第4章總線接口9、10

第4章總線接口設(shè)計(jì)含義：總線就是一組線的集合，使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部的各部件之間以及外部的各系統(tǒng)之間建立信號(hào)聯(lián)系，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞和通信?？偩€（BUS）特點(diǎn)：規(guī)定了各引線的信號(hào)、時(shí)序、電氣和機(jī)械特性；為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部各部件、各模塊之間或計(jì)算機(jī)各系統(tǒng)之間提供了標(biāo)準(zhǔn)的公共信息通路。思考：總線應(yīng)用實(shí)例？按照總線內(nèi)部信息傳輸?shù)男再|(zhì)，總線可分為：數(shù)據(jù)總線：DB用于傳送數(shù)據(jù)信息；地址總線：AB是專門(mén)用來(lái)傳送地址；控制總線：CB控制總線包括控制、時(shí)序和中斷信號(hào)線；4.1I2C總線I2C總線：一根數(shù)據(jù)線SDA，另一根時(shí)鐘線SCL。1、結(jié)構(gòu)2、I2C總線的4種操作模式：①主發(fā)送器模式——輸出時(shí)鐘信號(hào)SCL，發(fā)送數(shù)據(jù)；②主接收器模式——輸出時(shí)鐘信號(hào)SCL，接收數(shù)據(jù)；③從發(fā)送器模式——輸入時(shí)鐘信號(hào)SCL，發(fā)送數(shù)據(jù)；④從接收器模式——輸入時(shí)鐘信號(hào)SCL，接收數(shù)據(jù)。MPU器件SCLSDAMPU器件SCLSDA主機(jī)主機(jī)從機(jī)從機(jī)1）起始信號(hào)和終止信號(hào)3、I2C總線協(xié)議起始信號(hào)（S）：SCL線為高電平期間，SDA線由高電平變?yōu)榈碗娖?；終止信號(hào)（P）：SCL線為高電平期間，SDA線由低電平變?yōu)楦唠娖健?）數(shù)據(jù)傳送格式字節(jié)傳送：每一個(gè)字節(jié)必須保證是8位長(zhǎng)度；數(shù)據(jù)傳送時(shí)，先傳送最高位（MSB）。應(yīng)答信號(hào)為低電平應(yīng)答位：在SCL高電平期間，從機(jī)SDA保持低電平；每一個(gè)被傳送的字節(jié)后面都必須跟隨1位應(yīng)答位(共有9位)。數(shù)據(jù)位的有效性規(guī)定

I2C總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時(shí)，時(shí)鐘信號(hào)為高電平期間，數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)必須保持穩(wěn)定，只有在時(shí)鐘線上的信號(hào)為低電平期間，數(shù)據(jù)線上的高電平或低電平狀態(tài)才允許變化。例題1、根據(jù)I2C總線信號(hào)，寫(xiě)出傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。例題2、傳輸?shù)臄?shù)據(jù)為0xB6，畫(huà)出I2C總線信號(hào)。思考：主機(jī)MCU如何往從機(jī)DeviceC發(fā)送數(shù)據(jù)？主機(jī)MCU如何從從機(jī)DeviceA接收數(shù)據(jù)？0102033）數(shù)據(jù)幀內(nèi)容格式廣義傳送的數(shù)據(jù)信號(hào)是地址信號(hào)或者數(shù)據(jù)信號(hào)。在起始信號(hào)后必須傳送一個(gè)從機(jī)的地址（7位），第0位是數(shù)據(jù)的傳送方向位（R/W）：用“0”表示主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)（W）；用“1”表示主機(jī)接收數(shù)據(jù)（R）。A、主機(jī)向從機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)有陰影部分表示數(shù)據(jù)由主機(jī)向從機(jī)傳送，無(wú)陰影部分表示數(shù)據(jù)由從機(jī)向主機(jī)傳送。A表示應(yīng)答，/A表示非應(yīng)答（高電平）。S表示起始信號(hào)，P表示終止信號(hào)。主機(jī)：提供時(shí)鐘信號(hào)；從機(jī)：接收時(shí)鐘信號(hào)。B、主機(jī)在第一個(gè)字節(jié)(尋址字節(jié))后，立即由從機(jī)讀數(shù)據(jù)。首先，主機(jī)發(fā)送尋址字節(jié)，從機(jī)產(chǎn)生響應(yīng)后，主機(jī)由發(fā)送變成接收，從機(jī)由接收變成發(fā)送。然后，數(shù)據(jù)由從機(jī)發(fā)送、主機(jī)接收，每個(gè)應(yīng)答由主機(jī)產(chǎn)生。若主機(jī)要終止本次傳輸，則發(fā)送一個(gè)非應(yīng)答信號(hào)(A)，接著主機(jī)產(chǎn)生停止條件。例題3、要求主機(jī)發(fā)送給從機(jī)0x02，數(shù)據(jù)0x5B，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)幀內(nèi)容。0x020x5B例題4、要求主機(jī)接收從機(jī)0x20，數(shù)據(jù)0x5B、0x28，0xA2，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)幀內(nèi)容。0x200x5B0x280xA24、I2C接口電路1）電路從機(jī)主機(jī)2）微處理器的I2C總線結(jié)構(gòu)圖IICCON（I2C總線控制寄存器）功能位描述初始狀態(tài)ACK使能[7]0：禁止產(chǎn)生ACK信號(hào)；1：允許產(chǎn)生ACK信號(hào)0Tx時(shí)鐘源選擇[6]0：IICCLK＝fPCLK／16；1：IICCLK＝fPCLK／5120Tx/Rx中斷使能[5]0：禁止Tx/Rx中斷；1：使能Tx/Rx中斷0中斷標(biāo)記清除/置位[4]寫(xiě)0：清除中斷標(biāo)志并重新啟動(dòng)寫(xiě)操作；讀1：中斷標(biāo)志置位0確定發(fā)送時(shí)鐘頻率[3：0]設(shè)置I2C總線發(fā)送時(shí)鐘前置分頻器，Tx時(shí)鐘=IICCLK/（IICCON[3:0]+1）未定義IICSTAT（I2C總線控制/狀態(tài)寄存器）功能位描述初始狀態(tài)模式選擇[7：6]IIC總線主／從Tx/Rx模式選擇位00：從接收模式；01：主接收模式；10：從發(fā)送模式；11：主發(fā)送模式0忙信號(hào)狀態(tài)／啟動(dòng)/停止條件[5]讀0：I2C總線不忙；寫(xiě)0：產(chǎn)生I2C總線停止信號(hào)；讀1：I2C總線忙；寫(xiě)1：產(chǎn)生I2C總線啟動(dòng)信號(hào)0串行輸出使能[4]0：禁止Tx/Rx信號(hào)傳輸；1：使能Tx/Rx信號(hào)傳輸0功能位描述初始狀態(tài)仲裁狀態(tài)標(biāo)志[3]0：總線仲裁成功；1：總線仲裁不成功0從設(shè)備狀態(tài)標(biāo)志與地址[2]作為從設(shè)備時(shí)，0：當(dāng)檢測(cè)到啟動(dòng)或停止信號(hào)時(shí)清零；1：接收到的從地址與在IICADD中的匹配0零地址狀態(tài)標(biāo)志[1]作為從設(shè)備時(shí)，0：當(dāng)檢測(cè)到啟動(dòng)或停止信號(hào)時(shí)清零；1：接收到從地址為00000000b

0接收到的最后數(shù)據(jù)位狀態(tài)標(biāo)志[0]0：接收到最后數(shù)據(jù)位后，接收到ACK應(yīng)答信號(hào)；1：接收到最后數(shù)據(jù)位后，沒(méi)有接收到ACK應(yīng)答信號(hào)0IICSTAT（I2C總線控制/狀態(tài)寄存器）IICDS（移位數(shù)據(jù)寄存器）功能位描述初始狀態(tài)數(shù)據(jù)移位[7：0]I2C總線發(fā)送／接收操作的8bit數(shù)據(jù)移位寄存器。當(dāng)在IICSTAT中的串行輸出使能（=1）時(shí)，IICDS寫(xiě)使能。任何時(shí)候都可以對(duì)IICDS的值進(jìn)行讀操作xxxxxxxx3）程序流程圖（主發(fā)送模式）寄存器初始化發(fā)送數(shù)據(jù)結(jié)束對(duì)IIC接口初始化voidIIC_Init（unsignedcharch）｛rPCONF=（rPCONF&0xFFFFFFF0）|0xa；//PF0：SCL，PF1：SDArPUP|=0x3;//上拉禁止rIICCON=（1<<7）|（0<<6）|（1<<5）|（0xf）;//使能中斷

rIICADD=0x10；

rIICSTAT=0x10；｝IIC寫(xiě)操作①_iicMode=WRDATA；iic_buffer[0]=addr;iic_buffer[1]=data;iic_data_tx_size=2;②rIICDS=slvAddr；

rIICSTAT=0xf0；③

while(iic_data_tx_size!=-1){Run_IicPoll();}IIC輪詢函數(shù)voidRun_IicPoll(void){if(rIICCON&0x10)IicPoll()；}voidIicPoll(void)；{switch(_iicMode){caseWRDATA:if（（iic_data_tx_size--）==0）{rIICSTAT=0xd0；rIICCON=0xaf;Delay(1);break;}rIICDS=iic_buffer[_iicPt++];Delay(1);rIICCON=0xaf;break;}4.2USB總線（UniversalSerialBus，通用串行總線）USB是由Compaq、HP、Intel、Lucent、Microsoft、NEC和Philips等公司制定的連接計(jì)算機(jī)與外圍設(shè)備的總線。USB總線應(yīng)用范圍：U盤(pán)、數(shù)碼相機(jī)、手機(jī)1、USB總線的主要特點(diǎn)（1）熱即插即用——帶電插入或拔出，自動(dòng)配置USB設(shè)備。（2）系統(tǒng)級(jí)聯(lián)最多可連接127個(gè)設(shè)備。（3）同時(shí)支持不同速率的設(shè)備。低速1.5Mbps，全速12Mbps，高速480Mbps。（4）較強(qiáng)的糾錯(cuò)能力。（5）總線供電。

USB總線提供5V電壓/100mA電流，最大500mA的電流。2、機(jī)械、電氣特性1）外形A型B型2）信號(hào)線連接序號(hào)信號(hào)名稱典型連接線1VBUS（USB電源）紅2D+（正差分信號(hào)）白3D-（負(fù)差分信號(hào))綠4GND(USB地)黑外層屏蔽層—3）電信號(hào)USB的數(shù)據(jù)信號(hào)線是差分驅(qū)動(dòng)的。D+、D-線信號(hào)特性：高電平：VD+－VD-＞200mV，VD+＞2.0V；低電平：VD-－VD+＞200mV，VD-＞2.0V。D+、D-線數(shù)據(jù)特性：NRZI（不歸零反向碼）邏輯0：D+、D-線上電平高、低間跳變；邏輯1：D+、D-線上電平不變?！}5、畫(huà)出不歸零反向碼信號(hào)。例題6、算出不歸零反向碼數(shù)據(jù)。全速：USB設(shè)備在D+上加3.0—3.6V電壓低速：USB設(shè)備在D-上加3.0—3.6V電壓3、USB的傳輸方式4種方式：批量傳輸、中斷傳輸、等時(shí)傳輸、控制傳輸。

※1）控制傳輸當(dāng)USB設(shè)備初次安裝時(shí)，USB系統(tǒng)軟件對(duì)USB設(shè)備進(jìn)行分配地址等設(shè)置，數(shù)據(jù)傳送是無(wú)損性的。例如，USB設(shè)備初次安裝。2）中斷傳輸中斷數(shù)據(jù)是少量的數(shù)據(jù)組成，且延遲時(shí)間有限制。當(dāng)設(shè)備需要主機(jī)為其服務(wù)時(shí)，向主機(jī)發(fā)送信息通知主機(jī)。例如，鍵盤(pán)、鼠標(biāo)。3）批量傳輸批量數(shù)據(jù)是由大量的數(shù)據(jù)組成，連續(xù)傳輸。在數(shù)據(jù)包的傳輸過(guò)程中，出現(xiàn)錯(cuò)誤，則需重新傳輸。例如，打印機(jī)、掃描儀、USB硬盤(pán)。4）等時(shí)傳輸（同步傳輸）等時(shí)傳輸，可以單向也可以雙向，用于傳輸連續(xù)、實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)。要求傳輸速率固定，時(shí)間性強(qiáng)，忽略傳輸錯(cuò)誤，即傳輸中出錯(cuò)也不重傳。例如，USB接口的攝像頭。4、USB系統(tǒng)結(jié)構(gòu)USB系統(tǒng)包括USB設(shè)備、USB主機(jī)和USB互連3部分。（1）USB設(shè)備

USB設(shè)備分為Hub（集線器）和Function（功能設(shè)備）；集線器提供更多的連接點(diǎn)；功能設(shè)備發(fā)送和接收USB數(shù)據(jù)、實(shí)現(xiàn)某種功能。（2）USB主機(jī)包含USB主控制器，完成與USB設(shè)備之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑O(shè)備；管理整個(gè)USB總線的所有信息。（3）USB互聯(lián)

USB互連指的是USB設(shè)備與主機(jī)的連接和通信方式。包括總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)傳輸模型和USB調(diào)度表。USB設(shè)備連接成一個(gè)層疊的星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；Hub是每個(gè)星型的中心；USB拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)最多能有7層（包括根層）。HOSTHUB1HUB2FUN1HUB3FUN2FUN3HUB4HUB5HUB6USB系統(tǒng)星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)思考：

嵌入式主機(jī)如何往U盤(pán)傳遞數(shù)據(jù)呢？5、USB的數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程(例如，主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)過(guò)程)主機(jī)應(yīng)用軟件USB總線驅(qū)動(dòng)程序USB主控制器驅(qū)動(dòng)程序主控制器（硬件）USB設(shè)備發(fā)送I/O請(qǐng)求包。把I/O請(qǐng)求包分成數(shù)個(gè)事務(wù)處理。把數(shù)個(gè)事務(wù)處理合成一幀。把事務(wù)處理以信息包形式發(fā)送USB總線。USB設(shè)備接收數(shù)據(jù)。USB主機(jī)事務(wù)處理：一次接收或發(fā)送數(shù)據(jù)信息的處理過(guò)程。例如：輸出事務(wù)處理向USB設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)。輸出事務(wù)處理（例如，主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)過(guò)程)包括①輸出令牌包：通知USB設(shè)備準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)；②輸出數(shù)據(jù)包：發(fā)送的數(shù)據(jù)；③握手包：報(bào)告事務(wù)處理過(guò)程中接收方的狀態(tài)。幀：例如，數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為12000bit為一幀。USB數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)同步字段（SYNC）包標(biāo)示符字段（PID）數(shù)據(jù)字段CRC字段包結(jié)尾字段（EOP）SYNC字段：USB主機(jī)和設(shè)備傳輸率同步；PID字段：數(shù)據(jù)包的類型，例如數(shù)據(jù)包、令牌包；數(shù)據(jù)字段：傳輸?shù)臄?shù)據(jù)；CRC字段：對(duì)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行錯(cuò)誤保護(hù)；EOP字段：包結(jié)尾的信號(hào)。思考：USB鼠標(biāo)如何工作？

6、USB鼠標(biāo)的工作過(guò)程2）USB鼠標(biāo)初次插入時(shí)，USB主機(jī)以控制傳輸方式檢測(cè)鼠標(biāo)設(shè)備，配置地址、傳輸速率并管理鼠標(biāo)等。1）USB總線是一種輪流查詢方式的總線。3）USB鼠標(biāo)動(dòng)作時(shí)，以中斷傳輸方式給USB主機(jī)發(fā)送信息。4）以數(shù)據(jù)包、事務(wù)處理方式傳輸數(shù)據(jù)信息。5）USB主機(jī)響應(yīng)USB鼠標(biāo)送來(lái)的信息，然后處理。7、USB的接口電路S3C2410A提供2個(gè)USB主機(jī)（Host），1個(gè)USB設(shè)備（Slave）8、U盤(pán)實(shí)物圖4.3SPI總線（SerialPeripheralInterface，串行外圍設(shè)備接口）SPI總線是由Motorola公司開(kāi)發(fā)的接口總線，主要用在微控制器和外圍設(shè)備芯片之間進(jìn)行連接。SPI接口應(yīng)用：連接存儲(chǔ)器、A/D轉(zhuǎn)換器、實(shí)時(shí)時(shí)鐘日歷等。1、SPI總線有4根信號(hào)線：MOSI:主器件數(shù)據(jù)輸