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1、第第5 5章章 总线及其接口总线及其接口 计算机的操作基本上可归结为信息传送。所以，逻辑结构计算机的操作基本上可归结为信息传送。所以，逻辑结构的关键在于如何实现数据信息的传送，即数据通路结构。的关键在于如何实现数据信息的传送，即数据通路结构。早期的计算机往往在各个部件间直接连接传送线路，数据早期的计算机往往在各个部件间直接连接传送线路，数据通路结构比较复杂零乱，控制不便，而且没有多少扩展余通路结构比较复杂零乱，控制不便，而且没有多少扩展余地。地。现在则普遍采用总线结构。现在则普遍采用总线结构。 5.1 5.1 概述概述 总线：总线：连接计算机各部件或计算机之间的一组公共信息线，连接计算机各部件
2、或计算机之间的一组公共信息线，可以分时地接收与发送各部件的信息。可以分时地接收与发送各部件的信息。总线是一组由多个部件分时共享的传送线路。总线由传送总线是一组由多个部件分时共享的传送线路。总线由传送信息的物理介质以及一套管理信息传输的通用规则（协议）信息的物理介质以及一套管理信息传输的通用规则（协议）所构成。所构成。总线标准总线标准是国际正式公布或推荐的互连各个模块的标准，是国际正式公布或推荐的互连各个模块的标准，它是把各种不同部件组成计算机系统时必须遵守的规范。它是把各种不同部件组成计算机系统时必须遵守的规范。总线标准总线标准指芯片之间、扩展卡之间以及系统之间，通过总指芯片之间、扩展卡之间以
3、及系统之间，通过总线进行连接和传输信息时，应该遵守的一些协议与规范。线进行连接和传输信息时，应该遵守的一些协议与规范。总线标准包括：总线标准包括： 1 1机械结构规范：机械结构规范：确定模板尺寸、总线插头、边沿连确定模板尺寸、总线插头、边沿连接器等的规格及位置；接器等的规格及位置； 2 2功能规范：功能规范：确定各引脚信号的名称、定义、功能与确定各引脚信号的名称、定义、功能与逻辑关系，对相互作用的协议逻辑关系，对相互作用的协议( (定时定时) )进行说明；进行说明； 3 3电气规范：电气规范：规定信号工作时的高低电平、动态转换规定信号工作时的高低电平、动态转换时间、负载能力以及最大额定值。时间
4、、负载能力以及最大额定值。 总线与接口总线与接口接口标准：接口标准：外设接口的规范，涉及接口信号线定义、信号外设接口的规范，涉及接口信号线定义、信号传输速率、传输方向和拓扑结构，以及电气特性和机械特传输速率、传输方向和拓扑结构，以及电气特性和机械特性等多个方面。性等多个方面。总线与接口的区别：总线与接口的区别：总线标准具有公用性；接口标准大多是专用的。总线标准具有公用性；接口标准大多是专用的。总线往往以主板上的总线扩展槽形式提供使用；接口一般总线往往以主板上的总线扩展槽形式提供使用；接口一般是以接口插座（头）形式提供使用。是以接口插座（头）形式提供使用。总线一般是并行传输；接口有并行传输，也有
5、串行传输。总线一般是并行传输；接口有并行传输，也有串行传输。总线定义的信号线多，而且齐全，有分离的控制线、数据总线定义的信号线多，而且齐全，有分离的控制线、数据线和地址线；接口的信号线少，而且不齐全，一般是控制线和地址线；接口的信号线少，而且不齐全，一般是控制线、数据线和地址线共用。线、数据线和地址线共用。总线的分类总线的分类 根据总线规模、用途及其应用场合，根据总线规模、用途及其应用场合，总线可以分成三类：总线可以分成三类：1.1.芯片总线芯片总线（Chip BUS,C-BUSChip BUS,C-BUS），又称元件级总线。它是组成一），又称元件级总线。它是组成一台微型机的各芯片（台微型机的
6、各芯片（CPUCPU，存储器，存储器，I/OI/O接口等）之间的连接总线。接口等）之间的连接总线。芯片总线通常包括地址总线、数据总线和控制总线，即所谓三总芯片总线通常包括地址总线、数据总线和控制总线，即所谓三总线结构。线结构。 2 2内部总线内部总线（Internal BUS,I-BUSInternal BUS,I-BUS），又称板级总线或系统总线，），又称板级总线或系统总线，也就是常指的微机总线，它是微机系统内连接各插件板的总线。也就是常指的微机总线，它是微机系统内连接各插件板的总线。是微机所特有的，应用最广。是微机所特有的，应用最广。3 3外部总线外部总线（External BUS,E-B
7、USExternal BUS,E-BUS），又称通信总线），又称通信总线（Communication BUSCommunication BUS）。它用于各微型计算机系统之间通信或用）。它用于各微型计算机系统之间通信或用于微型机系统与其它系统（仪器设备或控制系统等）之间的通信，于微型机系统与其它系统（仪器设备或控制系统等）之间的通信，这种总线不是微型机系统所特有的总线，而往往是借用电子工业这种总线不是微型机系统所特有的总线，而往往是借用电子工业其它领域已有的总线标准。其它领域已有的总线标准。 不同总线在信号线的数量上和名称上都有差异，但大致可分为如不同总线在信号线的数量上和名称上都有差异，但大致
8、可分为如下几类：下几类：(1)(1)数据传输线：数据传输线：包括地址线、数据线等。包括地址线、数据线等。 (2)(2)控制信号线：控制信号线：包括存储器、包括存储器、I/OI/O读读/ /写、中断、总线请求允许等。写、中断、总线请求允许等。(3)(3)系统时钟、电源、地线等系统时钟、电源、地线等。(4)(4)备用线：备用线：为用户扩充用。为用户扩充用。 总线的主要性能参数总线的主要性能参数1 1总线频率：总线频率：MHzMHz表示的工作频率，是总线速率的一个主表示的工作频率，是总线速率的一个主要参数。要参数。2 2总线宽度总线宽度3 3总线的数据传输率总线的数据传输率 总线的数据传输率总线的数
9、据传输率=(=(总线宽度总线宽度/8/8位位) )总线频率总线频率例：例：PCIPCI总线的总线频率为总线的总线频率为33.3MHz33.3MHz，总线宽度为，总线宽度为6464位的情位的情况下，总线数据传输率为况下，总线数据传输率为266MB/s 266MB/s 。1 1同步方式同步方式优点：优点：1 1）电路简单）电路简单 2 2）适合高速设备的数据传输）适合高速设备的数据传输缺点：缺点：高速设备和低速设备间只能用低速设备的速度来传高速设备和低速设备间只能用低速设备的速度来传输数据输数据2 2异步方式异步方式比同步方式慢比同步方式慢总线频带窄总线频带窄总线传输周期长总线传输周期长总线传送控
10、制总线传送控制主主clk从从主主从从REQACK5.2 IBM PC5.2 IBM PC总线总线 IBM PCIBM PC的的I/OI/O通道是系统总线的扩充，通道是系统总线的扩充，IBM PC/XTIBM PC/XT个人计算机上采个人计算机上采用的微型计算机总线，亦称用的微型计算机总线，亦称XTXT总线。总线。IBMIBM对对I/OI/O通道上的信号名称通道上的信号名称性质、方向时序、引脚排列都有明确的要求，以便厂家和用户制性质、方向时序、引脚排列都有明确的要求，以便厂家和用户制作与之匹配的插件板，这一规范亦被称为作与之匹配的插件板，这一规范亦被称为IBM PCIBM PC总线标准。总线标准
11、。PC/XTPC/XT系统的主板上有五个功能区，分别是处理器子系统、系统的主板上有五个功能区，分别是处理器子系统、ROMROM子子系统、系统、RAMRAM子系统、各种子系统、各种I/OI/O适配器（模板）插槽和适配器（模板）插槽和I/OI/O通道支持通道支持部件。部件。PC/XTPC/XT有有8 8个个6262芯扩展槽，这芯扩展槽，这8 8个扩展槽是实现对系统进行扩展的个扩展槽是实现对系统进行扩展的手段，扩展槽上可以插入不同功能的插件板，用来扩充系统的功手段，扩展槽上可以插入不同功能的插件板，用来扩充系统的功能，能，PC/XTPC/XT可以通过在可以通过在I/OI/O扩展槽中插入相应的适配器而
12、连接各种扩展槽中插入相应的适配器而连接各种外设。外设。 与扩展槽相连的与扩展槽相连的6262根线组成根线组成IBM PC/XTIBM PC/XT系统总线，系统总线，包括包括8 8位数据线、位数据线、2020位地址线、位地址线、6 6级中断请求信号，级中断请求信号，DMADMA通道控制信号、读写线、时通道控制信号、读写线、时钟信号线和电源线等。钟信号线和电源线等。A A面是元件，面是元件，B B面是焊接面。面是焊接面。5.3 ISA5.3 ISA总线总线 ISAISA总线是工业标准体系结构总线，是由美国总线是工业标准体系结构总线，是由美国IBMIBM公司推出公司推出的的1616位标准总线，位标准
13、总线，最高工作频率为最高工作频率为8MHz8MHz，2424根地址线，根地址线，1616位数据线，拥有大量接口卡，历经位数据线，拥有大量接口卡，历经286286、386386、486486和和PentiumPentium几代微机。几代微机。主要性能指标：主要性能指标：ISAISA在在PCPC总线的基础上又扩展了总线的基础上又扩展了3636线（线（9898线）线） 8 8位插座由位插座由6262个引脚组成。个引脚组成。8/168/16位扩展插座分位扩展插座分6262线和线和3636线两个插槽，支持线两个插槽，支持8 8位和位和1616位位插卡。支持插卡。支持16M16M存储空间。存储空间。151
14、5级中断和级中断和7 7个个DMADMA通道通道C18外内A1B1A31B31C1D1D182.5410.16138.5ISAISA总线总线接口信号接口信号ISAISA总线扩展卡的设计总线扩展卡的设计金手指靠外边靠里边芯片芯片芯片扩展卡元件面722.8129.54157.910.165.4 PCI5.4 PCI总线总线 PCIPCI（Periphearal Component InlerconnectPeriphearal Component Inlerconnect）总线，即外围部）总线，即外围部件互连总线是件互连总线是19911991年下半年由年下半年由IntelIntel公司首先提出的，
15、是一种全公司首先提出的，是一种全新的局部总线标准。该总线插槽为白色。新的局部总线标准。该总线插槽为白色。 PCIPCI总线的特点：总线的特点：1)1) 独立于处理器独立于处理器2) 2) 传输效率高传输效率高3) 3) 多总线共存多总线共存4) 4) 支持突发传输支持突发传输 5) 5) 支持总线主控方式支持总线主控方式6) 6) 采用同步操作采用同步操作 7) 7) 支持两种电压下的扩展卡支持两种电压下的扩展卡 8) 8) 具有即插即用功能具有即插即用功能 9) 9) 合理的管脚安排合理的管脚安排 10) 10) 预留扩展空间预留扩展空间 PCIPCI总线系统的结构总线系统的结构 图 5.4
16、.1 PCI 系统结构示意图 标准总线 （ISA、EISA） CPU 控制器、存储器 PCI 主桥 标准总线桥路 设备 桥路 1 桥路 2 设备 PCI 总线 2 PCI 总线 1 PCI 总线 PCIPCI桥桥 从结构上看，从结构上看，PCIPCI局部总线是在局部总线是在ISAISA总线和总线和CPUCPU总线之间增总线之间增加一级总线，由加一级总线，由PCIPCI局部总线控制器（或称为局部总线控制器（或称为“桥桥”，BridgeBridge）相连接。这样可将一些高速外设，例如网络适配）相连接。这样可将一些高速外设，例如网络适配卡、磁盘控制器等从卡、磁盘控制器等从ISAISA总线上卸下来，通
17、过总线上卸下来，通过PCIPCI局部总线局部总线直接挂在直接挂在CPUCPU总线上，使之与高速的总线上，使之与高速的CPUCPU总线相匹配。总线相匹配。PCIPCI局部总线带宽局部总线带宽3232位，可扩展至位，可扩展至6464位位。 桥也叫桥连器桥也叫桥连器，实际上这是一个总线转换部件，其功能是，实际上这是一个总线转换部件，其功能是连接两条计算机总线，使总线间相互通讯。连接两条计算机总线，使总线间相互通讯。桥可以把一条总线的地址空间映射到另一条总线的地址空桥可以把一条总线的地址空间映射到另一条总线的地址空间，可以使系统中每一台总线主设备（间，可以使系统中每一台总线主设备（MasterMast
18、er）能看到同）能看到同样的一份地址表。从整个存储系统看，有了整体性统一的样的一份地址表。从整个存储系统看，有了整体性统一的直接地址表，可以大大简化编程模型。直接地址表，可以大大简化编程模型。在在PCIPCI规范中，提出了三种桥的设计：规范中，提出了三种桥的设计：（1 1）主桥，）主桥，就是就是CPUCPU至至PCIPCI的桥；的桥；（2 2）标准总线桥，）标准总线桥，即即PCIPCI至标准总线如至标准总线如ISAISA、EISAEISA、微通、微通道之间的桥。道之间的桥。（3 3）PCIPCI桥，桥，在在PCIPCI与与PCIPCI之间的桥。其中，主桥称为北桥之间的桥。其中，主桥称为北桥（N
19、orth BridgeNorth Bridge）；其它的桥称为南桥（）；其它的桥称为南桥（South BridgeSouth Bridge）。）。 PCIPCI信号定义（信号定义（1 1）1. 1. 系统接口信号系统接口信号 CLK INCLK IN：PCIPCI系统总线时钟系统总线时钟 最高最高33MHz/66MHz33MHz/66MHz，最低，最低0Hz0Hz。PCIPCI大部分信号在大部分信号在CLKCLK的的上升沿有效。上升沿有效。2.2.地址与数据接口信号地址与数据接口信号AD31:00 T/SAD31:00 T/S：地址、数据多路复用的输入地址、数据多路复用的输入/ /输出信号输出
20、信号 在在FRAME#FRAME#有效的第有效的第1 1个时钟，个时钟，AD31:00AD31:00上传送的是上传送的是3232位地址，称为地址期位地址，称为地址期 。 在在IRDY#IRDY#和和TRDY#TRDY#同时有效时，同时有效时，AD31:00AD31:00上传送的为上传送的为3232位数据，称为数据期。位数据，称为数据期。C/BE3:0# T/SC/BE3:0# T/S：总线命令和字节使能多路复用信号线总线命令和字节使能多路复用信号线 PAR T/SPAR T/S：针对针对AD31:00AD31:00和和C/BE3:0#C/BE3:0#进行奇偶校验的进行奇偶校验的校验位校验位 P
21、CIPCI信号定义（信号定义（2 2）3.3.接口控制信号接口控制信号FRAME# S/T/SFRAME# S/T/S：帧周期信号帧周期信号 IRDY# S/T/SIRDY# S/T/S：主设备准备好信号主设备准备好信号 TRDY# S/T/STRDY# S/T/S：从设备准备好信号从设备准备好信号 STOP# S/T/SSTOP# S/T/S：从设备发出的要求主设备终止当前的数据从设备发出的要求主设备终止当前的数据传送的信号。传送的信号。LOCK# S/T/SLOCK# S/T/S：锁定信号锁定信号 IDSEL INIDSEL IN：初始化设备选择信号初始化设备选择信号DEVSEL# S/T
22、/SDEVSEL# S/T/S：设备选择信号设备选择信号 4.4.仲裁接口信号仲裁接口信号REQ# T/SREQ# T/S：总线占用请求信号总线占用请求信号GNT# T/SGNT# T/S：总线占用允许信号总线占用允许信号5.5.错误报告接口信号错误报告接口信号PERR# S/T/SPERR# S/T/S：数据奇偶校验错误报告信号数据奇偶校验错误报告信号SERR# O/DSERR# O/D：系统错误报告信号系统错误报告信号PCIPCI信号定义（信号定义（3 3）6.6.中断接口信号中断接口信号PCIPCI有有4 4条中断线，条中断线，分别是分别是INTA#INTA#、INTB#INTB#、IN
23、TC#INTC#、INTD# INTD# ，电平触发，多功能设备可以任意选择一个或多个中断线，电平触发，多功能设备可以任意选择一个或多个中断线，单功能设备只能用单功能设备只能用INTA#INTA#。7. 647. 64位总线扩展信号位总线扩展信号AD63:32 T/SAD63:32 T/S：扩展的扩展的3232位地址和数据多路复用线位地址和数据多路复用线C/BE7:4# T/SC/BE7:4# T/S：总线命令和字节使能多路复用扩展信总线命令和字节使能多路复用扩展信号线号线 REQ64# S/T/SREQ64# S/T/S，6464位传输请求信号位传输请求信号ACK64# S/T/SACK64
24、# S/T/S：6464位传输允许信号位传输允许信号PAR64 T/SPAR64 T/S：奇偶双字节校验奇偶双字节校验 PCIPCI插槽插槽5V 32位插槽位插槽5V 64位插槽位插槽3.3V 32位插槽位插槽3.3V 64位插槽位插槽连 接连 接卡口卡口a. 4种种PCI卡插槽卡插槽A1外内A49A52B1B49B52A62B621.273.8277.48b. 5V32位位PCI插槽插槽PCIPCI总线扩展卡的设计总线扩展卡的设计ICICIC1.9160.9612.741.680 5V32位位PCI卡尺寸卡尺寸外边里边PCIPCI总线命令总线命令C/BE3:0#C/BE3:0#命令类型说明命
25、令类型说明C/BE3:0#C/BE3:0#命令类型说明命令类型说明00000000中断响应中断响应10001000保留保留00010001特殊周期特殊周期10011001保留保留00100010I/OI/O读读( (从从I/OI/O端口地址中读数据端口地址中读数据) )10101010配置读配置读00110011I/OI/O写写( (向向I/OI/O端口地址中写数据端口地址中写数据) )10111011配置写配置写01000100保留保留11001100存储器多行读存储器多行读01010101保留保留11011101双地址周期双地址周期01100110存储器读存储器读( (从内存空间映像中读数
26、从内存空间映像中读数) )11101110存储器行读存储器行读01110111存储器写存储器写( (向内存空间映像中写向内存空间映像中写) )11111111存储器写并无效存储器写并无效PCIPCI总线的传输控制总线的传输控制遵循的管理规则：遵循的管理规则：(1)(1)FRAME#FRAME#和和IRDY#IRDY#定义了总线的忙定义了总线的忙/ /闲状态。闲状态。 1111空闲、空闲、0000数据、数据、1010最后一个数据、最后一个数据、0101等待状态。等待状态。(2) (2) 一旦一旦FRAME#FRAME#信号被置为无效，在同一传输期间不能重信号被置为无效，在同一传输期间不能重新设置
27、。新设置。(3) (3) 除非设置除非设置IRDY#IRDY#信号，一般情况下不能设置信号，一般情况下不能设置FRAME#FRAME#信号信号无效。无效。(4) (4) 一旦主设备设置了一旦主设备设置了IRDY#IRDY#信号，直到当前数据期结束为信号，直到当前数据期结束为止，主设备一般不能改变止，主设备一般不能改变IRDY#IRDY#信号和信号和FRAME#FRAME#信号的状信号的状态。态。PCIPCI总线的寻址总线的寻址在在I/OI/O地址空间，地址空间，3232位位ADAD线全部被用来提供一个完整的地线全部被用来提供一个完整的地址编码（字节地址）。址编码（字节地址）。AD1:0AD1:
28、0和和C/BE3:0C/BE3:0指明传输的最低有效字节。指明传输的最低有效字节。PCIPCI总线上不能进行字节的交换。但是，具有总线上不能进行字节的交换。但是，具有6464位通道的位通道的主设备可以进行主设备可以进行DWORDDWORD（双字）的交换。（双字）的交换。 主设备可以在每个新数据期开始的时钟前沿改变字节使能主设备可以在每个新数据期开始的时钟前沿改变字节使能信号，且在整个数据期中保持不变。信号，且在整个数据期中保持不变。读缓冲中的数据可以不考虑字节使能信号，而传送所有的读缓冲中的数据可以不考虑字节使能信号，而传送所有的字节。字节。从一个设备驱动总线到另一个设备驱动从一个设备驱动总线
29、到另一个设备驱动PCIPCI总线之间设置总线之间设置一个过渡期，又称为交换周期，以防止总线访问冲突。一个过渡期，又称为交换周期，以防止总线访问冲突。在每个地址（数据）期中，所有的在每个地址（数据）期中，所有的ADAD线都必须被驱动到稳线都必须被驱动到稳定的状态（数据），包括那些字节使能信号表明无效的字定的状态（数据），包括那些字节使能信号表明无效的字节所对应的节所对应的ADAD线。线。 PCIPCI设备选择时序设备选择时序DEVSEL#DEVSEL#与与FRAME#FRAME#、TRDY#TRDY#具有定时关系。具有定时关系。CLKFRAME#IRDY#TRDY#DEVSEL#12345678
30、FAST MED SLOWPCIPCI总线读操作总线读操作CLKFRAME#123456789ADC/BE#IRDY#TRDY#DEVSEL#ADDRESSDATA1DATA2DATA3BUSCMDBE#s地址期地址期数据期数据期数据期数据期数据期数据期PCI总线写操作总线写操作CLKFRAME#123456789ADC/BE#IRDY#TRDY#DEVSEL#ADDRESSDATA2DATA1DATA3BUSCMD地址期地址期数据期数据期数据期数据期数据期数据期BEs1 BEs2BEs3PCIPCI中断响应周期中断响应周期CLKFRAME#12345ADC/BE#IRDY#TRDY#无效无效
31、向量向量0000BE#s（1110）DEVSEL #PCIPCI总线传输的终止总线传输的终止(1) (1) 由主设备提出的终止由主设备提出的终止 传输结束传输结束超时超时(GNT#(GNT#信号在内部延时计数器满后仍无效信号在内部延时计数器满后仍无效) ) 撤消撤消FRAME#FRAME#，建立，建立IRDY#IRDY#，直到，直到TRDY#TRDY#有效后传输完最有效后传输完最后一个数据后一个数据(2) (2) 由从设备提出的终止由从设备提出的终止 死锁后重试死锁后重试断开（断开（8 8个时钟周期内从设备不能对主设备做出响应）。个时钟周期内从设备不能对主设备做出响应）。 发出发出STOP#S
32、TOP#信号并保持其有效，直到信号并保持其有效，直到FRAME#FRAME#撤消为止。撤消为止。PCIPCI设备的配置空间设备的配置空间在系统启动的时候由在系统启动的时候由BIOSBIOS代码执行设备配置。代码执行设备配置。一旦即插即一旦即插即用用OSOS（如（如Windows2000Windows2000）启动后，控制就传递给）启动后，控制就传递给OSOS，OSOS接接管设备管理。管设备管理。定义一个定义一个PCIPCI总线配置空间的目的在于提供一套适当的配总线配置空间的目的在于提供一套适当的配置措施，使之实现完全的设备再定位而置措施，使之实现完全的设备再定位而无需用户干预安装、无需用户干预
33、安装、配置和引导，配置和引导，并由与设备无关的软件进行系统地址映射。并由与设备无关的软件进行系统地址映射。 所有所有PCIPCI设备都必须实现设备都必须实现PCIPCI协议规定必需的配置寄存器，协议规定必需的配置寄存器，以便系统加电的时候利用这些寄存器的信息来进行系统配以便系统加电的时候利用这些寄存器的信息来进行系统配置。对置。对PCIPCI的配置访问实际上就是访问设备的配置寄存器。的配置访问实际上就是访问设备的配置寄存器。PCIPCI配置空间头区域配置空间头区域PCIPCI配置单元说明配置单元说明(1)(1)设备识别设备识别 头区域有头区域有7 7个寄存器（字段）用于设备的识别。个寄存器（字
34、段）用于设备的识别。(2)(2)设备控制设备控制表现在命令寄存器为发出和响应表现在命令寄存器为发出和响应PCIPCI总线命令提供了对设备粗略的控制。总线命令提供了对设备粗略的控制。 (3)(3)设备状态设备状态状态寄存器用于记录状态寄存器用于记录PCIPCI总线有关操作的状态信息。总线有关操作的状态信息。 (4)(4)基址寄存器基址寄存器PCIPCI设备的配置空间可以在微处理器决定的地址空间中浮动，以便简化设设备的配置空间可以在微处理器决定的地址空间中浮动，以便简化设备的配置过程。系统初始化代码在引导操作系统之前，必须建立一个统一备的配置过程。系统初始化代码在引导操作系统之前，必须建立一个统一
35、的地址映射关系，以确定系统中有多少存储器和的地址映射关系，以确定系统中有多少存储器和I/OI/O控制器，它们需要占控制器，它们需要占用多少地址空间。当确定这些信息之后，系统初始化代码便可以把用多少地址空间。当确定这些信息之后，系统初始化代码便可以把I/OI/O控控制器映射到合理的地址空间并引导系统。制器映射到合理的地址空间并引导系统。为了使这种映射能够做到与相应的设备无关，在配置空间的头区域中安排为了使这种映射能够做到与相应的设备无关，在配置空间的头区域中安排了一组供映射时使用的基址寄存器。了一组供映射时使用的基址寄存器。 (5)(5)头区域中其它寄存器头区域中其它寄存器中断引脚寄存器：中断引
36、脚寄存器：8 8位只读寄存器，指明设备使用了位只读寄存器，指明设备使用了PCIPCI的哪个中断引脚。的哪个中断引脚。1 1代表代表INTA#INTA#，2 2为为INTB#INTB#中断请求线寄存器：中断请求线寄存器：8 8位可读位可读/ /写寄存器，指明设备的中断引脚和写寄存器，指明设备的中断引脚和PCPC机的机的 8259A8259A的哪个中断输入线连。的哪个中断输入线连。Min_GntMin_Gnt/Max_lat/Max_lat寄存器：寄存器：Min_GntMin_Gnt用来指定设备需要多长的突发传输时间。用来指定设备需要多长的突发传输时间。Max_latMax_lat用来表示对用来表
37、示对PCIPCI总线进行访问的频繁程度。总线进行访问的频繁程度。几种主要总线性能比较几种主要总线性能比较 总线总线 宽度宽度 传输率传输率 自动配置自动配置 并发工作并发工作 突发方式突发方式 支持支持3.3V 3.3V 规范性规范性 复杂性复杂性 扩展性扩展性 ISA 16 5MBPS ISA 16 5MBPS 无无 无无 无无 无无 差差 简单简单 较好较好EISA 32 33 EISA 32 33 有有 无无 有限有限 无无 好好 复杂复杂 较好较好VESA 32 132 VESA 32 132 无无 无无 有限有限 无无 差差 简单简单 差差PCI 32/64 132/264 PCI
38、32/64 132/264 有有 有有 无限无限 有有 较好较好 复杂复杂 好好 5.5 STD5.5 STD总线总线 STDSTD总线总线（Standard busStandard bus）是美国）是美国PROLOGPROLOG公司于公司于19781978年宣年宣布的一种工业标准微机总线，它是一种布的一种工业标准微机总线，它是一种5656线的小底板总线。线的小底板总线。实践证明，实践证明，STDSTD总线是最可靠的工业标准总线。总线是最可靠的工业标准总线。STDSTD总线的特点是：总线的特点是：1 1高可靠性高可靠性 2 2小板结构，开放式组态小板结构，开放式组态 3 3兼容式的总线结构兼容
39、式的总线结构 4 4产品配套、功能齐全产品配套、功能齐全 5 5STDSTD软件开发环境软件开发环境 STDSTD总结连接器和引出脚可装在一块母板上，该母板允许总结连接器和引出脚可装在一块母板上，该母板允许任何一种模板插在某任一插槽上，构成不同的工业控制机。任何一种模板插在某任一插槽上，构成不同的工业控制机。STDSTD的母板用来沟通各模板的数据线，地址线等信息，母的母板用来沟通各模板的数据线，地址线等信息，母板会产生时间延迟和地线环路，也容易造成线间阻抗不匹板会产生时间延迟和地线环路，也容易造成线间阻抗不匹配，增大并行信号的串扰噪声。为此，配，增大并行信号的串扰噪声。为此，STDSTD总线设
40、计了一总线设计了一种种高性能母板，一般采用高性能母板，一般采用4 4层印刷板结构层印刷板结构，将电源线和地，将电源线和地线做在中间两层，使原来信号线的特性阻抗降为线做在中间两层，使原来信号线的特性阻抗降为6060，接，接近总线驱动阻抗。近总线驱动阻抗。STDSTD总线规范总线规范 1 1总线引脚分配总线引脚分配 STDSTD总线一共有总线一共有5656根，可分为根，可分为5 5个功能组：个功能组： 逻辑电源线逻辑电源线 6 6根，引脚根，引脚1 16 6； 数据总线数据总线 8 8根，引脚根，引脚7 71414； 地址总线地址总线 1616根，引脚根，引脚15153030； 控制总线控制总线
41、2222根，引脚根，引脚31315252； 辅助电源线辅助电源线 4 4根，引脚根，引脚53535656。 控制总线可分为控制总线可分为5 5个部分：存储器和个部分：存储器和I/OI/O控制；外设定时；时钟和复位；控制；外设定时；时钟和复位；中断和总线控制；串行优先级链。中断和总线控制；串行优先级链。 2 2电气规范电气规范（1 1）逻辑信号特性）逻辑信号特性STDSTD总线被设计为同工业标准总线被设计为同工业标准TTLTTL或高速或高速CMOSCMOS逻辑电平相兼容。逻辑电平相兼容。TTLTTL总总线模板的线模板的V VOHOH和和V VIHIH的最小值分别不能低于的最小值分别不能低于2.4
42、V2.4V和和2.02.0V V，V VOLOL和和V VILIL的最大的最大值分别不能高于值分别不能高于0.5V0.5V和和0.80.8V V。CMOSCMOS总线模板的总线模板的V VOHOH和和V VIHIH的最小值分别不能低于的最小值分别不能低于3.76V3.76V和和3.853.85V V，V VOLOL和和V VILIL的最大值分别不能高于的最大值分别不能高于0.37V0.37V和和0.90.9V V。（2 2）总线驱动和负载特性）总线驱动和负载特性 在模板上每个总线信号只能有一个负载，总线驱动必须满足在模板上每个总线信号只能有一个负载，总线驱动必须满足I IOLOL=24mA=2
43、4mA（TTLTTL总线模板）或总线模板）或I IOLOL=6mA=6mA（CMOSCMOS模板）电流吸收器的要求。模板）电流吸收器的要求。（3 3）最大额定电压为）最大额定电压为+ +VccVcc= =0.5V0.5V。超过此值就会损坏板上的元件。超过此值就会损坏板上的元件。 STDSTD总线工业控制机的应用系统模式总线工业控制机的应用系统模式 工业控制机，工业控制机，即能提供各种控制功能，可以和被控工业对象直接即能提供各种控制功能，可以和被控工业对象直接接口，能够在苛刻的工业环境中可靠运行的计算机系统。接口，能够在苛刻的工业环境中可靠运行的计算机系统。 STDSTD工业控制机的应用系统模式
44、有以下几种：工业控制机的应用系统模式有以下几种：1 1独立工作模式独立工作模式 这种模式采用基本系统（如这种模式采用基本系统（如CPU+CPU+键盘键盘+ +显示）加上工业用显示）加上工业用I/OI/O模板模板构成控制系统。对于小型控制系统，只要构成控制系统。对于小型控制系统，只要CPUCPU板上的存储器即可。板上的存储器即可。若系统较大，则可扩充存储器模板，甚至可以在系统中增加软盘若系统较大，则可扩充存储器模板，甚至可以在系统中增加软盘控制器接口板和软驱，使系统可运行微机的标准操作系统，这样控制器接口板和软驱，使系统可运行微机的标准操作系统，这样规模的系统即可用作目标系统，也可用作开发系统。
45、规模的系统即可用作目标系统，也可用作开发系统。2 2作为其它计算机的前端控制机作为其它计算机的前端控制机 STDSTD系统参与实时在线控制，由系统参与实时在线控制，由PCPC机负责调度、管理和复杂的计机负责调度、管理和复杂的计算。如对一个最优控制系统，算。如对一个最优控制系统，PCPC机担负寻优计算及管理和调度任机担负寻优计算及管理和调度任务，它把最优工艺参数设置给务，它把最优工艺参数设置给STDSTD系统，而系统，而STDSTD系统则完成实时在系统则完成实时在线控制，并把采集到的数据和执行结果回送给后台机。线控制，并把采集到的数据和执行结果回送给后台机。3 3构成分布式网络构成分布式网络 可
46、以采用可以采用RS-232RS-232或或RS-422RS-422总线或其它方式进行通信。该系统中的总线或其它方式进行通信。该系统中的各各STDSTD分站可以任选各种分站可以任选各种I/OI/O模板。典型模式的远程式分布系统，模板。典型模式的远程式分布系统，一种是星形式分布系统，另一种是总线式分布系统，采用双绞线，一种是星形式分布系统，另一种是总线式分布系统，采用双绞线，中心机和各分站各自带中心机和各分站各自带RS-232CRS-232C接口，在每个接口，在每个RS-232CRS-232C接口端电缆接口端电缆上增加一块远程接收和发送转换板，传送距离可达数公里。上增加一块远程接收和发送转换板，传
47、送距离可达数公里。5.6 IEEE 4885.6 IEEE 488总线总线 IEEE 488IEEE 488总线是美国总线是美国HPHP公司最先提出，到公司最先提出，到19751975年形成标准。又称年形成标准。又称HP HP HBHB，还称，还称GP-IBGP-IB或或IEC-IBIEC-IB。它们是国际标准的通用接口总线。它是。它们是国际标准的通用接口总线。它是一种异步双向总线。专门用于连接系统而不是连接部件或模块的。一种异步双向总线。专门用于连接系统而不是连接部件或模块的。例如计算机与电压表、信号发生器、程控电源等测量仪器以及各种例如计算机与电压表、信号发生器、程控电源等测量仪器以及各种
48、仪表间的信息通讯。仪表间的信息通讯。IEEE 488IEEE 488总线的特点总线的特点 1 1有一个有一个8 8位宽的数据通道，可以传输二进制数或位宽的数据通道，可以传输二进制数或ASCIIASCII码，也可码，也可以传送状态字和控制字。以传送状态字和控制字。 2 2系统采用位并行、字节串行、三线异步传送技术，允许不同速系统采用位并行、字节串行、三线异步传送技术，允许不同速度的装置工作在同一系统内。度的装置工作在同一系统内。 3 3系统采用两头带系统采用两头带2424芯插头座的无源电缆将系统内的各装置互相芯插头座的无源电缆将系统内的各装置互相连接起来。电缆应采用串扰较少的扁平电缆。连接起来。
49、电缆应采用串扰较少的扁平电缆。 4 4该总线连接的设备最多不得超过该总线连接的设备最多不得超过1515个。整个系统连接电缆最长个。整个系统连接电缆最长不得超过不得超过2020米，若超过时，需附加硬件或调制解调装置。米，若超过时，需附加硬件或调制解调装置。 5 5由于用软件挂钩来执行由于用软件挂钩来执行IEEE 488IEEE 488各接口功能，因此速度较慢。各接口功能，因此速度较慢。信号的最大传送速度为信号的最大传送速度为1 1兆字节兆字节/ /秒。秒。 6 6总线共有总线共有1616条信号线，采用负逻辑的条信号线，采用负逻辑的TTLTTL电平，低电平电平，低电平+0.8V+0.8V为为“1”
50、1”，高电平，高电平+2.0V+2.0V为为“0”0”。 7 7地址容量为听地址地址容量为听地址3131个，讲地址个，讲地址3131个，地址可扩展到个，地址可扩展到961961个。个。 8 8接口功能有十种。接口功能有十种。 IEEE 488IEEE 488总线结构总线结构 488488总线由总线由1616条信号线组成，其中条信号线组成，其中8 8条双向数据总线，条双向数据总线，3 3条信号交条信号交换线，换线，5 5条接口管理控制线。条接口管理控制线。被连接的设备可以是发话器被连接的设备可以是发话器( (发送发送器器) )，可以是受话器，可以是受话器( (接收器接收器) )，还可以既是发话器