關(guān)鍵字:嵌入式系統(tǒng)" title="嵌入式系統(tǒng)">嵌入式系統(tǒng) 總線 接口" title="接口">接口
任何一個微處理器都要與一定數(shù)量的部件和外圍設(shè)備連接,,但如果將各部件和每一種外圍設(shè)備都分別用一組線路與CPU 直接連接,,那么連線將會錯綜復(fù)雜,,甚至難以實現(xiàn)。為了簡化硬件電路設(shè)計,、簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu),,常用一組線路,配置以適當(dāng)?shù)慕涌陔娐?,與各部件和外圍設(shè)備連接,,這 組共用的連接線路被稱為總線。采用總線結(jié)構(gòu)便于部件和設(shè)備的擴(kuò)充,,尤其制定了統(tǒng)一的總線標(biāo)準(zhǔn)則容易使不同設(shè)備間實現(xiàn)互連,。
微機(jī)中總線 一般有內(nèi)部總線、系統(tǒng)總線和外部總線,。內(nèi)部總線是微機(jī)內(nèi)部各外圍芯片與處理器之間的總線,用于芯片一級的互連,;而系統(tǒng)總線是微機(jī)中各插件板與系統(tǒng)板之間的 總線,,用于插件板一級的互連;外部總線則是微機(jī)和外部設(shè)備之間的總線,,微機(jī)作為一種設(shè)備,,通過該總線和其他設(shè)備進(jìn)行信息與數(shù)據(jù)交換,它用于設(shè)備一級的互 連,。
另外,,從廣義上說,計算機(jī)通信方式可以分為并行通信和串行通信,,相應(yīng)的通信總線被稱為并行總線和串行總線,。并行通信速度快、實時 性好,,但由于占用的口線多,,不適于小型化產(chǎn)品;而串行通信速率雖低,,但在數(shù)據(jù)通信吞吐量不是很大的微處理電路中則顯得更加簡易,、方便、靈活,。串行通信一般 可分為異步模式和同步模式,。
隨著微電子技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,總線技術(shù)也在不斷地發(fā)展和完善,,而使計算機(jī)總線技術(shù)種類繁多,,各具特色,。下面僅對微機(jī)各類總線中目前比較流行的總線技術(shù)分別加以介紹。
一,、內(nèi)部總線
1,、I2C總線
I2C(Inter-IC)總線10多年前由PHILIPS公司推出,是近年來在微電子通信控制領(lǐng)域廣泛采用的一種新型總線標(biāo)準(zhǔn),。它是同步通信的一種特殊形式,,具有接口線少,控制方式簡化,,器件封裝形式小,,通信速率較高等優(yōu)點。在主從通信中,,可以有多個I2C總線器件同時接到I2C總線上,,通過地址來識別通信對象。
2,、SPI總線
串行外圍設(shè)備接口SPI(serial peripheral interface)總線技術(shù)是MOTOROLA公司推出的一種同步串行接口,。MOTOROLA公司生產(chǎn)的絕大多數(shù)MCU(微控制器)都配有SPI硬件接口,如68系列MCU,。SPI總線是一種三線同步總線,,因其硬件功能很強(qiáng),所以,,與SPI有關(guān)的軟件就相當(dāng)簡單,,使CPU有更多的時間處理其他事務(wù)。
3,、SCI總線
串行通信接口SCI(serial communication interface)也是由MOTOROLA公司推出的,。它是一種通用異步通信接口UART,與MCS-51的異步通信功能基本相同,。
二,、系統(tǒng)總線
1、ISA總線
ISA(industrial STANDARD architecture)總線標(biāo)準(zhǔn)是IBM 公司1984年為推出PC/AT機(jī)而建立的系統(tǒng)總線標(biāo)準(zhǔn),,所以也叫AT總線,。它是對XT總線的擴(kuò)展,以適應(yīng)8/16位數(shù)據(jù)總線要求,。它在80286至80486時代應(yīng)用非常廣泛,,以至于現(xiàn)在奔騰機(jī)中還保留有ISA總線插槽。ISA總線有98只引腳,。
2,、EISA總線
EISA總線是1988年由Compaq等9家公司聯(lián)合推出的總線標(biāo)準(zhǔn)。它是在ISA總線的基礎(chǔ)上使用雙層插座,,在原來ISA總線的98條信號線上又增加了98條信號線,,也就是在兩條ISA信號線之間添加一條EISA信號線,。在實用中,EISA總線完全兼容ISA總線信號,。
3,、VESA總線
VESA(VIDEO ELECTRONICS STANDARD association)總線是 1992年 由60家附件卡制造商聯(lián)合推出的一種局部總線,簡稱為VL(VESA local bus)總線,。它的推出為微機(jī)系統(tǒng)總線體系結(jié)構(gòu)的革新奠定了基礎(chǔ),。該總線系統(tǒng)考慮到CPU與主存和Cache 的直接相連,通常把這部分總線稱為CPU總線或主總線,,其他設(shè)備通過VL總線與CPU總線相連,,所以VL總線被稱為局部總線。它定義了32位數(shù)據(jù)線,,且可 通過擴(kuò)展槽擴(kuò)展到64 位,,使用33MHZ時鐘頻率,最大傳輸率達(dá)132MB/s,,可與CPU同步工作,。是一種高速、高效的局部總線,,可支持386SX,、386DX、486SX,、486DX及奔騰微處理器。
4,、PCI總線
PCI(peripheral component interconnect)總線是當(dāng)前最流行的總線之一,,它是由INTEL公 司推出的一種局部總線。它定義了32位數(shù)據(jù)總線,,且可擴(kuò)展為64位,。PCI總線主板插槽的體積比原ISA總線插槽還小,其功能比VESA,、ISA有極大的 改善,,支持突發(fā)讀寫操作,最大傳輸速率可達(dá)132MB/s,,可同時支持多組外圍設(shè)備,。 PCI局部總線不能兼容現(xiàn)有的ISA、EISA,、MCA(MICRO channel architecture)總線,,但它不受制于處理器,是基于奔騰等新一代微處理器而發(fā)展的總線,。
5,、Compact PCI
以上所列舉的幾種系統(tǒng)總線一般都用于商用PC機(jī)中,,在計算機(jī)系統(tǒng)總線中,還有另一大類為適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境而設(shè)計的系統(tǒng)總線,,比如STD總線,、 VME總線、PC/104總線等,。這里僅介紹當(dāng)前工業(yè)計算機(jī)的熱門總線之一——Compact PCI,。 Compact PCI的意思是“堅實的PCI”,是當(dāng)今第一個采用無源總線底板結(jié)構(gòu)的PCI系統(tǒng),,是PCI總線的電氣和軟件標(biāo)準(zhǔn)加歐式卡的工業(yè)組裝標(biāo)準(zhǔn),,是當(dāng)今最新的一 種工業(yè)計算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)。Compact PCI是在原來PCI總線基礎(chǔ)上改造而來,,它利用PCI的優(yōu)點,,提供滿足工業(yè)環(huán)境應(yīng)用要求的高性能核心系統(tǒng),同時還考慮充分利用傳統(tǒng)的總線產(chǎn)品,,如 ISA,、STD、VME或PC/104來擴(kuò)充系統(tǒng)的I/O和其他功能,。
三,、外部總線
1、RS-232-C總線
RS-232-C是美國電子工業(yè)協(xié)會EIA(Electronic Industry Association)制定的一種串行物理接口標(biāo)準(zhǔn),。RS是英文“推薦標(biāo)準(zhǔn)”的縮寫,,232為標(biāo)識號,C表示修改次數(shù),。RS-232-C總線標(biāo)準(zhǔn)設(shè)有25條信號線,,包括一個主通道和一個輔助通道,在多數(shù)情況下主要使用主通道,,對于一般雙工通信,,僅需幾條信號線就可實現(xiàn),如一條發(fā)送線,、一條接收線及一條地線,。RS-232-C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的數(shù)據(jù)傳輸速率為每秒50、75,、 100,、150、300,、600,、1200、2400、4800,、9600,、19200波特。RS-232-C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,,驅(qū)動器允許有2500pF的電容負(fù)載,,通信距離將受此電容限制,例如,,采用150pF/m的通信電纜時,,最大通信距離為15m;若每米電纜的電容量減小,,通信距離可以增加,。傳輸距離短的另一原因是RS-232屬單端信號傳送,存在共地噪聲和不能抑制共模干擾等問題,,因此一般用于20m以內(nèi)的通信,。
2、RS-485總線
在要求通信距離為幾十米到上千米時,,廣泛采用RS-485 串行總線標(biāo)準(zhǔn),。RS-485采用平衡發(fā)送和差分接收,因此具有抑制共模干擾的能力,。加上總線收發(fā)器具有高靈敏度,,能檢測低至200mV的電壓,故傳輸信號 能在千米以外得到恢復(fù),。 RS-485采用半雙工工作方式,,任何時候只能有一點處于發(fā)送狀態(tài),因此,,發(fā)送電路須由使能信號加以控制,。RS-485用于多點互連時非常方便,可以省掉 許多信號線,。應(yīng)用RS-485可以聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成分布式系統(tǒng),,其允許最多并聯(lián)32臺驅(qū)動器和32臺接收器,。
3、IEEE-488總線
上述兩種外部總線是串行總線,,而IEEE-488 總線是并行總線接口標(biāo)準(zhǔn),。IEEE-488總線用來連接系統(tǒng),如微計算機(jī),、數(shù)字電壓表,、數(shù)碼顯示器等設(shè)備及其他儀器儀表均可用IEEE-488總線裝配起來。它按照位并行、字節(jié)串行雙向異步方式傳輸信號,,連接方式為總線方式,,儀器設(shè)備直接并聯(lián)于總線上而不需中介單元,但總線上最多可連接15臺設(shè)備,。最大傳輸距離為20米,,信號傳輸速度一般為500KB/s,最大傳輸速度為1MB/s,。
4,、USB總線
通用串行總線USB(universal serial bus)是由INTEL、 Compaq,、DIGITAL,、 IBM、Microsoft,、NEC,、Northern Telecom等7家世界著名的計算機(jī)和通信公司共同推出的一種新型接口標(biāo)準(zhǔn)。它基于通用連接技術(shù),,實現(xiàn)外設(shè)的簡單快速連接,,達(dá)到方便用戶、降低成本,、擴(kuò) 展PC連接外設(shè)范圍的目的,。它可以為外設(shè)提供電源,而不像普通的使用串,、并口的設(shè)備需要單獨的供電系統(tǒng),。另外,快速是USB技術(shù)的突出特點之一,,USB的 最高傳輸率可達(dá)12Mbps比串口快100倍,,比并口快近10倍,而且USB還能支持多媒體,。但是不能通過USB進(jìn)行計算機(jī)的互連
5,、IEEE1394
Apple 公司的FireWire基礎(chǔ)上由IEEE制定的標(biāo)準(zhǔn)。與USB有很大的相似性,。采用樹形或菊花鏈結(jié)構(gòu),,以級連方式在一個接口上最多可連接63個不同種類的 設(shè)備。傳輸速率高,,最高可達(dá)3.2Gb/s,; 實時性好,總線提供電源,,系統(tǒng)中各設(shè)備之間的關(guān)系是平等的,,連接方便,,允許熱插拔和即插即用。