《計(jì)算機(jī)常用總線技術(shù).ppt》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《計(jì)算機(jī)常用總線技術(shù).ppt（232頁珍藏版）》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、測控總線及虛擬儀器第二章 常用的計(jì)算機(jī)總線技術(shù),2,“7”號(hào)和“9”號(hào)位置都是USB接口。它也是一種串行接口，目前最新的標(biāo)準(zhǔn)是2.0版，理論傳輸速率可達(dá)480MB/s。目前許多上設(shè)都采用這種設(shè)備接口，如Modem、打印機(jī)、掃描儀、數(shù)碼相機(jī)等。,“10”號(hào)位置是指雙絞以太網(wǎng)線接口，也稱之為“RJ-45接口”。這要主板集成了網(wǎng)卡才會(huì)提供的，它是用于網(wǎng)絡(luò)連接的雙絞網(wǎng)線與主板中集成的網(wǎng)卡進(jìn)行連接,“4”：PS/2接口：其鼠標(biāo)的接口為綠色、鍵盤的接口為紫色，另外也可以從PS/2接口的相對(duì)位置來判斷：靠近主板PCB的是鍵盤接口，其上方的是鼠標(biāo)接口,“8” :IEEE 1394接口，串行標(biāo)準(zhǔn) 。即插即用、熱

2、撥插。使用費(fèi)比較高，目前仍受到許多限制，只是在一些高檔設(shè)備中應(yīng)用普遍，如數(shù)碼相機(jī)、高檔掃描儀等,“6”：RS-232接口：串行接口DB-9,“5”：并行接口，如GPIB接口，,3,目 錄,, 2.2 STD總線, 2.3 XT/ISA/EISA總線, 2.4 RS-232C/RS-422/RS-485, 2.5 USB總線,2.1 概述, 2.6 IEEE1394總線,4,2.1 概述,1.總線和接口標(biāo)準(zhǔn)的含義,2.總線和接口的分類,4.總線的性能參數(shù),3.總線的組成,5.總線控制與總線傳輸,6.總線的層次化結(jié)構(gòu)(略),上 頁,下 頁,目 錄,,5,一、總線和接口標(biāo)準(zhǔn)的含義,總線 總線是

3、連接一個(gè)或多個(gè)部件的一組電纜的總稱，通常包括地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線。 計(jì)算機(jī)總線，是具有特定含義的，如“局部總線”、“系統(tǒng)總線”、“通信總線”等。 提到總線，一定要指出是什么總線，才有意義。 總線標(biāo)準(zhǔn) 總線標(biāo)準(zhǔn)是指芯片之間、插板之間及系統(tǒng)之間，通過總線進(jìn)行連接和傳輸信息時(shí)，應(yīng)遵守的一些協(xié)議與規(guī)范。,總線標(biāo)準(zhǔn)包括硬件和軟件兩方面 如總線工作時(shí)鐘頻率、總線信號(hào)線定義、總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、總線仲裁機(jī)構(gòu)與配置機(jī)構(gòu)、電氣規(guī)范、機(jī)械規(guī)范和實(shí)施總線協(xié)議的驅(qū)動(dòng)與管理程序。,通常說的總線，實(shí)際上指的是總線標(biāo)準(zhǔn)！,,6,接口及接口標(biāo)準(zhǔn),微機(jī)接口 是微處理器CPU與“外部世界”的連接電路，是CPU與外界進(jìn)行信息交換

4、的中繼站。 “外部世界”是指除CPU本身以外的所有設(shè)備或電路，包括存儲(chǔ)器、I/O設(shè)備、控制設(shè)備、測量設(shè)備、通信設(shè)備、多媒體設(shè)備、A/D與D/A轉(zhuǎn)換器等 接口標(biāo)準(zhǔn) 是外設(shè)接口的規(guī)范，涉及接口信號(hào)線定義、信號(hào)傳輸速率、傳輸方向、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 、以及電氣特性和機(jī)械特性。,上 頁,下 頁,目 錄,,,7,總線標(biāo)準(zhǔn)與接口標(biāo)準(zhǔn)的區(qū)別,總線標(biāo)準(zhǔn),接口標(biāo)準(zhǔn),公用性，同時(shí)掛接多種不同類型的功能模塊,在機(jī)箱內(nèi)以總線擴(kuò)展槽形式提供使用,一般為并行傳輸,專用性，一般一個(gè)接口只接一類或一種設(shè)備,一般設(shè)在機(jī)箱外，以接口插頭(座)形式提供使用,有并行和串行兩種傳輸,定義的信號(hào)線多且齊全,定義的信號(hào)線少且不齊全,上 頁,

5、下 頁,目 錄,8,總線的分類,分類方法多種多樣,按照總線的使用范圍來分,,計(jì)算機(jī)總線,測控系統(tǒng)總線,網(wǎng)絡(luò)通訊總線,,儀表總線,按照總線的用途和應(yīng)用場合,,片內(nèi)總線,片間總線,內(nèi)總線,外總線,按照總線的數(shù)據(jù) 傳送方式來分,,串行總線,并行總線,,8位總線,16位總線,32位總線,64位總線,9, 片內(nèi)總線,片內(nèi)總線也稱為CPU總線，它是位于微處理器內(nèi)部的總線，是ALU及各種寄存器等功能單元之間的通路 片內(nèi)總線的結(jié)構(gòu)與功能設(shè)計(jì)由芯片生產(chǎn)廠家完成。,10,2.片間總線,也稱為元件級(jí)總線或者局部總線或存儲(chǔ)總線。該總線限制在一塊電路板內(nèi)，它是實(shí)現(xiàn)板內(nèi)各元器件相互連接的信號(hào)線。 片間總線通常包括地址

6、線（AB）、數(shù)據(jù)線（DB ）和控制線（CB）等，是各種總線中速度最快、效益最高、功能最直接的總線。 一般指CPU引腳沒有經(jīng)過組合、驅(qū)動(dòng)隔離，而被直接引用的信號(hào)線 一般采用的是并行方式,11,3.內(nèi)總線,內(nèi)總線也叫板級(jí)總線或標(biāo)準(zhǔn)總線或系統(tǒng)總線，它主要用于微機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部各插件板之間進(jìn)行連接和傳輸信息，是微機(jī)系統(tǒng)最重要的一種總線，一般在主板上做成擴(kuò)展插槽形式。如ISA總線構(gòu)成了IBM PC/AT微機(jī)系統(tǒng) 除三總線外，還有電源線、地線和由于擴(kuò)展的備用線 計(jì)算機(jī)用的PC/XT、PC/AT、ISA、EISA、MCA、PCI等；工業(yè)控制的STD、VME、CompactPCI；用于測控系統(tǒng)和儀器的CAMAC、V

7、XI、PXI等,12,4.外總線,外總線也叫通信總線，是微機(jī)系統(tǒng)之間或微機(jī)系統(tǒng)與通信設(shè)備之間進(jìn)行通信的一組信號(hào)線。 主要指串行通信總線，RS-232-C、RS-485總線，微機(jī)與智能儀器之間通信采用的GPIB、VXI總線以及最近流行和正在迅速發(fā)展的用于微機(jī)與外部設(shè)備之間進(jìn)行通信的USB通用串行總線等。以及CAN、FT等用于工業(yè)控制的現(xiàn)場總線等 主要用于連接各種外設(shè)，如：并行打印機(jī)總線。 這些通信總線的特點(diǎn)更符合接口標(biāo)準(zhǔn)的特點(diǎn)，因此，常稱為接口標(biāo)準(zhǔn),13,14,接口標(biāo)準(zhǔn)分類,通用外設(shè)接口標(biāo)準(zhǔn) 支持多種外設(shè)以及家用電器的新型接口標(biāo)準(zhǔn) USB、IEEE 1394通用串行接口標(biāo)準(zhǔn) 外存儲(chǔ)器設(shè)備接口標(biāo)準(zhǔn)

8、 支持磁盤、光盤、CD-ROM和磁帶的接口標(biāo)準(zhǔn) IDE(Integrated Device Electronics，集成設(shè)備電路,更準(zhǔn)確地稱為是ATA )和SCSI(小型計(jì)算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)接口 )并行接口總線(掃描儀) 圖形顯示器接口標(biāo)準(zhǔn) 支持圖像顯示卡的接口標(biāo)準(zhǔn)，如AGP視頻接口標(biāo)準(zhǔn) 傳統(tǒng)的串行/并行接口標(biāo)準(zhǔn) 支持微機(jī)系統(tǒng)輸入/輸出的串行端口和并行端口 RS232C、I2C(Inter IC)、IEEE1284（打印機(jī)并口） 測試儀器接口標(biāo)準(zhǔn) 支持智能測試儀器組成自動(dòng)測試系統(tǒng)的接口標(biāo)準(zhǔn)。 IEEE488,VXI接口標(biāo)準(zhǔn),上 頁,下 頁,目 錄,15,“7”號(hào)和“9”號(hào)位置都是USB接口。它也是

9、一種串行接口，目前最新的標(biāo)準(zhǔn)是2.0版，理論傳輸速率可達(dá)480MB/s。目前許多上設(shè)都采用這種設(shè)備接口，如Modem、打印機(jī)、掃描儀、數(shù)碼相機(jī)等。,“10”號(hào)位置是指雙絞以太網(wǎng)線接口，也稱之為“RJ-45接口”。這要主板集成了網(wǎng)卡才會(huì)提供的，它是用于網(wǎng)絡(luò)連接的雙絞網(wǎng)線與主板中集成的網(wǎng)卡進(jìn)行連接,“4”：PS/2接口：其鼠標(biāo)的接口為綠色、鍵盤的接口為紫色，另外也可以從PS/2接口的相對(duì)位置來判斷：靠近主板PCB的是鍵盤接口，其上方的是鼠標(biāo)接口,“8” :IEEE 1394接口，串行標(biāo)準(zhǔn) 。即插即用、熱撥插。使用費(fèi)比較高，目前仍受到許多限制，只是在一些高檔設(shè)備中應(yīng)用普遍，如數(shù)碼相機(jī)、高檔掃描儀等,

10、“6”：RS-232接口：串行接口DB-9,“5”：并行接口（如GPIB接口） 連接打印機(jī)，現(xiàn)已逐步減少,上 頁,下 頁,目 錄,16,三、總線的組成,總線按信號(hào)類型或功能一般可分為以下五種, 數(shù)據(jù)總線(DB) 數(shù)據(jù)總線一般為雙向三態(tài)，用來傳輸數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)總線的寬度（位數(shù)）反映了總線傳輸數(shù)據(jù)的速率, 地址總線 (AB) 地址總線一般為單向三態(tài)，用來傳輸?shù)刂沸畔ⅲ刂肪€的位數(shù)決定了微機(jī)系統(tǒng)的尋址范圍,控制總線用來傳輸控制或狀態(tài)信號(hào)。它根據(jù)使用條件不同，有的為單向，有的為雙向傳輸，有的是三態(tài)，有的是非三態(tài)。控制總線代表了總線的控制能力, 控制總線(CB),17,上 頁,下 頁,目 錄

11、,18,用三態(tài)門構(gòu)成單向總線,用三態(tài)門構(gòu)成雙向總線,所謂三態(tài)門，就是具有高電平、低電平和高阻抗三種輸出狀態(tài)的門電路。,19, 電源和地線 電源和地線是總線中不可缺少的，它決定了總線使用的電源種類，地線分布及用法, 備用線 備用線主要是留作功能擴(kuò)充和用戶的特殊要求使用,PCI總線,,系統(tǒng)總線一般做成標(biāo)準(zhǔn)的插槽（slot）形式,20,四、總線的性能指標(biāo), 總線寬度 指一次可以同時(shí)傳輸數(shù)據(jù)的位數(shù)，單位為位(bit) 主要是指數(shù)據(jù)總線的寬度，以位數(shù)(bit)為單位。如16位總線、32位總線 總線頻率總線頻率就是總線周期的倒數(shù)，總線周期是微處理器完成一步完整操作的最小時(shí)間單位。 它一般指總線在每秒鐘內(nèi)能

12、傳輸數(shù)據(jù)的次數(shù)，單位為MHz。如33MHz、66MHz等。 ISA的總線頻率為8MHz，而PCI總線有33.3MHz、66.6MHz兩種總線頻率等 衡量總線傳輸速率的重要因素之一，工作頻率越高，傳輸速度越快。,21,傳輸速率指總線在每秒鐘內(nèi)能傳輸?shù)淖疃嘧止?jié)數(shù)，單位為MB/s。 三者的關(guān)系是：Q = W F / N 傳輸速率=總線寬度總線頻率/8 總線寬度越寬，總線頻率越高，則總線傳輸速率越快 例：總線頻率為33.3MHz，總線寬度32位，則： 傳輸速率=32b/833.3 MHz =133.2MB/s, 傳輸速率,上 頁,下 頁,目 錄,22,關(guān)于傳輸（速）率,有時(shí)單位為b/s，沒有

13、錯(cuò)，注意和B/s的區(qū)別 但有些總線采用了一些新技術(shù)（如在時(shí)鐘脈沖的上升沿和下降沿都選通等），使最大數(shù)據(jù)傳輸速率比上面的計(jì)算結(jié)果高。 總線是用來傳輸數(shù)據(jù)的，所采取的各項(xiàng)提高性能的措施，最終都要反映在傳輸速率上，所以在諸多指標(biāo)中最大數(shù)據(jù)傳輸速率是最重要的。 最大數(shù)據(jù)傳輸速率有時(shí)也被稱為帶寬（bandwidth）。,23,表明總線擁有多少信號(hào)線，是數(shù)據(jù)總線、地址總線、控制總線和電源總線的總和。信號(hào)線數(shù)與總線性能不成正比，但一般與復(fù)雜度成正比。,4.同步方式,可分為同步方式、異步方式、半同步。在同步方式下，總線上主模塊與從模塊進(jìn)行一次數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)間是固定的，并嚴(yán)格按照系統(tǒng)時(shí)鐘來統(tǒng)一定時(shí)主模塊、從模塊之

14、間的傳輸操作，只要總線上的設(shè)備都是高速的，就可達(dá)到很高的總線帶寬。,5.多路復(fù)用,采用多路復(fù)用技術(shù)，可以減少總線的數(shù)目。,6.信號(hào)線數(shù),7.總線控制方式,包括并發(fā)工作、自動(dòng)配置、仲裁方式、邏輯方式、計(jì)數(shù)方式等。,上 頁,下 頁,目 錄,24,總線的性能指標(biāo),8.尋址能力 主要是指地址總線的位數(shù)及所能直接尋址的存儲(chǔ)器空間的大小。 一般來說，地址線位數(shù)越多，所能尋址的地址空間越大 9.總線的定時(shí)協(xié)議 信息傳送時(shí)的時(shí)間協(xié)議，目的是使源與目的同步 分為同步總線定時(shí)、異步總線定時(shí)、半同步總線定時(shí) 10.負(fù)載能力 負(fù)載能力是指總線上所有能掛連的器件個(gè)數(shù)。 一般指總線上的擴(kuò)展槽個(gè)數(shù)。,25,幾種

15、微型計(jì)算機(jī)總線性能參數(shù),上 頁,下 頁,目 錄,X86是一個(gè)intel通用計(jì)算機(jī)系列的編號(hào)，也標(biāo)識(shí)一套通用的計(jì)算機(jī)指令集合，由于早期intel的CPU編號(hào)都是如8086,80286來編號(hào)，由于這整個(gè)系列的CPU都是指令兼容的，所以都用X86來標(biāo)識(shí)所使用的指令集合如今的奔騰，P2,P4,賽揚(yáng)系列都是支持X86指令系統(tǒng)，所以都屬于X86家族,26,總線層次化結(jié)構(gòu),北橋芯片主要決定主板的規(guī)格、對(duì)硬件的支持、以及系統(tǒng)的性能，它連接著 CPU 、內(nèi)存、 AGP 總線。主板支持什么 CPU ，支持 AGP 多少速的顯卡，支持何種頻率的內(nèi)存，都是北橋芯片決定的。北橋芯片往往有較高的工作頻率，所以發(fā)熱量

16、頗高，我們在主板上，可以在 CPU 插槽附近找到一個(gè)散熱器，下面的就是北橋芯片。,南橋芯片主要決定主板的功能，主板上的各種接口（如串口、 USB ）、 PCI 總線（接駁電視卡、內(nèi)貓、聲卡等）、 IDE （接硬盤、光驅(qū)）、以及主板上的其他芯片（如集成聲卡、集成 RAID 卡、集成網(wǎng)卡等），都?xì)w南橋芯片控制。南橋芯片通常裸露在 PCI 插槽旁邊，塊頭比較大。,27,Intel 845E是為Pentium 4推出的DDR芯片組，它正式支持533MHz的系統(tǒng)前端總線，支持DDR266的內(nèi)存規(guī)范,ICH4南橋芯片支持USB2.0規(guī)范和ATA 100的硬盤,28,,29,精英945P主板,LGA775

17、CPU插座,DDR2 雙通道 存儲(chǔ)器插座,MCH,ICH,PCI 總線插槽,PCI-E x16 總線插槽,PCI-E x1 總線插槽,主電源插座,ATA插座,S-ATA 插座,軟驅(qū)插座,CPU電源插座,上 頁,下 頁,目 錄,ATA技術(shù)是一個(gè)關(guān)于IDE（Integrated Device Electronics）的技術(shù)規(guī)范族。最初，IDE只是一項(xiàng)企圖把控制器與盤體集成在一起為主要意圖的硬盤接口技術(shù)。...,30,,,LPT:此接口一般用來連接打印機(jī)或掃描儀。其默認(rèn)的中斷號(hào)是IRQ7，采用25腳的DB-25接頭,CMOS常指保存計(jì)算機(jī)基本啟動(dòng)信息（如日期、時(shí)間、啟動(dòng)設(shè)置等）的芯片。CMOS

18、是主板上的一塊可讀寫的RAM芯片，是用來保存BIOS的硬件配置和用戶對(duì)某些參數(shù)的設(shè)定。CMOS可由主板的電池供電，即使系統(tǒng)掉電，信息也不會(huì)丟失。對(duì)BIOS中各項(xiàng)參數(shù)的設(shè)定要通過專門的程序。BIOS設(shè)置程序一般都被廠商整合在芯片中，在開機(jī)時(shí)通過特定的按鍵就可進(jìn)入BIOS設(shè)置程序，方便地對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)置,31,本節(jié)練習(xí)題與思考題,1.總線與接口的區(qū)別？如何分類？ 2.總線的傳輸速率如何計(jì)算？ 3. 總線主要是由 、 、 、 、 等五部分組成。 4.下列總線的邏輯狀態(tài)必須是三態(tài)的是（ ） A：AB B：DB C：CB D：Power和GND E：備用線 5.最能體現(xiàn)總線特色的信號(hào)線是

19、 A：AB B：DB C：CB D：Power和GND E：備用線 判斷對(duì)錯(cuò)：6.地址線和數(shù)據(jù)線必須分開使用，所以不能共用一條線（ ） 7.總線的信號(hào)線越多，表示其性能越強(qiáng)（ ）,上 頁,下 頁,目 錄,32,引言工控機(jī),一般的把適合于工業(yè)環(huán)境使用的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)稱之為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。一般也叫IPCIndustry Personal Computer。嚴(yán)格說來，所謂工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，是指那些滿足下述條件的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)： 能夠提供各種數(shù)據(jù)采集和控制功能。 能夠和工業(yè)對(duì)象的傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)直接接口。 能夠在苛刻的工業(yè)環(huán)境下可靠運(yùn)行。,上 頁,下 頁,目 錄,2.2 STD總線,33,工

20、業(yè)控制計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相比較，具有以下主要特點(diǎn)：,(1) 具有豐富的過程輸入/輸出(I/O)功能 工業(yè)控制計(jì)算機(jī)是與工業(yè)生產(chǎn)控制系統(tǒng)緊密結(jié)合，主要面向機(jī)電一體化產(chǎn)品和成套裝置控制應(yīng)用的要求，與生產(chǎn)工藝過程和機(jī)械設(shè)備相匹配的一個(gè)有機(jī)組成部分。它必須與控制儀表、顯示儀表、檢測儀表、執(zhí)行器以及聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)聯(lián)用，才能完成對(duì)各種設(shè)備和工藝裝置的控制。 因此，除了計(jì)算機(jī)的基本部分如CPU、存儲(chǔ)器外，還必須有豐富的過程輸入輸出設(shè)備(相對(duì)于數(shù)據(jù)處理機(jī))和完善的外部設(shè)備，這些是工業(yè)控制機(jī)能否投入運(yùn)行的重要條件。,上 頁,下 頁,目 錄,34,(2) 實(shí)時(shí)性高 所謂的“實(shí)時(shí)”，是指信號(hào)的輸入

21、、計(jì)算和輸出都要在一定的時(shí)間內(nèi)完成，亦即“及時(shí)”，超出這個(gè)時(shí)限，就失去了控制的時(shí)機(jī)，控制也就失去了意義。 工業(yè)控制機(jī)具有時(shí)間驅(qū)動(dòng)和事件驅(qū)動(dòng)的能力，要能對(duì)生產(chǎn)過程工況變化實(shí)時(shí)地進(jìn)行監(jiān)視和控制。當(dāng)過程參數(shù)出現(xiàn)偏差甚至故障時(shí)，能迅速響應(yīng)，予以判斷，及時(shí)處理。為此，通常需配有實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，完善的中斷系統(tǒng)等，沒有這些就無法很好地執(zhí)行工業(yè)控制任務(wù)。,上 頁,下 頁,目 錄,35,(3) 具有高可靠性 工業(yè)生產(chǎn)過程通常是晝夜連續(xù)的，一般的生產(chǎn)裝置要幾個(gè)月甚至一年才大修一次，非正常停機(jī)往往會(huì)造成還很大的損失，這就要求工業(yè)控制機(jī)可靠性盡可能的高。 因此它要求： 低故障率；一般來說，要求工業(yè)控制機(jī)的平

22、均故障間隔時(shí)間(MTBF)不應(yīng)低于數(shù)千甚至上萬小時(shí)。 短的故障修復(fù)時(shí)間(MTTR)； 可采用冗余技術(shù)，更換模板容易，能夠熱拔插。 運(yùn)行效率高；一定時(shí)間內(nèi)(例如一年)，運(yùn)行時(shí)間占整個(gè)時(shí)間的比率一般要求99以上。,上 頁,下 頁,目 錄,36,(4) 環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng) 工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境惡劣，工業(yè)控制計(jì)算機(jī)必須采取必要的措施，適應(yīng)高溫、高濕、腐蝕、振動(dòng)沖擊、灰塵等環(huán)境。例如，工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境下電、磁干擾嚴(yán)重，供電條件不良，工業(yè)控制機(jī)必須有極高的電磁兼容性，有高抗干擾能力和共模抑制能力。,(5) 有豐富的應(yīng)用軟件 工業(yè)控制軟件正向結(jié)構(gòu)化、組態(tài)化發(fā)展。工業(yè)控制計(jì)算機(jī)一般與PC機(jī)兼容，在PC機(jī)上運(yùn)行的軟

23、件一般都可以在工業(yè)控制計(jì)算機(jī)上運(yùn)行。,上 頁,下 頁,目 錄,37,(6) 技術(shù)綜合性要求高 工業(yè)控制計(jì)算機(jī)應(yīng)用是系統(tǒng)工程問題。除了要解決計(jì)算機(jī)的基本部分以外，還需要解決它如何與被測控對(duì)象的接口，如何適應(yīng)復(fù)雜的工業(yè)環(huán)境，如何與工藝過程與企業(yè)管理相結(jié)合等一系列問題。 以上是工業(yè)控制計(jì)算機(jī)和其它類型計(jì)算機(jī)相比的區(qū)別,上 頁,下 頁,目 錄,38,下圖描述了工業(yè)PC機(jī)械結(jié)構(gòu)組成。,上 頁,下 頁,目 錄,39,第一代工控機(jī)技術(shù)起源于20世紀(jì)80年代初期，盛行于80年代末和90年代初期，到90年代末期逐漸淡出工控機(jī)市場，其標(biāo)志性產(chǎn)品是STD總線工控機(jī)。STD總線最早是由美國Pro-L

24、og公司和Mostek公司作為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)而制定的8位工業(yè)I/O總線，隨后發(fā)展成16位總線，統(tǒng)稱為STD80，后被國際標(biāo)準(zhǔn)化組織吸收，成為IEEE-P961標(biāo)準(zhǔn)。國際上主要的STD總線工控機(jī)制造商有Pro-Log、Winsystems、Ziatech等，而國內(nèi)企業(yè)主要有北京康拓公司和北京工業(yè)大學(xué)等。STD總線工控機(jī)是機(jī)籠式安裝結(jié)構(gòu)，具有標(biāo)準(zhǔn)化、開放式、模塊化、組合化、尺寸小、成本低、PC兼容等特點(diǎn)，并且設(shè)計(jì)、開發(fā)、調(diào)試簡單，得到了當(dāng)時(shí)急需用廉價(jià)而可靠的計(jì)算機(jī)來改造和提升傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的中小企業(yè)的廣泛歡迎和采用，國內(nèi)的總安裝容量接近20萬套，在中國工控機(jī)發(fā)展史上留下了輝煌的一頁。,上 頁,下 頁,目

25、 錄,一、STD總線概述,40,STD是Standard的縮寫。 STD總線是由美國的Pro-log公司提出，經(jīng)Pro-Log公司與Mostek 公司共同發(fā)展起來的一種工業(yè)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的總線標(biāo)準(zhǔn)。 1978年12月正式公布，1985年2月被IEEE接受為并行總線標(biāo)準(zhǔn)IEEE P961 STD總線是一種面向工業(yè)控制的8位微機(jī)總線，通過對(duì)原STD總線進(jìn)行改造，使它升格為8位/16位兼容總線，32位STD總線標(biāo)準(zhǔn)也已推出。 用STD總線標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的模塊計(jì)算機(jī)系列，稱為STD總線模塊式工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。,上 頁,下 頁,目 錄,,41,STD總線起初設(shè)計(jì)為可用于64K存儲(chǔ)空間的8位總線，后發(fā)展成可

26、用于尋址16M空間的16位總線,STD總線的特點(diǎn)1：,小板結(jié)構(gòu)，高度的模塊化,上 頁,下 頁,目 錄,165.1x114.3mm，“輕薄短小” ，在機(jī)械強(qiáng)度、抗斷裂、抗震動(dòng)、抗老化和抗干擾方面具有優(yōu)越性,42,STD總線的特點(diǎn)2：,嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)化，廣泛的兼容性,43,STD總線的特點(diǎn)3：,面向I/O設(shè)計(jì)，非常適合工業(yè)現(xiàn)場控制,STD總線的特點(diǎn)4：,高可靠性,44,56根并行總線都有明確的定義，按功能可分為五大類 (1)邏輯電源線6根(引線16) (2)數(shù)據(jù)總線8根(引線714) (3)地址總線16根(引線1530) (4)控制總線22根(引線3152) (5)輔助電源線4根(引線5356)

27、 53、54：/AUXGND(附加電源地) 55：+12V/附加+12V電源 56：-12V/附加-12V電源,二、STD總線的信號(hào)定義,上 頁,下 頁,目 錄,45,46,1、電源,12V的電壓如何變成5v？,47,2.數(shù)據(jù)線和地址線,數(shù)據(jù)總線定義引腳是D0D7，亦可作為擴(kuò)展地址使用，此時(shí)是A16A23。 地址總線定義引腳是A0A7（只做地址）， A8A15亦可作為數(shù)據(jù)總線使用，此時(shí)是D8D15。,,48,3.控制總線,上 頁,下 頁,目 錄,49,上 頁,下 頁,目 錄,控制總線,,,50,上 頁,下 頁,目 錄,,51,上 頁,下 頁,目

28、 錄,52,answerback 應(yīng)答信號(hào),53,54,(4)時(shí)鐘和復(fù)位信號(hào),55,PCI與我們后面講的PCI總線不是一回事,56,+5V,,, 一個(gè)STD控制器的PCI為“1” , 且未提出總線請求, 則它的PCO為“1”;, 每個(gè)STD控制器提出請求的前提是PCI為“1”;, 如果PCI為“1” , 且提出總線請求, 則PCO為“0”;, 如果PCI為“0”, 則該STD不能提出總線請求, 且它的PCO為“0”;,57,總線低位地址A0A12直接連接到各存儲(chǔ)器芯片,STD總線與存儲(chǔ)器連接方法,高位地址A13A15用來選片（可選64K基本存儲(chǔ)器，通過擴(kuò)展，可增至128K）,上 頁,下 頁

29、,目 錄,58,地址碼的低位字節(jié)連接到總線譯碼器, 形成6根選板信號(hào)和2根選口信號(hào), 選通I/O端口工作,STD總線與I/O的連接方法,（可選128個(gè)口，擴(kuò)展后可增至256個(gè)口）,上 頁,下 頁,目 錄,59,STD總線系統(tǒng)圖,60,STD90486 (集成電路板) 北京市中關(guān)村的周寶星于1998年申請的一項(xiàng)專利 80486DX4-100或5X86-133CPU板（4MB64MB）DRAM,實(shí)時(shí)時(shí)鐘,硬件看門狗，兩串一并，兩硬兩軟，打印機(jī)接口，復(fù)位按扭，與PC/AT全兼容。,STD總線產(chǎn)品其實(shí)就是一種板卡（包括CPU卡）和無源母板結(jié)構(gòu),,金手指,上 頁,下 頁,目 錄,61,思考

30、題：,1.不定向選擇：STD總線信號(hào)中，關(guān)于地址總線和數(shù)據(jù)總線的說法正確的是（ ） A：地址總線的高8位與數(shù)據(jù)總線的高8位復(fù)用 B：地址范圍擴(kuò)充時(shí)，數(shù)據(jù)總線可以被復(fù)用，傳送高位地址A23A16 C：傳送16位數(shù)據(jù)，通過復(fù)用地址總線傳送數(shù)據(jù)的高8位。 D：通過總線復(fù)用，地址的尋址范圍可以是8位、16位、24位 E：當(dāng)數(shù)據(jù)總線復(fù)用于擴(kuò)展尋址時(shí)，應(yīng)使用REFRESH*信號(hào)進(jìn)行分解 F：地址線有24條，數(shù)據(jù)線有16條 2. STD規(guī)范規(guī)定的地址線有 條，如果要求總線的尋址范圍達(dá)到16MB，則需要所用地址線數(shù)目為 。這種技術(shù)又被稱為 技術(shù)。 3.工控機(jī)的主要特點(diǎn)？,62,2.3 XT/ISA/

31、EISA總線,統(tǒng)稱PC系列總線 PC機(jī)所使用的各種總線結(jié)構(gòu)實(shí)際上都是從最早的設(shè)計(jì)構(gòu)思發(fā)展而來的。,,PC內(nèi)部總線,一、PC總線的發(fā)展過程,上 頁,下 頁,目 錄,IBM與計(jì)算機(jī),63,1.PC XT總線,IBM公司1981年推出的第一臺(tái) IBM PC機(jī)以及隨后推出的 IBM PC/XT機(jī)所使用的總線是 PC歷史上最早使用的總線結(jié)構(gòu)，被稱為 PC總線或 PC/XT總線。 有62條信號(hào)線，用雙列插槽連接，分A面（元件面） 和B面（焊接面）。 由于IBM PC或 IBM XT機(jī)上使用的都是8088微處理器，所以這種總線只有20位的地址線和8位的數(shù)據(jù)線。連接到PC/XT總線擴(kuò)展槽中的信號(hào)包括了8

32、位的雙向數(shù)據(jù)總線、20位的地址總線、6級(jí)中斷請求申請信號(hào)、三組DMA通道控制線、內(nèi)存與I/O讀寫控制線、動(dòng)態(tài)RAM刷新控制線、時(shí)鐘和定時(shí)信號(hào)線等。另外還包括了電源線，5V，12V。,,上 頁,下 頁,目 錄,64,2.ISA總線,ISA(Industy Standard Architecture)即工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)總線，又稱AT總線。是IBM AT機(jī)推出時(shí)使用的總線，逐步演變?yōu)橐粋€(gè)事實(shí)上的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，得到廣泛的使用。 ISA總線在原XT總線62引線的基礎(chǔ)上再延長出獨(dú)立的一段，新增加36線(A、B兩面各18線)，數(shù)據(jù)線擴(kuò)至16位，地址線擴(kuò)至24位。系統(tǒng)板上ISA插槽見下圖。ISA總線適配8/

33、16位數(shù)據(jù)總線傳輸要求，與XT總線兼容。ISA總線插槽長138.5mm，相鄰引腳距離2.54mm，基本部分與擴(kuò)展部分相距10.16mm。,65,3.MCA總線,（Micro Channel Architecture,MCA）稱為微通道結(jié)構(gòu) IBM在推出第一臺(tái)386型微機(jī)時(shí)，創(chuàng)造了一個(gè)全新的與ISA標(biāo)準(zhǔn)完全不同的系統(tǒng)總線MCA，該標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)寬度為32位，數(shù)據(jù)傳輸率為ISA的4倍。但是由于IBM公司為了壟斷市場而不將MCA標(biāo)準(zhǔn)公布于眾，所以MCA結(jié)構(gòu)沒有得到廣泛的流行。(目前已淘汰) 應(yīng)用在PS/2微機(jī),上 頁,下 頁,目 錄,66,4.EISA總線,1989年，以Compag(康柏，現(xiàn)已被h

34、p收購 )為代表，聯(lián)合AST（虹志 ，曾經(jīng)紅極一時(shí)，曾被三星收購，現(xiàn)已垮掉）、HP、NEC(日本電氣或日電)、EPSON（愛普生）等公司，針對(duì)486提出了適合32位微處理器的系統(tǒng)總線標(biāo)準(zhǔn)EISA（Extended Industy Standard Architecture ） 它規(guī)定了一種新的插座，比ISA差不多長了一倍 但是，工業(yè)PC并未大規(guī)模使用EISA，要么ISA，要么是新出現(xiàn)的PCI總線，如同中國人的傳呼機(jī)一樣，過渡性質(zhì)的,上 頁,下 頁,目 錄,,67,5.VESA總線,VESA是視頻電子標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)（Video Electronics Standards Association）

35、的英文縮寫，VESA總線是該協(xié)會(huì)制定的總線標(biāo)準(zhǔn)，因此又稱VL-Bus（VESA Local Bus）。 局部總線既要保持原有的向下兼容性，又要與原有的擴(kuò)展總線結(jié)構(gòu)并存，這即所謂的中介式總線結(jié)構(gòu)。VL-Bus總線采用的就是這種形式的局部總線。 VL-Bus為一種32位的局部總線，是專門為80486系統(tǒng)設(shè)計(jì)的。不能用于Pentium,上 頁,下 頁,目 錄,68,PCI(Peripheral Component Interconnect，設(shè)備部件互連)總線是一種高性能局部總線，它是92年由Intel公司帶頭制定的設(shè)備總線標(biāo)準(zhǔn) 支持64位數(shù)據(jù)傳送、多總線主控模塊、線性猝發(fā)讀寫和并發(fā)工作方式 具

36、有即插即用功能(PnP) 最高傳送數(shù)據(jù)132Mbps 兼容性強(qiáng)、成本低 詳細(xì)的第三章講述,6.PCI局部總線,上 頁,下 頁,目 錄,69,70,總線性能比較,512MB/s,上 頁,下 頁,目 錄,71,二、ISA總線信號(hào),ISA總線設(shè)計(jì)成前62引腳和后36引腳的兩個(gè)插槽，兩個(gè)插槽各分成兩面：A（元件面）和B（焊接面）對(duì)應(yīng)原PC總線，C（元件面)和D（焊接面）對(duì)應(yīng)擴(kuò)展的后36引腳，共98根線分成6類 1.地址線 2.數(shù)據(jù)線 3.讀寫控制線 4.中斷請求線 5.DMA傳送控制信號(hào)線 6.其它信號(hào)線,上 頁,下 頁,目 錄,72,1.地址線,地址信號(hào)用于尋址存儲(chǔ)器和I/O設(shè)備。

37、,,,SA19-SA0 (System Address) 內(nèi)存尋址使用SA19:SA0配合LA23:LA17 能尋址多達(dá)16M的內(nèi)存 I/O尋址中只使用低16位,可以用來定位64K的I/O地址 SA19是最高位SA0為最低位地址 在BALE為高時(shí)有效而由BALE的下降沿鎖定,通過讀或?qū)懨钍剐盘?hào)保持有效,LA23-LA17 （Unlatched Address） 此信號(hào)在BALE信號(hào)為高電平時(shí)才有效，并且在 CPU周期過程中是不鎖定的，因此并不保持整個(gè)周期有效，它們的用途是為一個(gè)等待狀態(tài)存儲(chǔ)周期生成存儲(chǔ)器譯碼信號(hào)。 和SA19:SA0可以共同尋址多達(dá)16M的內(nèi)存？,存儲(chǔ)器空間有大有小，I/O地

38、址都是64K,73,2.數(shù)據(jù)線,SD0 SD15，雙向。(System Data) SD0是最低有效位，SD15是最高有效位。CPU既可以按字節(jié)傳輸，也可按字傳輸,,,,,System Byte High Enable高字節(jié)允許信號(hào)，低電平有效，表示數(shù)據(jù)總線上傳輸?shù)氖歉咦止?jié)數(shù)據(jù)（SD8 SD15）,因?yàn)楦鞣N總線標(biāo)準(zhǔn)的廠家不同，# 等同于上橫線（標(biāo)準(zhǔn)寫法），表示低電平有效。,8位設(shè)備的數(shù)據(jù)傳送通過SD7:SD0來完成,SD15:SD0則用于傳送16位設(shè)備的數(shù)據(jù);當(dāng)16位設(shè)備向8位設(shè)備傳送數(shù)據(jù)時(shí)需將16位信號(hào)轉(zhuǎn)換成兩個(gè)8位周期通過SD7:SD0來進(jìn)行傳送,74,3.讀寫控制線,（1）BALE 地址

39、鎖存允許信號(hào)(Buffered Address Latch Enable )，可用BALE信號(hào)的下降沿將系統(tǒng)總線上的地址信號(hào)SA0 SA19鎖存表明外部存儲(chǔ)器選通，該信號(hào)在CPU總線周期的T1時(shí)間周期內(nèi)有效，通常作為CPU總線周期的指示,I/O讀和I/O寫信號(hào)，輸出、低電平有效,,,原XT總線上的-MEMR和-MEMW定義為-SMEMR和-SMEMW，“SMEMR”、 “SMEMW”指標(biāo)準(zhǔn)存儲(chǔ)器讀寫。只有當(dāng)存儲(chǔ)器的地址譯碼信號(hào)低于1MB的存儲(chǔ)空間時(shí)，這兩個(gè)信號(hào)才會(huì)有效。 -SMEMR和-SMEMW 信號(hào)取自于-MEMR和-MEMW (ISA新增信號(hào))和低于 lMB的地址譯碼信號(hào)。,75,0 W

40、S#，輸入，零等待狀態(tài)信號(hào)，該信號(hào)通知主板，擴(kuò)展電路卡無需插入等待狀態(tài)，當(dāng)前的數(shù)據(jù)可以利用兩個(gè)時(shí)鐘周期完成,,,-MEMCS16 ：16位存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)選擇信號(hào)。如果當(dāng)前數(shù)據(jù)傳送是有一個(gè)等待狀態(tài)的16位存儲(chǔ)周期,則它必須發(fā)一個(gè)-MEMCS16 信號(hào)給主板。譯碼信號(hào)必須取自 LA17LA23 。-MEMCS16 用能夠吸收20mA的集電極開路門或三態(tài)的驅(qū)動(dòng)器來驅(qū)動(dòng)。-IOCS16 ：16位I/O數(shù)據(jù)選擇信號(hào)，集電極開路門或三態(tài)驅(qū)動(dòng)。如果當(dāng)前數(shù)據(jù)傳送是有一個(gè)等待狀態(tài)的16位 I/O周期，則必須發(fā)一個(gè)-IOCS16信號(hào)給主板。這個(gè)信號(hào)由地址譯碼器驅(qū)動(dòng)。與SBHE#合稱高8位數(shù)據(jù)線控制信號(hào)：,76,（1）

41、IRQ9-12 、 IRQ14、15和IRQ3-7中斷請求信號(hào) （Interrupt Request）優(yōu)先順序： （2）IRQ13只使用在主板上，而不可用于 I/O接口卡上。IRQ8用于實(shí)時(shí)時(shí)鐘，故這兩個(gè)中斷未出現(xiàn)在 ISA總線的信號(hào)線中。,4.中斷請求線,用于I/O設(shè)備向微處理器發(fā)送請求中斷（低變高），在微處理器響應(yīng)中斷之前，一直高，,,,上 頁,下 頁,目 錄,來自IRQ9:IRQ12與IRQ14 :IRQ15的請求優(yōu)先被處理（IRQ9優(yōu)先級(jí)最高），而來自IRQ3:IRQ 7的請求較后處理（IRQ7優(yōu)先級(jí)最低）,77,16位ISA/EISA總線中斷,PC/AT是基于286CPU推出的

42、，它增加了總線所 支持的外部中斷的數(shù)量。中斷的數(shù)量增加到16個(gè)，是通過使用兩個(gè)8259中斷控制器級(jí)聯(lián)來實(shí)現(xiàn)的，即將第二個(gè)控制器（從控制器）產(chǎn)生的中斷信號(hào)連接到第一個(gè)控制器（主控制器）未被使用的IRQ2中。這種設(shè)置實(shí)際上只有15個(gè)IRQ可被設(shè)定，IRQ2實(shí)際上不能獲得。,通過將第二個(gè)IRQ控制器產(chǎn)生的中斷選定路徑到第一個(gè)的IRQ2上，那么這些新中斷被分配了一個(gè)介于IRQ1與IRQ3之間的嵌套優(yōu)先級(jí)，因此IRQ15的優(yōu)先級(jí)比IRQ3高。 為防止板卡設(shè)置使用IRQ2的問題，AT系統(tǒng)設(shè)計(jì)者用IRQ9來填補(bǔ)IRQ2的位置，這意味著任何新系統(tǒng)中指定為使用IRQ2的插卡實(shí)際上在使用IRQ9。也有一些插卡標(biāo)記

43、這個(gè)選項(xiàng)為IRQ2/9，一般的只稱之為IRQ2或IRQ9。,78,5.DMA傳送控制線,DMA (Direct Memory Access)，意思是直接內(nèi)存訪問，是一種不經(jīng)過CPU而直接從內(nèi)存存取數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)交換模式。DMA模式下，CPU只須向DMA控制器下達(dá)指令，讓DMA控制器來處理數(shù)的傳送，數(shù)據(jù)傳送完畢再把信息反饋給CPU，這樣就很大程度上減輕了CPU資源占有率。 DMA 傳送方式的優(yōu)先級(jí)高于程序中斷，兩者的區(qū)別主要表現(xiàn)在對(duì)CPU的干擾程度不同。中斷請求不但使CPU停下來，而且要CPU執(zhí)行中斷服務(wù)程序?yàn)橹袛嗾埱蠓?wù)，這個(gè)請求包括了對(duì)斷點(diǎn)和現(xiàn)場的處理以及CPU與外設(shè)的傳送，所以CPU付出了很多

44、的代價(jià)；DMA請求僅僅使CPU暫停一下，不需要對(duì)斷點(diǎn)和現(xiàn)場的處理，并且是由DMA控制外設(shè)與主存之間的數(shù)據(jù)傳送，無需CPU的干預(yù)，DMA只是借用了一點(diǎn)CPU的時(shí)間而已。還有一個(gè)區(qū)別就是，CPU對(duì)這兩個(gè)請求的響應(yīng)時(shí)間不同，對(duì)中斷請求一般都在執(zhí)行完一條指令的時(shí)鐘周期末尾響應(yīng)，而對(duì)DMA的請求，由于考慮它得高效性，CPU在每條指令執(zhí)行的各個(gè)階段之中都可以讓給DMA使用，是立即響應(yīng)。,DMA是什么？,上 頁,下 頁,目 錄,79,（1） AEN 地址允許信號(hào)，輸出。此信號(hào)用來在DMA期間禁止I/O端口與微處理器和其他設(shè)備的地址譯碼。AEN信號(hào)有效，表示DMA控制器正在控制系統(tǒng)總線，進(jìn)行DMA傳輸。

45、此時(shí)CPU放棄了總線控制權(quán)，用AEN信號(hào)來禁止I/O端口的地址譯碼 （2）DRQ0-DRQ3,DRQ5-DRQ7DMA請求信號(hào)（DMA Request），優(yōu)先權(quán)從高到低是DRQ0,DRQ1,，DRQ7 （3）#DACK0 DACK3,DAK5DAK7, （ DMA Acknowledge ），DMA響應(yīng)信號(hào)，用來響應(yīng)DMA請求。低電平有效 (4)T/C，計(jì)數(shù)結(jié)束信號(hào)，輸出。在任何一個(gè)DMA通道的終點(diǎn)計(jì)數(shù)計(jì)滿時(shí)發(fā)出此脈沖,5.DMA傳送控制線,,上 頁,下 頁,目 錄,80,#MASTER Master 和DRQ線一起獲得ISA板上ISA總線的控制權(quán) 當(dāng)接收到一個(gè)DACK后設(shè)備將MASTE

46、R信號(hào)拉低使得其獲得系統(tǒng)地址數(shù)據(jù)和控制線的控制權(quán)在此狀態(tài)下設(shè)備將在驅(qū)動(dòng)地址和數(shù)據(jù)線之前等待一個(gè)時(shí)鐘周期在讀/寫命令之前等待兩個(gè)時(shí)鐘周期,5.DMA傳送控制線,,上 頁,下 頁,目 錄,81,6 其它信號(hào)線 IO CH CK#，I/O通道檢驗(yàn)信號(hào)，輸入 RESET DRV，系統(tǒng)復(fù)位驅(qū)動(dòng)信號(hào)，輸出 REFRESH#， Memory Refresh I/O線，刷新信號(hào)， 該信號(hào)為低時(shí)表明正在進(jìn)行內(nèi)存刷新操作 (5) 電源線和地線,即Vcc等+5V,-5V,+12V,-12V,GND（4個(gè)）,,,,上 頁,下 頁,目 錄,82,（6）OSC Oscillator (振蕩器)是一個(gè)時(shí)間段為7

47、0毫微秒的時(shí)鐘(14.31818 MHz)，最高頻率 （7）CLK System Clock ，它的頻率一般在7MHz到10MHz之間 該頻率值在ISA標(biāo)準(zhǔn)中并未嚴(yán)格定義 一般來說，CLK是OSC輸出的3分頻產(chǎn)生的,,,上 頁,下 頁,目 錄,83,（8）# I/O CH RDY I/O Channel Ready 允許較慢速ISA板通過插入等待狀態(tài)延長I/O或內(nèi)存讀寫周期 I/O CH RDY通常處于高就緒 ISA板將I/O CH RDY拉低未準(zhǔn)備好以插入等待狀態(tài) 使用I/O CH RDY插入等待狀態(tài)的設(shè)備需可以完成讀寫周期時(shí)地址譯碼和讀/寫信號(hào)有效后立即使I/O CH RDY信號(hào)為低

48、當(dāng)設(shè)備釋放I/O CH RDY回高,,上 頁,下 頁,目 錄,84,ISA總線的尋址空間,兩組地址線 存儲(chǔ)器空間16M和64K的I/O地址空間 存儲(chǔ)器空間的前1MB單元也分為三部分，與XT兼容 ISA總線只用了1K的端口地址，其余的不能被訪問,,85,ISA總線I/O端口讀總線周期（時(shí)序）,處理器采集數(shù)據(jù)總線上數(shù)據(jù),I/O讀操作結(jié)束,86,ISA總線I/O端口寫總線周期（時(shí)序）,87,ISA總線簡化的讀存儲(chǔ)器周期時(shí)序(略),上 頁,下 頁,目 錄,88,ISA總線的時(shí)序圖說明：,89,注意事項(xiàng)：,90,ISA總線的機(jī)械規(guī)范,上 頁,下 頁,目 錄,91,補(bǔ)充： PC-104總

49、線 PC-104是一種專門為嵌入式控制而定義的工業(yè)控制總線，近年來在國際上廣泛流行，第一塊PC104產(chǎn)生于1987年，但嚴(yán)格意義的規(guī)范說明在1992年才公布，從那以后，對(duì)PC-104感興趣的人越來越多，當(dāng)時(shí)就有125個(gè)廠家引進(jìn)PC-104規(guī)范生產(chǎn)PC104兼容產(chǎn)品。我們知道， IEEE-P996是PC和PC/AT工業(yè)總線規(guī)范，而從PC-104被定義為IEEE-P996.1 就可以看出，PC-104實(shí)質(zhì)上是一種緊湊型，小型化的IEEE-P996。其型號(hào)定義和PC/AT基本一致，但電氣和機(jī)械規(guī)范卻完全不同，是一種優(yōu)化的，小型堆棧式結(jié)構(gòu)的嵌入式控制系統(tǒng)。 PC-104有兩個(gè)版本，8位和16位，分

50、別與PC和PC/AT相對(duì)應(yīng)。在PC-104總線的兩個(gè)版本中，8位PC-104共有64個(gè)總線管腳，單列雙排插針和插孔，P1：64針，P2：40針，合計(jì)104個(gè)總線信號(hào)，PC-104因此得名。 PC-104模塊本質(zhì)上就是尺寸縮小為3.8in 3.6in (90mm96mm)的ISA總線板卡。,92,PC 104 模塊,1、 堆棧式連接：去掉總線背板和插板滑道，總線以“針”和“孔”形式層疊連接，即PC-104總線模塊之間總線的連接是通過上層的針和下層的孔相互咬和相連，這種層疊封裝有極好的抗震性。 2、 輕松總線驅(qū)動(dòng)：減少元件數(shù)量和電源消耗，4mA總線驅(qū)動(dòng)即可使模塊正常工作，每個(gè)模塊1-2瓦能耗。,9

51、3,PC 104總線工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的應(yīng)用,標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)的IPC機(jī)有許多局限性，主要問題是體積和功耗太大，在許多嵌入式應(yīng)用中(例如航空航天產(chǎn)品，智能儀器儀表，醫(yī)療設(shè)備，通信設(shè)備，機(jī)電一體化產(chǎn)品等)無法勝任，因而在在80年代末產(chǎn)生了采用基于模塊化設(shè)計(jì)方法的嵌入式工業(yè)PC系統(tǒng)。 PC-104總線模塊系統(tǒng)已成為嵌入式PC機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)。大量應(yīng)用于工業(yè)設(shè)備，儀器，醫(yī)療設(shè)備，通信設(shè)備等嵌入式應(yīng)用場合，而這些應(yīng)用場合，既需要PC機(jī)的軟硬件環(huán)境，又需要模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化、小型化和低功耗的設(shè)計(jì)，這就需要建立嵌入式PC機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)，以便縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期，降低開發(fā)成本，減少設(shè)備投資，從而降低產(chǎn)品或系統(tǒng)的價(jià)格。 雖然PC-1

52、04總線工控機(jī)的功耗低，但其驅(qū)動(dòng)能力差(4mA)，其擴(kuò)展能力和維護(hù)性也受到限制，使其在工業(yè)過程控制和自動(dòng)化領(lǐng)域的應(yīng)用范圍受到一定的局限。,94,1.ISA總線的尋址范圍為什么是16M? 2.ISA總線的中斷響應(yīng)中，如果IRQ12、IRQ9、IRQ3、IRQ7四條中短線同時(shí)請求，則CPU處理的先后順序？ 3.XT總線和ISA總線的尋址空間是一樣的嗎？差別在哪里？ 4.PC/XT/ISA/EISA的差別在（ ） A：電源線和地線的差別 B：地址總線的進(jìn)一步擴(kuò)展 C：數(shù)據(jù)總線的進(jìn)一步增多 D：數(shù)據(jù)傳輸率更高 E：控制方式更加靈活多樣，支持多種數(shù)據(jù)傳輸 F：分別向下兼容，所以可以用EISA可

53、以完全替代前面幾種總線 5.判斷：ISA總線中CLOCK的信號(hào)是固定的6MHz,即167ns （ ） 6.在DMA傳輸過程中，BALE應(yīng)該是 電平，AEN是 電平，DRQ0-DRQ3和DRQ5-DRQ7的優(yōu)先級(jí)順序是 ，與請求對(duì)應(yīng)的響應(yīng)信號(hào)管腳是 。,上 頁,下 頁,目 錄,本節(jié)練習(xí)題與思考題,95,2.4 RS-232C/RS-422/RS-485接口,96,串行與并行： 串行： 用一根信號(hào)線將數(shù)據(jù)逐位順序傳送 并行：就是多條（8條）同時(shí)協(xié)作傳輸數(shù)據(jù) 串行通信的優(yōu)勢： 通信線路少，在遠(yuǎn)距離通信時(shí)可以極大地降低成本；適合于遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳送，也常用于速度要求不高

54、的近距離數(shù)據(jù)傳送 實(shí)例： PC系列機(jī)上有兩個(gè)串行異步通信接口，鍵盤/鼠標(biāo)器/顯示器與主機(jī)間亦采用串行數(shù)據(jù)傳送。,上 頁,下 頁,目 錄,97,串行接口,串行通信時(shí)使用的接口所直接面對(duì)的并不是某個(gè)具體的通信設(shè)備，而是一種串行通信的接口標(biāo)準(zhǔn) 目前已有較多的串行接口，如最新的USB以及最經(jīng)典的RS-232C系列，接口有所不同,上 頁,下 頁,目 錄,98,一、串行通信基本知識(shí)1.數(shù)據(jù)傳送方向,單工形式：數(shù)據(jù)只能單方向從一端向另一端傳送；如：有線電視節(jié)目、潛伏中呼叫間諜,半雙工形式：數(shù)據(jù)可以雙向傳送，但任一時(shí)刻只能向一個(gè)方向傳送。既可分時(shí)雙向傳送數(shù)據(jù) 。如：某些對(duì)講機(jī)，傳真機(jī),單工,半

55、雙工,上 頁,下 頁,目 錄,,99,全雙工形式：同時(shí)雙向傳送數(shù)據(jù)，因此，全雙工配置是一對(duì)單向配置，它要求兩端的通信設(shè)備都具有完整和獨(dú)立的發(fā)送和接收能力。 通信效率最高，適合于計(jì)算機(jī)之間的通信。還有手機(jī),發(fā)送端 接收端,接收端 發(fā)送端,,數(shù)據(jù)線,,,,地線,全雙工,,數(shù)據(jù)線,上 頁,下 頁,目 錄,,100,2.傳輸速率,在串行通訊中，用波特率來描述數(shù)據(jù)的傳輸速率。波特率，即每秒鐘傳送的二進(jìn)制位數(shù)，簡寫為bps,國際上規(guī)定了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)波特率系列：110、300、600、1200、1800、2400、4800、9600、14.4Kbps、19.2Kbps、28.8Kbps、33.6Kb

56、ps、56Kbps。,在串行通信中，無論收、發(fā)，都必須有時(shí)鐘脈沖信號(hào)對(duì)傳送的數(shù)據(jù)進(jìn)行定位和同步控制。 接收時(shí)鐘/發(fā)送時(shí)鐘是波特率的倍數(shù)波特率因子。,例：波特率=9600bps，波特率因子=16，則接收時(shí)鐘和發(fā)送時(shí)鐘頻率=960016=153600Hz 波特率因子=16 ，表明16個(gè)時(shí)鐘脈沖傳送(接收)1位。,上 頁,下 頁,目 錄,101,3.信號(hào)的調(diào)制和解調(diào),數(shù)字信號(hào)的頻帶寬，而普通通信線路頻帶較窄，如電話線頻帶范圍僅3003400Hz 所以采用普通通信線路進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信時(shí)，需要在發(fā)送端用調(diào)制器(Modulator)把數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，模擬信號(hào)經(jīng)通信線路傳送到接收方，接收

57、方再以解調(diào)器(Demodulator)，把模擬信號(hào)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)。 大多數(shù)情況下，調(diào)制器和解調(diào)器合在一個(gè)裝置中，稱為調(diào)制解調(diào)器Modem,在數(shù)據(jù)通訊中，Modem起著傳輸信號(hào)的作用，是一種數(shù)據(jù)通訊設(shè)備，簡稱DCE，接收設(shè)備和發(fā)送設(shè)備稱為數(shù)據(jù)終端設(shè)備，簡稱DTE。微機(jī)串行通信接口電路，如8250/8251為DTE。,上 頁,下 頁,目 錄,102,串行通信模型,103,解調(diào)方法,104,4.串行通信的類型,數(shù)據(jù)通信可分為同步通信和異步通信兩大類： 同步通信要求接收端時(shí)鐘頻率和發(fā)送端時(shí)鐘頻率一致。發(fā)送端發(fā)送連續(xù)的比特流(BitTorrent )。 異步通信時(shí)不要求接收端時(shí)鐘和發(fā)送端時(shí)鐘同

58、步。發(fā)送端發(fā)送完一個(gè)字節(jié)后，可經(jīng)過任意長的時(shí)間間隔再發(fā)送下一個(gè)字節(jié)。異步通信的通信開銷較大，但接收端可使用廉價(jià)的、具有一般精度的時(shí)鐘來進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。,一個(gè)字符一個(gè)字符地傳輸，每個(gè)字符一位一位地傳輸，傳輸一個(gè)字符時(shí)，以起始位開始，然后傳輸字符本身的各位，接著傳輸校驗(yàn)位，最后以停止位結(jié)束該字符的傳輸。,上 頁,下 頁,目 錄,一次傳輸?shù)钠鹗嘉?、字符各位、校?yàn)位、停止位構(gòu)成一組完整的信息，稱為幀（Frame） 幀與幀之間可有任意個(gè)空閑位,同步就是雙方時(shí)鐘匹配，你發(fā)我收，匹配傳輸。異步就是時(shí)鐘不匹配，我不知道你什么時(shí)候發(fā)，發(fā)來了我現(xiàn)處理。,105,1） 同步通信通信雙方使用同一時(shí)鐘,以數(shù)據(jù)塊（幀

59、）為傳輸單位 雙方使用同一時(shí)鐘（主控方提供時(shí)鐘，被控方接收時(shí)鐘） 外同步：時(shí)鐘信號(hào)另外安排一根傳輸線 自同步：發(fā)送時(shí)將時(shí)鐘信號(hào)與數(shù)據(jù)混合編碼，接收時(shí)譯碼出時(shí)鐘 數(shù)據(jù)格式：每個(gè)數(shù)據(jù)塊前加12個(gè)同步字符（同步頭）進(jìn)行幀同步，一般采用CRC循環(huán)冗余校驗(yàn)碼 同步通信的數(shù)據(jù)傳輸效率和傳輸速率較高，但硬件電路比較復(fù)雜 串行同步通信主要應(yīng)用在網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，最常使用的同步通信協(xié)議有高級(jí)數(shù)據(jù)鏈路控制協(xié)議（HDLC）,,,,,,,,,,同步字符,數(shù)據(jù),數(shù)據(jù),數(shù)據(jù),校驗(yàn),,同步字符,,,上 頁,下 頁,目 錄,106,2）異步通信通信雙方使用各自的時(shí)鐘,串行通信時(shí)的數(shù)據(jù)、控制和狀態(tài)信息都使用同一根信號(hào)線傳送 收發(fā)

60、雙方必須遵守共同的通信協(xié)議（通信規(guī)程）： 傳送速率 信息格式 位同步 幀同步 數(shù)據(jù)校驗(yàn) 錯(cuò)誤處理 串行異步通信以字符為單位進(jìn)行傳輸 數(shù)據(jù)格式：起止式異步通信協(xié)議,上 頁,下 頁,目 錄,107,起止式異步通信協(xié)議,起始位每個(gè)字符開始傳送的標(biāo)志，起始位采用邏輯0電平,起始位,附加位,停止位,空閑位,數(shù)據(jù)位,低位,,高位,,,字符,,,1,0,1,1,1,,數(shù)據(jù)位數(shù)據(jù)位緊跟著起始位傳送。由58個(gè)二進(jìn)制位組成，低位先傳送,附加位該位可用于校驗(yàn)或數(shù)據(jù)標(biāo)識(shí)：可選擇奇檢驗(yàn)、偶校驗(yàn)或無校驗(yàn)位,停止位表示該字符傳送結(jié)束。停止位為邏輯1電平，可選擇1、1.5、2位。,空閑位傳送字符之間的邏輯1電平，表示沒

61、有進(jìn)行傳送,,,,,上 頁,下 頁,目 錄,108,異步通訊的 信息格式,起始位邏輯01位 數(shù)據(jù)位 邏輯0或15位、6位、7位、8位 校驗(yàn)位邏輯0或11位或無 停止位邏輯11位、1.5位或2位 空閑位邏輯1任意數(shù)量,例：傳送8位數(shù)據(jù)45H（0100,0101B），奇校驗(yàn)，1個(gè)停止位，則信號(hào)線上的波形為,clk,上 頁,下 頁,目 錄,109,二、RS-232C總線,該標(biāo)準(zhǔn)的全稱是EIA-RS-232C標(biāo)準(zhǔn)(Electronic Industrial Associate-Recommended Standard 232C)是美國EIA(電子工業(yè)聯(lián)合會(huì))與BELL等公司一起開發(fā)的1

62、969年公布的通信協(xié)議。它適合于數(shù)據(jù)傳輸速率在020000b/s范圍內(nèi)的通信。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)串行通信接口的有關(guān)問題，如信號(hào)線功能、電氣特性都作了明確規(guī)定。由于通信設(shè)備廠商都生產(chǎn)與RS-232C制式兼容的通信設(shè)備，因此，它作為一種標(biāo)準(zhǔn)，目前已在微機(jī)串行通信接口中廣泛采用。 1987年1月正式改名為EIA-232D 設(shè)計(jì)目的是用于連接調(diào)制解調(diào)器 現(xiàn)已成為數(shù)據(jù)終端設(shè)備DTE與數(shù)據(jù)通信設(shè)備DCE的標(biāo)準(zhǔn)接口 DTE數(shù)據(jù)終端設(shè)備，例如計(jì)算機(jī) DCE數(shù)據(jù)通信設(shè)備（數(shù)傳機(jī)，數(shù)據(jù)傳送機(jī)），例如調(diào)制解調(diào)器） 可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信，也可近距離連接兩臺(tái)微機(jī) 屬于網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)構(gòu)中的最低層：物理層,上 頁,下 頁,目 錄,1

63、10,在串行通信中，DTE和DCE之間的連接要符合接口標(biāo)準(zhǔn) 計(jì)算機(jī)通信中使用最普遍的是RS-232C標(biāo)準(zhǔn) PC機(jī)上的COM1、COM2接口，就是RS-232C接口，使用9針和25針連接器，旁邊一般有 “|O|O|” 樣標(biāo)識(shí),上 頁,下 頁,目 錄,,每秒50、75、100、150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200波特。,111,說明,1）RS-232C標(biāo)準(zhǔn)最初是為了遠(yuǎn)程通信連接數(shù)據(jù)終端設(shè)備DTE與數(shù)據(jù)通信設(shè)備而制定的（1969年），并未考慮計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用要求。但目前又被廣泛的借來用與計(jì)算機(jī)與終端或外設(shè)之間的近端連接標(biāo)準(zhǔn)。所以與現(xiàn)在的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)存在不一

64、致的地方。 2）發(fā)送和接收是以DTE為對(duì)象定義的,上 頁,下 頁,目 錄,112,一、RS-232C的引腳定義,232C接口標(biāo)準(zhǔn)使用一個(gè)25針連接器 絕大多數(shù)設(shè)備只使用其中9個(gè)信號(hào)，所以就有了9針連接器 232C接口信號(hào)面向使用調(diào)制解調(diào)器的串行異步通信，可支持兩個(gè)通信信道： 主信道：用于數(shù)據(jù)傳送 次信道：次信道為輔助串行通道，主要提供通道控制，但其傳輸速率比主信道要低得多，其他跟主信道相同，通常較少使用,上 頁,下 頁,目 錄,113,,SG,PG,,,,114,7號(hào)線 SG (Signal Groud )信號(hào)地 為所有的信號(hào)提供一個(gè)公共的參考電平,2號(hào)線 TxD （Transmi

65、tted Data）發(fā)送數(shù)據(jù)（終端數(shù)傳機(jī)） 串行數(shù)據(jù)的發(fā)送端 3號(hào)線 RxD：( Received Data）接收數(shù)據(jù)（終端數(shù)傳機(jī)） 串行數(shù)據(jù)的接收端,RS-232C的引腳,（1）數(shù)據(jù)發(fā)送和接收信號(hào)線： (2條),（2）地線 ：,1號(hào)線 PG：保護(hù)地（機(jī)殼地） 起屏蔽保護(hù)作用的接地端，一般應(yīng)參照設(shè)備的使用規(guī)定，連接到設(shè)備的外殼或大地,,TxC：發(fā)送器時(shí)鐘 控制數(shù)據(jù)終端發(fā)送串行數(shù)據(jù)的時(shí)鐘信號(hào) RxC：接收器時(shí)鐘 控制數(shù)據(jù)終端接收串行數(shù)據(jù)的時(shí)鐘信號(hào),115,RS-232C的引腳,20號(hào)線 DTR* (Data Terminal Ready )數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好（終端數(shù)傳機(jī)） 通常當(dāng)數(shù)據(jù)終端設(shè)備一加電

66、，該信號(hào)就有效，表明數(shù)據(jù)終端設(shè)備準(zhǔn)備就緒 6號(hào)線 DSR*： (Data Set Ready)數(shù)據(jù)裝置準(zhǔn)備好（終端數(shù)傳機(jī)） 通常表示數(shù)據(jù)通信設(shè)備（即數(shù)據(jù)裝置）已接通電源連到通信線路上，并處在數(shù)據(jù)傳輸方式 DTR和DSR也可用做數(shù)據(jù)終端設(shè)備與數(shù)據(jù)通信設(shè)備間的聯(lián)絡(luò)信號(hào)，例如應(yīng)答數(shù)據(jù)接收 這兩個(gè)信號(hào)有時(shí)連到電源上，一上電就立即有效。這兩個(gè)設(shè)備狀態(tài)信號(hào)有效，只表示設(shè)備本身可用，并不說明通信鏈路可以開始進(jìn)行通信了，能否開始進(jìn)行通信要由下面的控制信號(hào)決定。,上 頁,下 頁,目 錄,（3）聯(lián)絡(luò)控制信號(hào)線： (6條),116,RS-232C的引腳,4號(hào)線 RTS*：(Request to Data)請求發(fā)送（終端數(shù)傳機(jī)） 當(dāng)數(shù)據(jù)終端設(shè)備準(zhǔn)備好送出數(shù)據(jù)時(shí)，就發(fā)出有效的RTS信號(hào)，用于通知數(shù)據(jù)通信設(shè)備準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù) 5號(hào)線 CTS*： (Clear to Send)清除發(fā)送（允許發(fā)送）（終端數(shù)傳機(jī)） 當(dāng)數(shù)據(jù)通信設(shè)備已準(zhǔn)備好接收數(shù)據(jù)終端設(shè)備的傳送數(shù)據(jù)時(shí)，發(fā)出CTS有效信號(hào)來響應(yīng)RTS信號(hào) RTS和CTS是數(shù)據(jù)終端設(shè)備與數(shù)據(jù)通信設(shè)備間一對(duì)用于數(shù)據(jù)發(fā)送的聯(lián)絡(luò)信號(hào) 這對(duì)RTS/CTS請求應(yīng)答聯(lián)絡(luò)信號(hào)是用于半雙