片內(nèi)總線單總線形式計算機(jī)系統(tǒng)的四層總線結(jié)構(gòu)運算器寄存器控制器CPU存儲芯片I/O芯片主板擴(kuò)展接口板擴(kuò)展接口板計算機(jī)系統(tǒng)其他計算機(jī)系統(tǒng)其他儀器系統(tǒng)7總線的組織形式組織形式：單總線、雙總線，多級總線單總線特征：存儲器和I/O分時使用同一總線優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，易于擴(kuò)充缺點：帶寬有限，傳輸率不高（可能造成物理長度過長）8雙總線特征：存儲總線+I/O總線優(yōu)點：提高了總線帶寬和數(shù)據(jù)傳輸速率，克服單總線共享的限制，以及存儲/IO訪問速度不一致而對總線的要求也不同的矛盾缺點：CPU繁忙9多級總線特征：高速外設(shè)和低速外設(shè)分開使用不同的總線優(yōu)點：高效，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的傳輸帶寬和數(shù)據(jù)傳輸速率缺點：復(fù)雜10微機(jī)機(jī)的的典典型型多多級級總總線線結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)存儲儲總總線線高速速IO總線線低速速IO總線線1112微機(jī)機(jī)系系統(tǒng)統(tǒng)中中的的內(nèi)內(nèi)總總線線（（插插板板級級總總線線））13微機(jī)機(jī)系系統(tǒng)統(tǒng)中中的的外外總總線線（（通通信信總總線線））14總線線分分類類按所處處位位置置(數(shù)據(jù)據(jù)傳傳送送范范圍圍)片內(nèi)內(nèi)總總線線芯片片總總線線（片片間間總總線線、、元元件件級級總總線線））系統(tǒng)統(tǒng)內(nèi)內(nèi)總總線線（插插板板級級總總線線））系統(tǒng)統(tǒng)外外總總線線（通通信信總總線線））非通通用用總總線線（（與與具具體體芯芯片片有有關(guān)關(guān)））通用用標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)總總線線地址址總總線線控制制總總線線按總線線功功能能數(shù)據(jù)據(jù)總總線線并行行總總線線串行行總總線線按數(shù)據(jù)據(jù)格格式式按時序序關(guān)關(guān)系系(握手手方方式式)同步步異步步半同同步步同步步異步步15三總總線線MPURAMROMI/O接口外設(shè)ABDBCB哈佛佛體體系系結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)DSP程序數(shù)據(jù)I/O接口外設(shè)程序地址數(shù)據(jù)讀地址數(shù)據(jù)寫地址程序讀總線數(shù)據(jù)讀總線程序/數(shù)據(jù)寫數(shù)據(jù)程序馮?諾依依曼曼體體系系結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)16典型型的的控控制制信信號號總線線的的控控制制信信號號存儲儲器器寫寫信信號號存儲儲器器讀讀信信號號I/O寫信信號號I/O讀信信號號總線線請請求求信信號號總線線授授予予信信號號中斷斷請請求求信信號號中斷斷應(yīng)應(yīng)答答信信號號時鐘鐘信信號號復(fù)位位信信號號17總線線隔隔離離與與驅(qū)驅(qū)動動不操操作作時時把把功功能能部部件件與與總總線線隔隔離離同一一時時刻刻只只能能有有一一個個部部件件發(fā)發(fā)送送數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)到到總總線線上上提供供驅(qū)驅(qū)動動能能力力數(shù)據(jù)據(jù)發(fā)發(fā)送送方方必必須須提提供供足足夠夠的的電電流流以以驅(qū)驅(qū)動動多多個個部部件件提供供鎖鎖存存能能力力具有有信信息息緩緩存存和和信信息息分分離離能能力力18總線線電電路路中中常常用用器器件件三態(tài)態(tài)總總線線驅(qū)驅(qū)動動器器驅(qū)動動、、隔隔離離單向向、、雙雙向向A0B08286OETA1A2A3A5A4A6A7B1B2B3B5B4B6B719鎖存存器器信息息緩緩存存（（有有時時也也具具有有驅(qū)驅(qū)動動能能力力））信息息分分離離（（地地址址與與數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)分分離離））STBDI0DI1直通通保持持高阻阻DO0DO1DO0DO1DO2DO3DO4DO5DO6DO7STBVCC82821234567891020191817161514131211DI1DI2DI3DI4DI5DI6DI7OEGNDDI0OE20微機(jī)機(jī)系系統(tǒng)統(tǒng)的的三三總總線線結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)21最小小模模式式總總線線連連接接22

M/IO高M(jìn)低IOCLKT1T2T3T4A15~0ALEA19~A16/S6~S3S6~S3A19~A16AD15~AD0

A15~0D15~0CPU讀存存儲儲器器/IO的時時序序圖圖RDDT/RDEN23

M/IO高M(jìn)低IOCLKT1T2T3T4A15~0ALEA19~A16/S6~S3S6~S3A19~A16AD15~AD0

A15~0D15~0CPU讀存存儲儲器器/IO的時時序序圖圖RDDT/RDEN24微機(jī)機(jī)系系統(tǒng)統(tǒng)三三總總線線地＋5V讀寫寫控控制制讀寫寫控控制制讀寫寫控控制制CSH奇地址存儲體8284時鐘發(fā)生器RESETREADYCBD7~D0D15~D8DBCSL偶地址存儲體CSI/O接口ABA0A1~A19BHE

STBOE8282鎖存器CPUMN/MXINTARDCLKWRREADYM/IORESETALEBHEA19-A16AD15-AD0DENDT/RTOE8286

收發(fā)器AD15~AD025單CPU系系統(tǒng)統(tǒng)8086讀讀操操作作總總線線周周期期時時序序26單CPU系系統(tǒng)統(tǒng)8086寫寫操操作作總總線線周周期期時時序序2728比較讀/寫區(qū)別?總線的性能指指標(biāo)總線時鐘頻率：總線上的時時鐘信號頻率率總線寬度：數(shù)據(jù)線、地地址線寬度總線速率：總線每秒所所能傳輸數(shù)據(jù)據(jù)的最大次數(shù)數(shù)。總線速率=總線時鐘頻率率/總線周期數(shù)總線周期數(shù)：總線傳送一一次數(shù)據(jù)所需需的時鐘周期期數(shù)有些幾個周期期才能傳輸1個數(shù)據(jù)總線帶寬：總線每秒傳傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)數(shù)同步方式總線負(fù)載能力力29總線寬度總線寬度：籠籠統(tǒng)地說，就就是總線所設(shè)設(shè)置的通信線路（線線纜）的數(shù)目目。具體地說，，就是總線內(nèi)內(nèi)設(shè)置用于傳傳送數(shù)據(jù)信號的數(shù)數(shù)目為數(shù)據(jù)總線寬寬度，用于傳傳輸?shù)刂沸盘柕臄?shù)數(shù)目為地址總線寬寬度，如8位、16位、32位、64位等數(shù)據(jù)總線寬度度在很大程度上上決定了計算算機(jī)總線的性性能地址總線寬度度則決定了系統(tǒng)統(tǒng)的尋址能力力30總線帶寬總線帶寬(busbandwidth)表示單位時間間內(nèi)總線能傳傳送的最大數(shù)數(shù)據(jù)量（bps/Bps）用“總線速率×總線位寬/8=時鐘頻率×總線位寬/(8×總線周期數(shù))”表示總線位寬：數(shù)據(jù)信號線的的數(shù)目，同一一時刻傳輸?shù)牡臄?shù)據(jù)位數(shù)總線復(fù)用；成成本、串?dāng)_；；時鐘頻率總線偏離（skew）、兼容性31例CPU的前端總線(FSB)頻率為400MHz或800MHz，總線周期數(shù)數(shù)為1/4(即1個時鐘周期傳傳送4次數(shù)據(jù))，位寬為64bit則FSB的帶寬為400×64/(8×1/4)=1.28GB/s或800×64/(8×1/4)=2.56GB/sPCI總線的頻率為為33.3MHz，位寬為32位或64位，總線周期期數(shù)為1則PCI總線的帶寬為為：33.3×32/8=133MB/s或33.3×64/8=266MB/s324.1.2總線仲裁總線仲裁(arbitration)也稱為總線判判決，根據(jù)連連接到總線上上的各功能模模塊所承擔(dān)任任務(wù)的輕重緩緩急，預(yù)先或或動態(tài)地賦予予它們不同的的使用總線的的優(yōu)先級，當(dāng)當(dāng)有多個模塊同時時請求使用總總線時，總線仲裁裁電路選出當(dāng)當(dāng)前優(yōu)先級最最高的那個，，并賦予總線線控制權(quán)其目的是合理理地控制和管管理系統(tǒng)中多個主設(shè)備的的總線請求，以避免總線線沖突分布式(對等式)仲裁控制邏輯分散散在連接于總總線上的各個個部件或設(shè)備備中協(xié)議復(fù)雜且昂昂貴，效率高高集中式(主從式)仲裁采用專門的控控制器或仲裁裁器總線控制器或或仲裁器可以以是獨立的模模塊或集成在在CPU中協(xié)議簡單而有有效，但總體體系統(tǒng)性能較較低33特點：各主控控模塊共用請求信號線和和忙信號線，其優(yōu)先級別別由其在鏈?zhǔn)绞皆试S信號線線上的位置決決定；優(yōu)點：具有較較好的靈活性性和可擴(kuò)充性性；缺點：主控模模塊數(shù)目較多時，總線請求求響應(yīng)的速度較慢；菊花鏈（串行行）總線仲裁裁主控模塊1主控模塊2主控模塊N允許BG請求BR忙BB總線仲裁器……34三線菊花鏈仲裁原理任一主控器Ci發(fā)出總線請求求時，使BR＝1任一主控器Ci占用總線，使BB＝1，禁止BG輸出主控器Ci沒發(fā)請求(BRi=0)，卻收到BG(BGINi＝l)，則將BG向后傳遞(BGOUTi＝l)當(dāng)BR＝1，BB＝0時，仲裁器發(fā)發(fā)出BG信號。此時，，BG＝1，如果仲裁器器本身也是一一個主控器，，如微處理器器，則在發(fā)出出BG之前BB＝0時，它可以占占用一個或幾幾個總線周期期若Ci同時滿足：本地請求(BRi=1)；BB=0；檢測到BGINi端出現(xiàn)了上升升沿。接管總線。Ci接管總線后，BG信號不再后傳傳，即BGOUTi＝035主控模塊1主控模塊2主控模塊N允許BG請求BR忙BB總線仲裁器……各主控控器有有獨立的的總線請請求BR、總線允允許BG，互不不影響響總線仲仲裁器器直接識識別所有設(shè)設(shè)備的的請求求，并并向選選中的的設(shè)備備Ci發(fā)BGi特點：：各主主控模模塊有有獨立立的請請求信信號線線和允允許信信號線線，其其優(yōu)先先級別別由總總線仲仲裁器器內(nèi)部部模塊塊判定定；優(yōu)點：：總線線請求求響應(yīng)應(yīng)的速速度快快；缺點：：擴(kuò)充充性較較差；；并行仲仲裁總線仲裁器C1C2Cn總線…BR1BG1BR2BG2BRnBGn…BBBCLK（總線時鐘）36串并行行二維維仲裁裁從下一一設(shè)備備主模塊塊1主模塊塊2主模塊塊3允許BG請求BR忙BB總線仲仲裁器器……主模塊塊4到下一一設(shè)備備綜合了了前兩兩種仲仲裁方方式的的優(yōu)點點和缺缺點37分布式式總線線仲裁裁方式式總線上上各個個設(shè)備備都有有總線線仲裁裁模塊塊當(dāng)任何何一個個設(shè)備備申請請總線線，置置“總總線忙忙”狀狀態(tài)，，以阻阻止其其他設(shè)設(shè)備同同時請請求INOUT主設(shè)備1INOUT主設(shè)備2INOUT主設(shè)備3INOUT主設(shè)備4INOUT主設(shè)備5總線請求總線忙+5V仲裁線總線384.1.3總線操操作與與時序序總線操操作：計算算機(jī)系系統(tǒng)中中，通通過總總線進(jìn)進(jìn)行信信息交交換的的過程程稱為為總線線操作作總線周周期：總線線設(shè)備備完成成一次次完整整信息息交換換的時時間讀/寫存儲儲器周周期讀/寫IO口周期期DMA周期中斷周周期多主控控制器器系統(tǒng)，，總線線操作作周期期一般般分為為四個階階段總線請請求及及仲裁裁階段段、尋尋址階階段、、傳數(shù)數(shù)階段段和結(jié)結(jié)束階階段單個主主控制制器系統(tǒng)，，則只只需要要尋址址和傳傳數(shù)兩兩個階階段39總線主主控制制器的的作用用總線系系統(tǒng)的的資源源分配配與管管理提供總總線定定時信信號脈脈沖負(fù)責(zé)總總線使使用權(quán)權(quán)的仲仲裁不同總總線協(xié)協(xié)議的的轉(zhuǎn)換換和不不同總總線間間數(shù)據(jù)據(jù)傳輸輸?shù)木従彌_40總線時時序總線時時序是指總總線事事件的的協(xié)調(diào)調(diào)方式式，以以實現(xiàn)現(xiàn)可靠靠的尋尋址和和數(shù)據(jù)據(jù)傳送送總線時時序類類型同步：所有有設(shè)備備都采采用一一個統(tǒng)統(tǒng)一的的時鐘鐘信號號來協(xié)協(xié)調(diào)收收發(fā)雙雙方的的定時時關(guān)系系異步：依靠靠傳送送雙方方互相相制約約的握握手(handshake)信號來來實現(xiàn)現(xiàn)定時時控制制半同步步：具有有同步步總線線的高高速度度和異異步總總線的的適應(yīng)應(yīng)性41同步并并行總總線時時序特點系統(tǒng)使使用同一時時鐘信信號控制各各模塊塊完成成數(shù)據(jù)據(jù)傳輸輸一般一次讀讀寫操操作可可在一一個時時鐘周周期內(nèi)內(nèi)完成成，時時鐘前前、后后沿分分別指指明總總線操操作周周期的的開始始和結(jié)結(jié)束地址、、數(shù)據(jù)據(jù)及讀讀/寫等控控制信信號可可在時時鐘沿沿處改改變優(yōu)點：：電路設(shè)設(shè)計簡簡單，，總線線帶寬寬大，，數(shù)據(jù)據(jù)傳輸輸速率率快缺點：：時鐘以以最慢慢速設(shè)設(shè)備為為準(zhǔn)，，高速速設(shè)備備性能能將受受到影影響同步時鐘地址信號數(shù)據(jù)信號控制信號延時42異步并并行總總線時時序特點：：系統(tǒng)統(tǒng)中可可以沒有統(tǒng)統(tǒng)一的的時鐘鐘源，模塊塊之間間依靠靠各種種聯(lián)絡(luò)絡(luò)（握握手））信號號進(jìn)行行通信信，以以確定定下一一步的的動作作優(yōu)點：：全互鎖鎖方式式可靠靠性高高，適適應(yīng)性性強(qiáng)缺點：：控制復(fù)復(fù)雜，，交互互的聯(lián)聯(lián)絡(luò)過過程會會影響響系統(tǒng)統(tǒng)工作作速度度地址信信號數(shù)據(jù)信信號主設(shè)備備聯(lián)絡(luò)信信號從設(shè)備備聯(lián)絡(luò)信信號①③②①準(zhǔn)備好好接收收（M發(fā)送地地址信信號））③已收到到數(shù)據(jù)據(jù)（M撤銷地地址信信號））④④完成一一次傳傳送（S撤銷數(shù)數(shù)據(jù)信信號））②已送出出數(shù)據(jù)據(jù)（S發(fā)送數(shù)數(shù)據(jù)信信號））43半同步步并行行總線線時序序特點：：同時時使用用主模模塊的的時鐘信信號和從模模塊的的聯(lián)絡(luò)信信號優(yōu)點：：兼有同同步總總線的的速度度和異異步總總線的的可靠靠性與與適應(yīng)應(yīng)性Ready信號可可作為為慢速速設(shè)備備的異異步聯(lián)聯(lián)絡(luò)信信號CLK信號作作為快快速設(shè)設(shè)備的的同步步時鐘鐘信號號444.2總總線線標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)總線標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)包包括：：邏輯規(guī)規(guī)范：：邏輯輯信號號電平平時序規(guī)規(guī)范電氣規(guī)規(guī)范機(jī)械規(guī)規(guī)范通信協(xié)協(xié)議454.2.1SoC的片內(nèi)內(nèi)總線線片上總總線特特點簡單高高效結(jié)構(gòu)簡簡單：：占用用較少少的邏邏輯單單元時序簡簡單：：提供供較高高的速速度接口簡簡單：：降低低IP核連接接的復(fù)復(fù)雜性性靈活，，具有有可復(fù)復(fù)用性性地址/數(shù)據(jù)寬寬度可變、、互聯(lián)結(jié)結(jié)構(gòu)可變、、仲裁機(jī)機(jī)制可變功耗低低信號盡盡量不不變、、單向信信號線線功耗低低、時時序簡簡單片內(nèi)總總線標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)ARM的AMBA、IBM的CoreConnectSilicore的Wishbone、、Altera的Avalon46ARM的AMBA:AdvancedMicrocontrollerBusArchitecture先進(jìn)高性能能總線線AHB（AdvancedHigh-performanceBus））適用于于高性性能和和高吞吞吐設(shè)設(shè)備之之間的的連接接，如如CPU、片上存存儲器器、DMA設(shè)備、、DSP等先進(jìn)系統(tǒng)總總線ASB（AdvancedSystemBus）適用于于高性性能系系統(tǒng)模模塊。。與AHB的主要要不同同是讀讀寫數(shù)數(shù)據(jù)采采用了了一條條雙向向數(shù)據(jù)據(jù)總線線先進(jìn)外設(shè)總總線APB（AdvancedPeripheralBus）適用于于低功功耗外外部設(shè)設(shè)備，，經(jīng)優(yōu)優(yōu)化減減少了了功耗耗和接接口復(fù)復(fù)雜度度適合較較復(fù)雜雜的應(yīng)應(yīng)用，，需要要遵守守較簡簡單的的操作作協(xié)議議；擁擁有眾眾多的的第三三方支支持47AMBA總總線48AMBA2.0總線結(jié)結(jié)構(gòu)圖圖高性能能ARM核高性能能片上上RAM高性能能DMAC核高帶寬寬片外外存儲儲器接接口橋鍵盤UARTTimerPIOAHBorASBAPB49IBMCoreConnect處理器器局部總總線PLB（ProcessorLocalBus）高帶寬寬、低低延遲遲、高高性能能連接高高速CPU核、高高速MEM控制器器、高高速DMAC等高性性能設(shè)設(shè)備片內(nèi)的的外設(shè)總總線OPB（On-chipPeripheralBus）連接接低低性性能能設(shè)設(shè)備備，，減減少少其其對對PLB的性性能能影影響響通過過OPB橋?qū)崒崿F(xiàn)現(xiàn)PLB主設(shè)設(shè)備備和和OPB從設(shè)設(shè)備備的的數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)傳傳輸輸設(shè)備備控制制寄寄存存器器總總線線DCR（DeviceControlRegister）用于于配配置置PLB設(shè)備備和和OPB設(shè)備備的的狀狀態(tài)態(tài)寄寄存存器器和和控控制制寄寄存存器器減輕輕PLB總線線在在低低性性能能狀狀態(tài)態(tài)下下的的負(fù)負(fù)荷荷方案案完完整整，，但但一一般般用用于于高高性性能能系系統(tǒng)統(tǒng)設(shè)設(shè)計計中中（（如如工工作作站站）），，不不太太適適合合簡簡單單的的嵌嵌入入式式系系統(tǒng)統(tǒng)應(yīng)應(yīng)用用50CoreConnect總線線結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)框框圖圖EmbeddedSystem高性性能能CPU核高速速存儲儲器器仲裁裁DMAC核外部部總總線線結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)接接口口OPB橋KeyboardUARTTimerPIOPLBOPBDCR51Silicore的Wishbone定義義了了一一條條高高速速總總線線的的信號號和和總總線線周周期期。在在復(fù)復(fù)雜雜系系統(tǒng)統(tǒng)中中可可采采用用兩兩條條Wishbone總線線分分別別連連接接高高速速和和低低速速設(shè)設(shè)備備，，兩兩條條總總線線之之間間的的接接口口簡簡單單提供供了了4種互互連連方方式式：兩兩個個IP核的的點點到到點點連連接接；；多多個個串串行行IP核的的數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)流流連連接接；；多多個個IP核的的共共享享總總線線連連接接、、高高吞吞吐吐量量的的交交叉叉開開關(guān)關(guān)完全全免免費費，，開開發(fā)發(fā)性性強(qiáng)強(qiáng)；；結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)簡簡單單、、互互連連靈靈活活；；通通常常應(yīng)應(yīng)用用于于簡簡單單的的嵌嵌入入式式控控制制器器和和一一些些高高速速系系統(tǒng)統(tǒng)中中，，但但對對高高性性能能系系統(tǒng)統(tǒng)的的支支持持不不夠夠52Altera的Avalon主要要用用于于Altera公司司的的NIOS軟核核系統(tǒng)統(tǒng)中中實實現(xiàn)現(xiàn)SOPC規(guī)定定了了主設(shè)設(shè)備備和和從從設(shè)設(shè)備備之間間進(jìn)進(jìn)行行連連接接的的端端口口和和通通信信時時序序，，配配置置簡簡單單，，可可由由EDA工具具（（SOPCBuilder）快快速速生生成成采用用從設(shè)設(shè)備備仲仲裁裁技術(shù)術(shù)，，允允許許多多個個主主設(shè)設(shè)備備真真正正同同步步操操作作，，優(yōu)優(yōu)化化了了數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)流流，，提提高高了了系系統(tǒng)的的吞吞吐吐量量53Avalon的交交換換式式總總線線結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)54AMBA總線線AMBA總線線規(guī)規(guī)范范是是由由ARM公司司推推出出的的一一種種用用于于高高性性能能嵌嵌入入式式微微處處理理器器設(shè)設(shè)計計的的片片上上總總線線標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)，，由由于于AMBA總線線的的開開放放性性和和其其本本身身的的高高性性能能，，以以及及由由于于ARM處理理器器的的廣廣泛泛應(yīng)應(yīng)用用，，AMBA已成成為為SOC設(shè)計計中中使使用用最最廣廣泛泛的的總總線線標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)。。目前前AMBA總線線規(guī)規(guī)范范的的版版本本為為3.0，它它定定義義了了三三組組不不同同的的總總線線：：AMBA高性性能能總總線線AHB，AMBA高性性能能系系統(tǒng)統(tǒng)總總線線ASB和AMBA高性性能能外外設(shè)設(shè)總總線線APB。AHB作為為高高性性能能的的系系統(tǒng)統(tǒng)中中樞樞總總線線驅(qū)驅(qū)動動速速度度較較快快的的設(shè)設(shè)備備，，支支持持突突發(fā)發(fā)模模式式的的數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)傳傳送送和和事事務(wù)務(wù)分分隔隔，，并并支支持持流流水水線線操操作作。。APB則是是作作為為傳傳送送速速度度較較低低的的外外圍圍設(shè)設(shè)備備總總線線，，驅(qū)驅(qū)動動速速度度較較慢慢的的設(shè)設(shè)備備。。55ARM處理器核寬帶片上RAMDMA控制器寬帶外部RAM接口橋UARTPIO定時器鍵盤控制器AHB或ASB總線線APB總線線AHB的特特性性：單個個時時鐘鐘邊邊沿沿操操作作；；非三三態(tài)態(tài)的的實實現(xiàn)現(xiàn)方方式式；；支持持突突發(fā)發(fā)傳傳輸輸；；支持持分分段段傳傳輸輸；；支持持多多個個主主控控制制器器（（最最多多16個模模塊塊））；；可配配置置32位～～128位總總線線寬寬度度；；支持持字字節(jié)節(jié)、、半半字字和和字字的的傳傳輸輸。。典型型的的AMBA構(gòu)架架56AHB總線線的的接接口口信信號號AHB系統(tǒng)由主模塊塊(Master)、從模塊(Slave)和基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)(Infrastructure)3部分組成，整整個AHB總線上的傳輸輸都是由主模模塊發(fā)出，由由從模塊負(fù)責(zé)責(zé)回應(yīng)?；A(chǔ)礎(chǔ)結(jié)構(gòu)則由仲仲裁器(arbiter)、主模塊到從從模塊的多路路器、從模塊塊到主模塊的的多路器、譯碼器、虛虛擬從模塊、、虛擬主模塊塊等組成。AHB總線的接口信信號時鐘信號仲裁信號地址信號控制信號寫數(shù)據(jù)讀數(shù)據(jù)響應(yīng)信號除了時鐘與仲仲裁信號之外外，其余的信信號皆通過多多路器傳送。。57AHB總線的互連58AHB總線主模塊接接口59AHB總線從模塊接接口60AHB總線仲裁器接接口61AHB基本傳輸在AHB總線上，一次次完整的傳輸輸可以分成兩兩個階段：地地址傳送階段段與數(shù)據(jù)傳送送階段。地址址傳送階段傳傳送的是地址址與控制信號號，這個階段段只持續(xù)一個個時鐘周期，，在HCLK的上升沿數(shù)據(jù)據(jù)有效，所有有的從模塊都都在這個上升升沿采樣地址址信息。數(shù)據(jù)傳送階段段傳送的是讀讀或?qū)懙臄?shù)據(jù)據(jù)和響應(yīng)信號號，這一階段段可以持續(xù)一一個或幾個時時鐘周期。當(dāng)當(dāng)數(shù)據(jù)傳送無無法在一個時時鐘周期完成成時，可以通通過HREADY信號來延長數(shù)數(shù)據(jù)傳送周期期，HREADY信號為低電平平時，表示傳傳輸尚未結(jié)束束，于是就在在數(shù)據(jù)傳送階階段中加入等等待周期，直直到HREADY信號為高電平平為止。62AHB基本傳輸過程程63AHB總線流水線操操64APB總線APB從單元的接口口信號APB主要用于低帶寬的周邊外設(shè)之間的連接在APB里面唯一的主主模塊就是與與AHB總線相接的APB橋。65APB傳輸APB上的狀態(tài)圖66APB寫傳輸時序圖圖67APB讀傳輸時序圖圖68APB橋選擇信號系統(tǒng)總線從模塊接口APB橋是在AMBAAPB上唯一的總線主模塊。另外，APB橋也是在更高層次系統(tǒng)總線上的一個從模塊。橋單元把系統(tǒng)總線傳輸轉(zhuǎn)化為APB總線傳輸。69APB橋的傳輸過程程70鎖存地址并在在整個傳輸過過程中保持其其有效，直到到數(shù)據(jù)傳送完完成。地址譯碼并且且生成一個外外部選擇信號號PSELx，在一次傳輸輸期間只有一一個選擇信號號有效.寫傳送時驅(qū)動動數(shù)據(jù)到APB總線上。讀傳時驅(qū)動APB數(shù)據(jù)到系統(tǒng)總總線上。為傳送觸發(fā)使使能信號PENABLE，使其有效。。APB橋的功功能71總線設(shè)計要素素信號線類型專用信號線復(fù)用信號線總線仲裁方法法集中仲裁分布仲裁總線定時方法法同步異步總線寬度地址總線寬度度數(shù)據(jù)總線寬度度數(shù)據(jù)傳輸類型型讀/寫/讀-修改-寫/寫后讀/塊傳輸（聯(lián)系系傳輸）724.2.2PCI總總線PeripheralComponentInterconnect，外部設(shè)備互互連總線，在在CPU與外設(shè)之間提提供了一條獨獨立的數(shù)據(jù)通通道，使得每每種設(shè)備都能能直接與CPU聯(lián)系，支持即即插即用PCI總線信號必備的PCI總線信號包括括地址信號、、數(shù)據(jù)信號、、接口控制信信號、錯誤報報告信號、仲仲裁信號和系系統(tǒng)信號可選的PCI總線信號包括括64位總線擴(kuò)展信信號、接口控控制信號、中中斷信號、Cache支持信號和邊邊界掃描信號號73PCI總線架架構(gòu)PCI總線是是多層次總線線74PCI總線插插座示意圖根據(jù)電源電壓壓和位數(shù)不同同分為4種長插槽188針，短插槽124針75PCI插槽實實物照片76PCI總線信信號77必備的PCI總線信號地址和數(shù)據(jù)信信號AD[31:0]，雙向三態(tài)C/BE[3:0]，雙向三態(tài)，，低有效PAR，奇偶校驗信信號，雙向三三態(tài)接口控制信號號FRAME，幀周期信號號，低電平有有效IRDY，主設(shè)備準(zhǔn)備備好信號，低低電平有效TRDY，從設(shè)備準(zhǔn)備備好信號，低低電平有效STOP，從設(shè)備要求求主設(shè)備停止止當(dāng)前數(shù)據(jù)傳傳輸，低電平平有效IDSEL，初始化設(shè)備備選擇，輸入入DEVSEL，設(shè)備選擇信信號，低電平平有效78必備的PCI總線信號（（續(xù)）錯誤報告信號號PERR，報告數(shù)據(jù)奇奇偶檢驗錯，，低電平有效效SERR，系統(tǒng)出錯信信號，低電平平有效仲裁信號REQ，總線占用請請求信號，雙雙向三態(tài)，低低有效GNT，總線占用允允許信號，雙雙向單臺，低低有效系統(tǒng)信號CLK：時鐘，輸入入RST，復(fù)位，輸入入79可選的PCI總線信號64位總線擴(kuò)展信信號AD[64:32]，雙向三態(tài)C/BE[7:4]，雙向三態(tài)，，低電平有效效REQ64，64傳輸請求，低低電平有效ACK64，表示從設(shè)備備將用64位傳輸，低電電平有效PAR64，奇偶雙字節(jié)節(jié)校驗，雙向向三態(tài)，低電電平有效接口控制信號號LOCK，鎖定信號，，低電平有效效中斷信號INTA/INTB/INTC/INTD，中斷信號，，低電平有效效，漏極開路路80可選的PCI總線信號（（續(xù)）Cache支持信號SBO，試探返回信信號，低電平平有效，輸入入或輸出SDONE，表示命中一一個緩沖行，，輸入或輸出出。有效時，，表明探測完完成，無效時時，表明探測測結(jié)果仍未確確定邊界掃描信號號TDI，數(shù)據(jù)輸入TDO，數(shù)據(jù)輸出TCK，時鐘TMS，模式選擇TRST，復(fù)位81PCI總線命命令表C/BE[3:2]

命令類型說明0000中斷應(yīng)答（中斷識別）0001特殊周期0010I/O讀（從I/O口地址中讀數(shù)據(jù)）0011I/O寫（向I/O口地址空間寫數(shù)據(jù)）0100保留0101保留0110存儲器讀（從內(nèi)存空間映像中讀數(shù)據(jù)）0111存儲器寫（從內(nèi)存空間映像中寫數(shù)據(jù)）1000保留1001保留1010配置讀1011配置寫1100存儲器多行讀1101雙地址周期1110存儲器讀一行1111存儲器寫并無效[m1]這個也是多了了冒號82PCI總線讀讀時序突發(fā)讀時序，，可連續(xù)多字字節(jié)操作834.2.3異步串行通信信總線串行總線上的的信息則按位位傳輸，通常常只需1根或2根數(shù)據(jù)線，沒有地址總線線、控制總線線采用差分信號號(differentialsignal)傳輸技術(shù)具有低功耗、、低誤碼率、、低串?dāng)_和低低輻射等優(yōu)點點高速串行總線線的三大特征征差分信號傳輸輸以數(shù)據(jù)包形式式傳送信息(地址、數(shù)據(jù)、、命令)點對點通信串行通信的通通信方式、距距離、速率、、差錯控制、、傳輸方式COM口RS-232、RS-485串行通信接口口USB接口SPI/QSPI串行擴(kuò)展接口口I2CMicrowire84總線共享技術(shù)術(shù)數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)術(shù)多級編碼技術(shù)術(shù)各種調(diào)制解調(diào)調(diào)技術(shù)時分復(fù)用頻分復(fù)用85串行數(shù)據(jù)的通通信方式單工半雙工雙工多工86串行通信傳輸輸距離串行數(shù)據(jù)在基帶傳送方式下（指信信號按原樣傳傳輸），通常常只能傳輸幾幾十米至幾百百米，并且傳傳輸速率越大大，傳輸距離離越短調(diào)制解調(diào)方法法包括頻移鍵鍵控FSK、幅移鍵控ASK、相移鍵控PSK等方式串行接口MODEMMODEM計算機(jī)串行接口計算機(jī)串行接口……87串行通信傳輸輸速率比特率(bps)：系統(tǒng)單位時間間內(nèi)傳送有效二進(jìn)制數(shù)數(shù)據(jù)的位數(shù)波特率：通信線路上基基本電信號狀態(tài)的變化頻頻率基波傳送方式式：比特率＝＝波特率載波傳送方式式：比特率＝＝波特率×n110、300、600、1200、2400、4800、9600、15200…88串行通信的差差錯控制差錯控制方式式檢錯重發(fā)ARQ(AutomaticRepeatRequest)：接收端檢錯錯并要求重發(fā)發(fā)，要反饋，，通信效率低低，差錯控制制簡單前向糾錯FEC(ForwardErrorCorrection)：接收端糾正正錯誤，差錯錯控制電路復(fù)復(fù)雜混合糾錯HEC(HybridErrorCorrection)：綜合前2者，誤碼率低低檢錯：如何發(fā)現(xiàn)傳輸輸中的錯誤，，奇偶校驗糾錯：發(fā)現(xiàn)錯誤后,如何消除和糾糾正錯誤，CRC89傳輸方式串行同步：收收發(fā)雙方需要要使用（傳送送）同一時鐘信號號串行異步：雙雙方時鐘不要求嚴(yán)格同同步串行同步同步方式：傳傳輸信息的字節(jié)與字節(jié)節(jié)之間、位與位之間均與時時鐘嚴(yán)格同同步通常以數(shù)據(jù)據(jù)塊為基本單位進(jìn)行傳送90串行同步同步字符或或同步標(biāo)志志或采用硬硬件同步信信號確定傳送的的起始位置，然后后傳送準(zhǔn)備備好的信息數(shù)據(jù)，最后發(fā)送送CRC校驗字符同步串行數(shù)數(shù)據(jù)傳輸格格式91串行通信－－IIC串行數(shù)據(jù)線線SDA、串行時鐘鐘線SCLSDASCL微控制器ALCDADCRAM微控制器B92異步串行通通信以字符為基本本單位幀間異步，無需使用用（傳送））同一時鐘鐘源，收發(fā)發(fā)雙方的時時鐘在誤差差范圍內(nèi)幀內(nèi)各位按固定定時序和順順序傳送93異步串行通通信接收判判決收發(fā)雙方的的本地時鐘鐘＝波特率率因子n×波特率Tn＝16時起始位數(shù)據(jù)位b0接收方檢測測到低電平平連續(xù)檢測到到8次低電平后后確認(rèn)收到到起始位收到起始位位后每隔16個時鐘脈沖沖T對數(shù)據(jù)線采采樣1次，以確保?？梢栽诜€(wěn)穩(wěn)定狀態(tài)接接收到該bit數(shù)據(jù)8T16T16T…………接收到的信信號本地時鐘94異步通信數(shù)數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)構(gòu)1位起始位，，再從最低低位（b0）開始傳送送7位信息位，，然后是1位奇偶校驗驗位，最后后是1位（或1.5位、2位）停止位位偶校驗、一一位停止位位時傳送數(shù)據(jù)據(jù)53H時的波形停止位校驗位D6D5D4D3D2D1D0起始位101010011095作業(yè)2、3、4、5、6、13、14、15969、靜夜四無鄰鄰，荒居舊業(yè)業(yè)貧。。12月-2212月-22Wednesday,December28,202210、雨中黃葉樹樹，燈下白頭頭人。。21:10:0321:10:0321:1012/28/20229:10:03PM11、以我獨沈沈久，愧君君相見頻。。。12月-2221:10:0321:10Dec-2228-Dec-2212、故故人人江江海海別別，，幾幾度度隔隔山山川川。。。。21:10:0321:10:0321:10Wednesday,December28,202213、乍見翻翻疑夢，，相悲各各問年。。。12月-2212月-2221:10:0321:10:03December28,202214、他鄉(xiāng)生生白發(fā)，，舊國見見青山。。。28十十二月20229:10:03下午午21:10:0312月-2215、比不了得得就不比，，得不到的的就不要。。。。十二月229:10下下午12月-2221:10December28,202216、行動出成成果，工作作出財富。。。2022/12/2821:10:0321:10:03