微處理器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)(第2版)chap4

微處理器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)(第2版)chap4第一頁，共85頁。第四章總線技術(shù)與總線標(biāo)準(zhǔn)4.1總線技術(shù)總線基礎(chǔ)總線組織總線仲裁總線操作與時(shí)序

4.2常見總線標(biāo)準(zhǔn)并行總線標(biāo)準(zhǔn)串行總線標(biāo)準(zhǔn)要素（介質(zhì)、協(xié)議）、分類、性能（總線帶寬）單/雙/多級(jí)總線集中/分布，串行/并行總線周期，同步/異步/半同步RS232、USB、1394、SPI、現(xiàn)場(chǎng)總線AMBA（片內(nèi)總線）、PCI（系統(tǒng)內(nèi)總線）、VXI（系統(tǒng)外總線）第二頁，共85頁。第四章習(xí)題作業(yè)：3~6、14思考：1、2、7、12、15第三頁，共85頁。第四章結(jié)束第四頁，共85頁。計(jì)算機(jī)互聯(lián)結(jié)構(gòu)-總線interconnectionstructure：指計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中連接各子系統(tǒng)的通路集合?？偩€(bus)是使用最普遍的互連結(jié)構(gòu)?？偩€特點(diǎn)總線優(yōu)勢(shì)減少部件間連線的數(shù)量非總線結(jié)構(gòu)的N個(gè)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擴(kuò)展性好，便于構(gòu)建系統(tǒng)便于產(chǎn)品更新?lián)Q代公用性第五頁，共85頁?？偩€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：傳輸介質(zhì)可用的最高和最低頻率之差對(duì)噪聲的敏感性：內(nèi)部或外部干擾對(duì)失真的敏感性：信號(hào)和傳輸介質(zhì)之間的互相作用引起對(duì)衰減的敏感性：信號(hào)通過傳輸介質(zhì)時(shí)的功率損耗總線協(xié)議總線信號(hào)：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(shí)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(cuò)控制等第六頁，共85頁。第七頁，共85頁。第八頁，共85頁。無線電頻段名稱甚低頻低頻中頻高頻甚高頻超高頻特高頻極高頻符號(hào)VLFLFMFHFVHFUHFSHFEHF頻率3-30KHz30-300KHz0.3-3MHz3-30MHz30-300MHz0.3-3GHz3-30GHz30-300GHz波段超長波長波中波短波米波分米波厘米波毫米波波長1KKm-100Km10Km-1Km1Km-100m100m-10m10m-1m1m-0.1m10cm-1cm10mm-1mm傳播特性空間波為主地波為主地波與天波天波與地波空間波空間波空間波空間波主要用途海岸潛艇通信;遠(yuǎn)距離通信;超遠(yuǎn)距離導(dǎo)航越洋通信;中距離通信;地下巖層通信;遠(yuǎn)距離導(dǎo)航船用通信;業(yè)余無線電通信;移動(dòng)通信;中距離導(dǎo)航遠(yuǎn)距離波通信;國際定通信電離層散射(30-60MHz);流星余跡通信;人造電離層通信(30-144MHz);對(duì)空間飛行體通信;移動(dòng)通信小容量微波中繼通信;(352-420MHz);

對(duì)流層散射通信(700-10000MHz);中容量微波通信(1700-2400MHz)大容量微波中繼通信(3600-4200MHz);大容量微波中繼通信(5850-8500MHz);數(shù)字通信;衛(wèi)星通信;國際海事衛(wèi)星通信(1500-1600MHz)再入大氣層時(shí)的通信;波導(dǎo)通信第九頁，共85頁。第十頁，共85頁?？偩€通信協(xié)議11第十一頁，共85頁。總線協(xié)議設(shè)計(jì)要素信號(hào)線類型專用信號(hào)線、復(fù)用信號(hào)線總線仲裁方法集中仲裁、分布仲裁總線定時(shí)方法同步、異步、半同步總線寬度地址總線、數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)傳輸類型讀/寫/讀-修改-寫/寫后讀/塊傳輸?shù)谑?，?5頁?？偩€分類按所處位置(數(shù)據(jù)傳送范圍)片上總線芯片總線（片間總線、元件級(jí)總線）系統(tǒng)內(nèi)總線（插板級(jí)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(shí)序關(guān)系(握手方式)同步異步半同步同步異步單總線多級(jí)總線按總線組織雙總線第十三頁，共85頁。④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(jì)算機(jī)系統(tǒng)的四層總線結(jié)構(gòu)運(yùn)算器寄存器控制器CPU存儲(chǔ)芯片I/O芯片主板擴(kuò)展接口板擴(kuò)展接口板計(jì)算機(jī)系統(tǒng)其他計(jì)算機(jī)系統(tǒng)其他儀器系統(tǒng)第十四頁，共85頁。內(nèi)總線（插板級(jí)總線）外總線(通信總線）15第十五頁，共85頁。SoC的片上總線片上總線特點(diǎn)簡(jiǎn)單高效結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單：占用較少的邏輯單元時(shí)序簡(jiǎn)單：提供較高的速度接口簡(jiǎn)單：降低IP核連接的復(fù)雜性靈活，具有可復(fù)用性地址/數(shù)據(jù)寬度、互聯(lián)結(jié)構(gòu)、仲裁機(jī)制可變功耗低信號(hào)盡量不變、單向信號(hào)線功耗低、時(shí)序簡(jiǎn)單片上總線標(biāo)準(zhǔn)ARM的AMBA、IBM的CoreConnectSilicore的Wishbone、Altera的Avalon第十六頁，共85頁。ARM的AMBA:AdvancedMicrocontrollerBusArchitecture先進(jìn)高性能總線AHB

（AdvancedHigh-performanceBus）適用于高性能和高吞吐設(shè)備之間的連接，如CPU、片上存儲(chǔ)器、DMA設(shè)備、DSP等先進(jìn)系統(tǒng)總線ASB（AdvancedSystemBus）適用于高性能系統(tǒng)模塊。與AHB的主要不同是讀寫數(shù)據(jù)采用了一條雙向數(shù)據(jù)總線先進(jìn)外設(shè)總線APBAdvancedPeripheralBus）適用于低功耗外部設(shè)備，經(jīng)優(yōu)化減少了功耗和接口復(fù)雜度適合較復(fù)雜的應(yīng)用，需要遵守較簡(jiǎn)單的操作協(xié)議；擁有眾多的第三方支持。第十七頁，共85頁。AMBA2.0總線結(jié)構(gòu)圖高性能ARM核高性能片上RAM高性能DMAC核高帶寬片外存儲(chǔ)器接口橋鍵盤UARTTimerPIOAHBorASBAPB第十八頁，共85頁。IBM的CoreConnect總線處理器局部總線PLB（ProcessorLocalBus）高帶寬、低延遲、高性能連接高速CPU核、高速M(fèi)EM控制器、高速DMAC等高性能設(shè)備片內(nèi)的外設(shè)總線OPB（On-chip

Peripheral

Bus）連接低性能設(shè)備，減少其對(duì)PLB的性能影響通過OPB橋?qū)崿F(xiàn)PLB主設(shè)備和OPB從設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備控制寄存器總線DCR（Device

Control

Register）用于配置PLB設(shè)備和OPB設(shè)備的狀態(tài)寄存器和控制寄存器減輕PLB總線在低性能狀態(tài)下的負(fù)荷方案完整，但一般用于高性能系統(tǒng)設(shè)計(jì)中（如工作站），不太適合簡(jiǎn)單的嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用。第十九頁，共85頁。IBM的CoreConnect總線結(jié)構(gòu)框圖高性能CPU核高速存儲(chǔ)器仲裁DMAC核外部總線結(jié)構(gòu)接口OPB橋KeyboardUARTTimerPIOPLBOPBDCR第二十頁，共85頁。Silicore的Wishbone總線定義了一條高速總線的信號(hào)和總線周期在復(fù)雜系統(tǒng)中可采用兩條Wishbone總線分別連接高速和低速設(shè)備，兩條總線之間的接口簡(jiǎn)單提供了4種互連方式兩個(gè)IP核的點(diǎn)到點(diǎn)連接；多個(gè)串行IP核的數(shù)據(jù)流連接；多個(gè)IP核的共享總線連接、高吞吐量的交叉開關(guān)完全免費(fèi)，開發(fā)性強(qiáng)；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、互連靈活；通常應(yīng)用于簡(jiǎn)單的嵌入式控制器和一些高速系統(tǒng)中，但對(duì)高性能系統(tǒng)的支持不夠第二十一頁，共85頁。Altera的Avalon總線主要用于Altera公司的NIOS軟核系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)SOPC。規(guī)定了主設(shè)備和從設(shè)備之間進(jìn)行連接的端口和通信時(shí)序，配置簡(jiǎn)單，可由EDA工具（SOPCBuilder）快速生成。采用從設(shè)備仲裁技術(shù)，允許多個(gè)主設(shè)備真正同步操作，優(yōu)化了數(shù)據(jù)流，提高了系統(tǒng)的吞吐量。第二十二頁，共85頁。Avalon的交換式總線結(jié)構(gòu)第二十三頁，共85頁?？刂破?（DMA控制器）UART程序存儲(chǔ)器PIO數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器系統(tǒng)總線控制器1（系統(tǒng)CPU）仲裁器瓶頸傳統(tǒng)總線的仲裁方式2023/4/18第二十四頁，共85頁。Avalon總線控制器2（DMA控制器）UART程序存儲(chǔ)器PIO數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器系統(tǒng)總線控制器1（系統(tǒng)CPU）仲裁器Avalon總線的仲裁方式25/812023/4/18第二十五頁，共85頁。傳統(tǒng)芯片總線（三總線）MPURAMROMI/O接口外設(shè)ABDBCB哈佛體系結(jié)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?諾依曼體系結(jié)構(gòu)第二十六頁，共85頁?，F(xiàn)代芯片總線結(jié)構(gòu)第二十七頁，共85頁?？偩€的性能指標(biāo)總線時(shí)鐘頻率（Hz）總線寬度（bits）總線速率（次/s）＝總線時(shí)鐘頻率/總線周期數(shù)總線帶寬（bytes/s）＝總線速率×（總線寬度/8）總線同步方式總線負(fù)載能力數(shù)據(jù)線（數(shù)據(jù)通路寬度）地址線（尋址空間）傳送一次數(shù)據(jù)所需的時(shí)鐘周期數(shù)第二十八頁，共85頁。1.CPU的前端總線(FSB)頻率為400MHz或800MHz，總線周期數(shù)為1/4(即1個(gè)時(shí)鐘周期傳送4次數(shù)據(jù))，位寬64bit，則FSB帶寬為多少？

400×(64/8)/(1/4)=12.8GB/s或800×(64/8)/(1/4)=25.6GB/s2.PCI總線頻率為33.3MHz，位寬32/64bit，總線周期數(shù)為1，則PCI總線帶寬為多少？33.3×(32/8)×1=133MB/s或33.3×(64/8)×1=266MB/s總線帶寬的計(jì)算第二十九頁，共85頁?？偩€帶寬的提高總線帶寬(busbandwidth)表示單位時(shí)間內(nèi)總線能傳送的最大數(shù)據(jù)量。有時(shí)也用“數(shù)據(jù)總線寬度×數(shù)據(jù)周期數(shù)×?xí)r鐘頻率”來表示。2023/4/1830/81成本、串?dāng)_系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)每個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)傳送數(shù)據(jù)的次數(shù)總線偏離（skew）、兼容性第三十頁，共85頁?？偩€帶寬的充分利用總線共享技術(shù)（多路復(fù)用）TDM、FDM、CDM、SDM、WDM其它信源編碼（如數(shù)據(jù)壓縮）、信道編碼（如調(diào)制解調(diào)）…時(shí)分復(fù)用頻分復(fù)用2023/4/1831第三十一頁，共85頁。常見的幾種總線組織形式2023/4/18第三十二頁，共85頁。幾種總線組織形式的比較單總線特點(diǎn)存儲(chǔ)器和I/O分時(shí)使用同一總線優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，易于擴(kuò)充缺點(diǎn)

帶寬有限，傳輸率不高（可能造成物理長度過長）雙總線特點(diǎn)存儲(chǔ)總線+I/O總線優(yōu)點(diǎn)

提高了總線帶寬和數(shù)據(jù)傳輸速率缺點(diǎn)

CPU繁忙多級(jí)總線特點(diǎn)高速外設(shè)和低速外設(shè)分開使用不同的總線優(yōu)點(diǎn)

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(diǎn)復(fù)雜2023/4/1833第三十三頁，共85頁?？偩€仲裁總線周期一般包括4個(gè)階段：總線請(qǐng)求與仲裁、尋址、傳數(shù)、結(jié)束。其中總線仲裁(arbitration)也稱為總線判決，其目的是合理地控制和管理系統(tǒng)中多個(gè)主設(shè)備的總線請(qǐng)求，以避免總線沖突。分布式(對(duì)等式)仲裁控制邏輯分散在連接于總線上的各個(gè)部件或設(shè)備中協(xié)議復(fù)雜且昂貴，效率高集中式(主從式)仲裁采用專門的控制器或仲裁器總線控制器或仲裁器可以是獨(dú)立的模塊或集成在CPU中協(xié)議簡(jiǎn)單而有效，但總體系統(tǒng)性能較低其他分類方式：串行仲裁、并行仲裁、串并行仲裁第三十四頁，共85頁。特點(diǎn)：各主控模塊共用請(qǐng)求信號(hào)線BR和忙信號(hào)線BB，

其優(yōu)先級(jí)別由其在鏈?zhǔn)皆试S信號(hào)線上的位置決定；優(yōu)點(diǎn)：具有較好的靈活性和可擴(kuò)充性；缺點(diǎn)：主控模塊數(shù)目較多時(shí)，總線請(qǐng)求響應(yīng)速度較慢；菊花鏈（串行）總線仲裁主控模塊1主控模塊2主控模塊N允許BG請(qǐng)求BR忙BB總線仲裁器……第三十五頁，共85頁。特點(diǎn)：各主控模塊有獨(dú)立的請(qǐng)求信號(hào)線BR和允許信號(hào)

線BG，其優(yōu)先級(jí)別由總線仲裁器內(nèi)部模塊判定；優(yōu)點(diǎn)：總線請(qǐng)求響應(yīng)的速度快；缺點(diǎn)：擴(kuò)充性較差；并行仲裁主模塊1主模塊2主模塊N允許BG請(qǐng)求BR忙BB總線仲裁器…集中式(主從式)第三十六頁，共85頁。串并行二維仲裁從下一設(shè)備主模塊1主模塊2主模塊3允許BG請(qǐng)求BR忙BB總線仲裁器……主模塊4到下一設(shè)備綜合了前兩種仲裁方式的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)第三十七頁，共85頁?？偩€操作與時(shí)序總線操作總線周期如存儲(chǔ)器讀/寫周期、I/O口讀/寫周期、DMA周期、中斷周期多主控制器系統(tǒng)的總線操作周期一般分為四個(gè)階段：總線請(qǐng)求及仲裁階段、尋址階段、傳數(shù)階段和結(jié)束階段單主控制器系統(tǒng)的總線操作周期一般只需要尋址和傳數(shù)兩個(gè)階段總線時(shí)序同步：所有設(shè)備采用統(tǒng)一時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行收發(fā)定時(shí)異步：依靠握手(handshake)信號(hào)實(shí)現(xiàn)收發(fā)控制半同步：具有同步總線的高速和異步總線的適應(yīng)性通過總線進(jìn)行信息交換的過程總線設(shè)備完成一次完整信息交換的時(shí)間總線事件的協(xié)調(diào)方式，目的是實(shí)現(xiàn)可靠的尋址和數(shù)據(jù)傳送第三十八頁，共85頁?？偩€主控制器的作用總線系統(tǒng)的資源分配與管理提供總線定時(shí)信號(hào)脈沖負(fù)責(zé)總線使用權(quán)的仲裁不同總線協(xié)議的轉(zhuǎn)換不同總線間數(shù)據(jù)傳輸?shù)木彌_第三十九頁，共85頁。同步并行總線時(shí)序特點(diǎn)系統(tǒng)使用同一時(shí)鐘信號(hào)控制各模塊完成數(shù)據(jù)傳輸一般一次讀寫操作可在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)完成，時(shí)鐘前、后沿分別指明總線操作周期的開始和結(jié)束地址、數(shù)據(jù)及讀/寫等控制信號(hào)可在時(shí)鐘沿處改變優(yōu)點(diǎn)：電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，總線帶寬大，數(shù)據(jù)傳輸速率快缺點(diǎn)：時(shí)鐘以最慢速設(shè)備為準(zhǔn)，高速設(shè)備性能將受到影響同步時(shí)鐘地址信號(hào)數(shù)據(jù)信號(hào)控制信號(hào)延時(shí)第四十頁，共85頁。異步并行總線時(shí)序特點(diǎn)：系統(tǒng)中可以沒有統(tǒng)一的時(shí)鐘源，模塊之間依靠各種聯(lián)絡(luò)（握手）信號(hào)進(jìn)行通信，以確定下一步的動(dòng)作優(yōu)點(diǎn)：全互鎖方式可靠性高，適應(yīng)性強(qiáng)缺點(diǎn)：控制復(fù)雜，交互的聯(lián)絡(luò)過程會(huì)影響系統(tǒng)工作速度地址信號(hào)數(shù)據(jù)信號(hào)主設(shè)備聯(lián)絡(luò)信號(hào)從設(shè)備聯(lián)絡(luò)信號(hào)①③②①準(zhǔn)備好接收（M發(fā)送地址信號(hào)）③已收到數(shù)據(jù)（M撤銷地址信號(hào)）④④完成一次傳送（S撤銷數(shù)據(jù)信號(hào)）②已送出數(shù)據(jù)（S發(fā)送數(shù)據(jù)信號(hào)）第四十一頁，共85頁。半同步并行總線時(shí)序特點(diǎn)：同時(shí)使用主模塊的時(shí)鐘信號(hào)和從模塊的聯(lián)絡(luò)信號(hào)優(yōu)點(diǎn)：兼有同步總線的速度和異步總線的可靠性與適應(yīng)性Ready信號(hào)可作為慢速設(shè)備的異步聯(lián)絡(luò)信號(hào)CLK信號(hào)作為快速設(shè)備的同步時(shí)鐘信號(hào)42第四十二頁，共85頁。AMBA總線特性第四十三頁，共85頁。ARM處理器核寬帶片上RAMDMA控制器寬帶外部RAM接口橋UARTPIO定時(shí)器鍵盤控制器AHB或ASB總線APB總線典型的AMBA構(gòu)架第四十四頁，共85頁。AHB總線架構(gòu)AHB總線信號(hào)：地址、控制、寫數(shù)據(jù)、讀數(shù)據(jù)時(shí)鐘、仲裁（不通過MUX）第四十五頁，共85頁。AHB總線的主/從接口信號(hào)

第四十六頁，共85頁。AHB總線的仲裁器接口信號(hào)第四十七頁，共85頁。AHB總線的基本傳輸周期

地址傳送階段：傳送地址與控制信號(hào)。只持續(xù)一個(gè)時(shí)鐘周期，在HCLK的上升沿?cái)?shù)據(jù)有效，所有的從模塊都在這個(gè)上升沿采樣地址信息。數(shù)據(jù)傳送階段：傳送數(shù)據(jù)和響應(yīng)信號(hào)。可以持續(xù)一個(gè)或幾個(gè)時(shí)鐘周期（HREADY信號(hào)為低電平時(shí)加入等待周期）。第四十八頁，共85頁。AHB總線的流水操作流水半同步第四十九頁，共85頁。APB總線的主/從接口信號(hào)

APB從單元的接口信號(hào)

主要用于低帶寬外設(shè)的連接；APB橋是唯一的主模塊（系統(tǒng)總線上的從模塊）；APB主單元的接口信號(hào)

系統(tǒng)總線從模塊接口第五十頁，共85頁。APB總線的基本傳輸周期

2023/4/18第五十一頁，共85頁。APB橋的功能及時(shí)序鎖存地址并在地址譯碼后生成唯一的PSELx觸發(fā)使能信號(hào)PENABLE驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)信號(hào)第五十二頁，共85頁。多層次PCI總線架構(gòu)第五十三頁，共85頁。54第五十四頁，共85頁。PCI總線信號(hào)幀周期信號(hào)主設(shè)備準(zhǔn)備好從設(shè)備準(zhǔn)備好從設(shè)備要求停止初始化設(shè)備選擇設(shè)備選擇奇偶校驗(yàn)奇偶檢驗(yàn)錯(cuò)系統(tǒng)出錯(cuò)總線占用請(qǐng)求總線占用允許命令/字節(jié)有效55第五十五頁，共85頁。PCI總線命令表C/BE[3:2]

命令類型說明0000中斷應(yīng)答（中斷識(shí)別）0001特殊周期0000I/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(chǔ)器讀（從內(nèi)存空間映像中讀數(shù)據(jù)）0111存儲(chǔ)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(chǔ)器多行讀1101雙地址周期1110存儲(chǔ)器讀一行1111存儲(chǔ)器寫并無效第五十六頁，共85頁。PCI總線突發(fā)讀時(shí)序半同步第五十七頁，共85頁。串行總線高速串行總線體現(xiàn)了成功的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)向計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的滲入：差分信號(hào)傳輸、數(shù)據(jù)包、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸方向傳輸距離傳輸速率差錯(cuò)控制傳輸時(shí)序數(shù)據(jù)格式及含義單工、半雙工、雙工、多工基波、載波比特率、波特率ARQ、FEC、HEC同步、異步控制信息、數(shù)據(jù)信息2023/4/18第五十八頁，共85頁。串行數(shù)據(jù)的傳輸方向發(fā)送器A接收器B單工方式發(fā)送器A發(fā)送器B半雙工方式接收器接收器發(fā)送器A接收器B雙工方式接收器發(fā)送器12n復(fù)用器復(fù)用器12n…………多工方式TDM、FDM等第五十九頁，共85頁。

串行數(shù)據(jù)在基波傳送方式下（指信號(hào)按原樣傳輸），通常只能傳輸幾十米至幾百米，并且傳輸速率越大，傳輸距離越短。為提高串行數(shù)據(jù)的傳輸速率和傳送距離，我們通常采用載波傳送（利用調(diào)制解調(diào)技術(shù)將信號(hào)加在高頻載波上再進(jìn)行傳輸）。如：可將數(shù)字信號(hào)利用MODEM調(diào)制到300~3300Hz頻段以利用公用電話線進(jìn)行傳輸。

常用的調(diào)制解調(diào)方法包括頻移鍵控FSK、幅移鍵控ASK、相移鍵控PSK等方式。串行數(shù)據(jù)的調(diào)制解調(diào)串行接口MODEMMODEM計(jì)算機(jī)串行接口計(jì)算機(jī)串行接口……第六十頁，共85頁。串行數(shù)據(jù)的傳輸速率除總線帶寬(MB/s)外，串行總線速率還可用以下指標(biāo)：比特率(bits/s)波特率(baut/s)

波特率描述的是硬件性能，它與比特率的關(guān)系是：基波傳送方式下載波傳送方式下如某相位調(diào)制系統(tǒng)中可能發(fā)送的相位狀態(tài)有0（代表數(shù)據(jù)“00”）、π/2（代表數(shù)據(jù)“01”）、π（代表數(shù)據(jù)“10”）、3π/2（代表數(shù)據(jù)“11”）四種，則通信線路的相位狀態(tài)每改變一次將送出兩位數(shù)據(jù)，這時(shí)比特率＝2×波特率。常用的標(biāo)準(zhǔn)波特率包括110、300、1200、2400、4800、9600、19200波特等。通信線路狀態(tài)改變一次即送出一位數(shù)據(jù)，這時(shí)比特率＝波特率通信線路狀態(tài)改變一次可能送出n位數(shù)據(jù)，這時(shí)比特率＝n×波特率系統(tǒng)單位時(shí)間內(nèi)傳送有效二進(jìn)制數(shù)據(jù)的位數(shù)通信線路上基本電信號(hào)狀態(tài)的變化頻率第六十一頁，共85頁。串行數(shù)據(jù)的差錯(cuò)控制在串行數(shù)據(jù)長距離的傳送過程中，很容易由于突發(fā)性干擾（電氣干擾、天電干擾等）而引起誤碼，所以差錯(cuò)控制能力是衡量串行通信系統(tǒng)性能的一個(gè)重要指標(biāo)。

差錯(cuò)控制通常包括兩方面的內(nèi)容：

檢錯(cuò)：糾錯(cuò)：如何發(fā)現(xiàn)傳輸中的錯(cuò)誤發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤后,如何消除和糾正錯(cuò)誤常用差錯(cuò)控制方式：檢錯(cuò)重發(fā)ARQ前向糾錯(cuò)FEC混合糾錯(cuò)HEC奇偶校驗(yàn)CRC校驗(yàn)第六十二頁，共85頁。同步串行通信同步串行通信以數(shù)據(jù)塊為基本單位，傳輸時(shí)字節(jié)與字節(jié)之間、位與位之間都需要嚴(yán)格同步，因此收發(fā)雙方需要使用（傳送）同一時(shí)鐘信號(hào)。

收/發(fā)時(shí)鐘頻率＝波特率同步串行通信通常采用CRC校驗(yàn)方法進(jìn)行數(shù)據(jù)的檢錯(cuò)和糾錯(cuò)。63/81第六十三頁，共85頁。同步串行通信的數(shù)據(jù)格式可能有以下幾種。但都必須首先確定傳送的起始位置（用同步字符或同步標(biāo)志或采用硬件同步信號(hào)），然后傳送準(zhǔn)備好的信息數(shù)據(jù)，最后發(fā)送校驗(yàn)字符。同步字符數(shù)據(jù)1…… 數(shù)據(jù)n

CRC字符1CRC字符2

（a）單同步數(shù)據(jù)格式同步字符1同步字符2數(shù)據(jù)1…數(shù)據(jù)nCRC字符1CRC字符2（b）雙同步數(shù)據(jù)格式數(shù)據(jù)1 …… 數(shù)據(jù)n

CRC字符1 CRC字符2 （c）外同步數(shù)據(jù)格式標(biāo)志 地址 控制

數(shù)據(jù)1 ……數(shù)據(jù)n CRC字符1 CRC字符2

（d）SDLC/HDLC數(shù)據(jù)格式同步串行數(shù)據(jù)幀格式第六十四頁，共85頁。反向控制信道(RCC)幀以48bit前驅(qū)波開始,它由(0,1交替)的30位同步域、11bit的字符同步域和7位數(shù)字彩色碼組成。前向控制信道(FCC)幀以(0,1交替)的10位同步域、11bit的字符同步域開始。GSM系統(tǒng)控制信道通信幀格式第六十五頁，共85頁。T異步串行通信異步串行通信以字符為基本單位，傳輸時(shí)字節(jié)與字節(jié)之間無時(shí)序關(guān)系，但字節(jié)內(nèi)各位按固定時(shí)序和順序傳送。收發(fā)雙方只需保證接收時(shí)鐘和發(fā)送時(shí)鐘在誤差范圍內(nèi)同頻率，而無需使用（傳送）同一時(shí)鐘源。收發(fā)雙方的本地時(shí)鐘＝波特率因子n×波特率n（16、32、64等）的使用有利于提高準(zhǔn)確度n＝16時(shí)起始位數(shù)據(jù)位b0接收方檢測(cè)到低電平

連續(xù)檢測(cè)到8次低電平后確認(rèn)收到起始位

收到起始位后每隔16個(gè)時(shí)鐘脈沖T對(duì)數(shù)據(jù)線采樣1次，以確?？梢栽诜€(wěn)定狀態(tài)接收到該bit數(shù)據(jù)8T16T16T…………第六十六頁，共85頁。異步串行通信傳送的數(shù)據(jù)格式可如下定義：首先傳送1位起始位，再從最低位（b0）開始傳送7位信息位，然后是1位奇偶校驗(yàn)位，最后是1位（或1.5位、2位）停止位。如采用偶校驗(yàn)、一位停止位時(shí)傳送數(shù)據(jù)53H時(shí)的波形可能的錯(cuò)誤類型：奇偶校驗(yàn)錯(cuò)，幀格式錯(cuò)，溢出錯(cuò)停止位校驗(yàn)位D6D5D4D3D2D1D0起始位1010100110異步串行數(shù)據(jù)幀格式2023/4/1867第六十七頁，共85頁。

同步通信中除數(shù)據(jù)外還必須傳送時(shí)鐘，系統(tǒng)較復(fù)雜同步通信中附加的信息量少，傳送效率較高；（同步通信中每個(gè)數(shù)據(jù)塊會(huì)增加一些冗余信息，而異步通信中每個(gè)字符都會(huì)有一些附加信息位。）同步通信每次傳送一個(gè)數(shù)據(jù)塊，塊中各字符間不允許有間隔（如遇上有字符未準(zhǔn)備好的情況應(yīng)填入同步字符）；而異步通信每次傳送一個(gè)字符，字符間間隔任意；因此，同步串行通信適合較快地傳送大批數(shù)據(jù)的場(chǎng)合，一般用于網(wǎng)絡(luò)通信中；而異步串行通信適合較慢地傳送間斷性的數(shù)據(jù)，一般用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信中。異步串行通信與同步串行通信的比較第六十八頁，共85頁。串行數(shù)據(jù)的格式及含義一些串行總線（接口）標(biāo)準(zhǔn)只約定實(shí)現(xiàn)信息傳輸?shù)幕痉椒ǎ鴮?duì)被傳輸信息的格式及含義不作規(guī)定，這些內(nèi)容應(yīng)由通信雙方遵循的通信協(xié)議確定，具體可包括以下內(nèi)容：數(shù)據(jù)先傳低位（LSB）還是高位（MSB）？每次傳送的數(shù)據(jù)位數(shù)目是否固定？如不固定，接收方如

何獲知本次傳送的數(shù)據(jù)位個(gè)數(shù)？通信雙方除收發(fā)普通數(shù)據(jù)外，是否還需要交換其它信息？

如需要，接收方該如何區(qū)分控制數(shù)據(jù)與其它信息？接收方如何確定本次傳送的開始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間？接收方如何辨別收到的數(shù)據(jù)是否正確？如數(shù)據(jù)出錯(cuò)該做

何種反應(yīng)和處理？……第六十九頁，共85頁。常用串行總線比較70/842023/4/18第七十頁，共85頁。EIARS-232類總線標(biāo)準(zhǔn)

該類標(biāo)準(zhǔn)最初為遠(yuǎn)程通信連接數(shù)據(jù)終端設(shè)備DTE（如計(jì)算機(jī)）與數(shù)據(jù)通信設(shè)備DCE（如MODEM）而制定，一般用于異步串行通信。 一、EIARS232C1、機(jī)械特性：連接器、傳輸電纜

2、電氣特性：信號(hào)電平、信號(hào)名稱

二、EIARS422/423、485第七十一頁，共85頁。RS-232C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的連接器及電纜232接口可以使用DB-25(25芯)或DB-9(9芯)插頭座。通常插座在DTE端，插頭DCE端。DTE上的25針公插頭（插針）DCE上的9針母插頭（插孔）因?yàn)樾盘?hào)的傳輸距離與傳輸電容有關(guān)，EIA標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定被驅(qū)動(dòng)電路/終端的電容(包括電纜連接電容)必須小于2500pF，這時(shí)電纜最長為50英尺(15.24mm)。第七十二頁，共85頁。RS-232C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的信號(hào)電平特性狀態(tài)信號(hào)電平－15V~-3V+3V~+15V數(shù)據(jù)“1”“0”功能斷（OFF）通（ON）1.RS232采用負(fù)邏輯可提高抗干擾能力和增加傳送距離；傳號(hào)和空號(hào)狀態(tài)間6V的噪聲容限極大地提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

2.RS232和TTL互連時(shí)必須使用相應(yīng)的電平轉(zhuǎn)換器，如MC1488/1489、MAX232等。73/842023/4/18第七十三頁，共85頁。RS-232C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的信號(hào)內(nèi)容RS232規(guī)定了22條控制線，但常用的只有9條。在某些簡(jiǎn)單控制場(chǎng)合，也可能只使用三線連接。2腳RXD3腳TXD5腳GND1腳DCD4腳DTR6腳DSR7腳RTS8腳CTS9腳RI2腳RXD3腳TXD5腳GND1腳DCD4腳DTR6腳DSR7腳RTS8腳CTS9腳RIDTE（計(jì)算機(jī)）DCE（Modem）9孔-9針電纜（遠(yuǎn)距離）2腳RXD3腳TXD5腳GND4腳DTR1腳DCD6腳DSR7腳RTS8腳CTS9腳RI2腳RXD3腳TXD5腳GND4腳DTR1腳DCD6腳DSR7腳RTS8腳CTS9腳RI9孔-9孔電纜（近距離）DTE（計(jì)算機(jī)）DTE（計(jì)算機(jī)）第七十四頁，共85頁。RS-422/423、485標(biāo)準(zhǔn)

與RS-232C兼容支持更高的傳輸速率支持更遠(yuǎn)的傳送距離增加信號(hào)數(shù)量