總線(xiàn)技術(shù)知識(shí)大盤(pán)點(diǎn)：總線(xiàn)的原理、分類(lèi)及技術(shù)指標(biāo)你知道多少呢？

1. 總線(xiàn)基礎(chǔ)

總線(xiàn)（Bus）是計(jì)算機(jī)各種功能部件之間傳送信息的公共通信干線(xiàn)，它是由導(dǎo)線(xiàn)組成的傳輸線(xiàn)束，按照計(jì)算機(jī)所傳輸?shù)男畔⒎N類(lèi)，計(jì)算機(jī)的總線(xiàn)可以劃分為數(shù)據(jù)總線(xiàn)、地址總線(xiàn)和控制總線(xiàn)，分別用來(lái)傳輸數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)地址和控制信號(hào)?？偩€(xiàn)是一種內(nèi)部結(jié)構(gòu)，它是CPU、內(nèi)存、輸入、輸出設(shè)備傳遞信息的公用通道，主機(jī)的各個(gè)部件通過(guò)總線(xiàn)相連接，外部設(shè)備通過(guò)相應(yīng)的接口電路再與總線(xiàn)相連接，從而形成了計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)。在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，各個(gè)部件之間傳送信息的公共通路叫總線(xiàn)，微型計(jì)算機(jī)是以總線(xiàn)結(jié)構(gòu)來(lái)連接各個(gè)功能部件的。

2. 總線(xiàn)的工作原理

當(dāng)總線(xiàn)空閑（其他器件都以高阻態(tài)形式連接在總線(xiàn)上）且一個(gè)器件要與目的器件通信時(shí)，發(fā)起通信的器件驅(qū)動(dòng)總線(xiàn)，發(fā)出地址和數(shù)據(jù)。其他以高阻態(tài)形式連接在總線(xiàn)上的器件如果收到（或能夠收到）與自己相符的地址信息后，即接收總線(xiàn)上的數(shù)據(jù)。發(fā)送器件完成通信，將總線(xiàn)讓出（輸出變?yōu)楦咦钁B(tài)）。

3. 總線(xiàn)的分類(lèi)

A. 按功能和規(guī)范分。

圖1三類(lèi)總線(xiàn)在微機(jī)系統(tǒng)中的地位和關(guān)系

（1） 片總線(xiàn)（Chip Bus， C-Bus） 又稱(chēng)元件級(jí)總線(xiàn)，是把各種不同的芯片連接在一起構(gòu)成特定功能模塊（如CPU模塊）的信息傳輸通路，它的寬度可以是8、16、32或64位。目前比較流行的幾種內(nèi)部總線(xiàn)技術(shù)：I2C總線(xiàn)、SCI總線(xiàn)等。

（2） 內(nèi)總線(xiàn)（Internal Bus， I-Bus） 又稱(chēng)系統(tǒng)總線(xiàn)或板級(jí)總線(xiàn)，是微機(jī)系統(tǒng)中各插件（模塊）之間的信息傳輸通路。例如CPU模塊和存儲(chǔ)器模塊或I/O接口模塊之間的傳輸通路。常用的有PC總線(xiàn)、AT總線(xiàn)（ISA總線(xiàn)）、PCI總線(xiàn)等。

（3） 外總線(xiàn)（External Bus， E-Bus）

又稱(chēng)通信總線(xiàn)，是微機(jī)系統(tǒng)之間或微機(jī)系統(tǒng)與其他系統(tǒng)（儀器、儀表、控制裝置等）之間信息傳輸?shù)耐?，如EIA RS-232C、IEEE-488等。

其中的系統(tǒng)總線(xiàn)，即通常意義上所說(shuō)的總線(xiàn)，一般又含有三種不同功能的總線(xiàn)，即數(shù)據(jù)總線(xiàn)DB、地址總線(xiàn)AB和控制總線(xiàn)CB。有的系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)總線(xiàn)和地址總線(xiàn)是復(fù)用的，即總線(xiàn)在某些時(shí)刻出現(xiàn)的信號(hào)表示數(shù)據(jù)而另一些時(shí)刻表示地址；而有的系統(tǒng)是分開(kāi)的。51系列單片機(jī)的地址總線(xiàn)和數(shù)據(jù)總線(xiàn)是復(fù)用的，而一般PC中的總線(xiàn)則是分開(kāi)的?！皵?shù)據(jù)總線(xiàn)DB”用于傳送數(shù)據(jù)信息。數(shù)據(jù)總線(xiàn)是雙向三態(tài)形式的總線(xiàn)，即他既可以把CPU的數(shù)據(jù)傳送到存儲(chǔ)器或I／O接口等其它部件，也可以將其它部件的數(shù)據(jù)傳送到CPU。數(shù)據(jù)總線(xiàn)的位數(shù)是微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要指標(biāo)，通常與微處理的字長(zhǎng)相一致。例如Intel 8086微處理器字長(zhǎng)16位，其數(shù)據(jù)總線(xiàn)寬度也是16位。需要指出的是，數(shù)據(jù)的含義是廣義的，它可以是真正的數(shù)據(jù)，也可以是指令代碼或狀態(tài)信息，有時(shí)甚至是一個(gè)控制信息，因此，在實(shí)際工作中，數(shù)據(jù)總線(xiàn)上傳送的并不一定僅僅是真正意義上的數(shù)據(jù)?！暗刂房偩€(xiàn)AB”是專(zhuān)門(mén)用來(lái)傳送地址的，由于地址只能從CPU傳向外部存儲(chǔ)器或I／O端口，所以地址總線(xiàn)總是單向三態(tài)的，這與數(shù)據(jù)總線(xiàn)不同。地址總線(xiàn)的位數(shù)決定了CPU可直接尋址的內(nèi)存空間大小，比如8位微機(jī)的地址總線(xiàn)為16位，則其最大可尋址空間為2^16＝64KB，16位微型機(jī)（x位處理器指一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)微處理器能處理的位數(shù)多少，即字長(zhǎng)大?。┑牡刂房偩€(xiàn)為20位，其可尋址空間為2^20＝1MB。一般來(lái)說(shuō)，若地址總線(xiàn)為n位，則可尋址空間為2^n字節(jié)。“控制總線(xiàn)CB”用來(lái)傳送控制信號(hào)和時(shí)序信號(hào)?？刂菩盘?hào)中，有的是微處理器送往存儲(chǔ)器和I／O接口電路的，如讀／寫(xiě)信號(hào)，片選信號(hào)、中斷響應(yīng)信號(hào)等；也有是其它部件反饋給CPU的，比如：中斷申請(qǐng)信號(hào)、復(fù)位信號(hào)、總線(xiàn)請(qǐng)求信號(hào)、設(shè)備就緒信號(hào)等。因此，控制總線(xiàn)的傳送方向由具體控制信號(hào)而定，一般是雙向的，控制總線(xiàn)的位數(shù)要根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際控制需要而定。實(shí)際上控制總線(xiàn)的具體情況主要取決于CPU。

B. 按傳輸數(shù)據(jù)的方式劃分

可以分為串行總線(xiàn)和并行總線(xiàn)。串行總線(xiàn)中，二進(jìn)制數(shù)據(jù)逐位通過(guò)一根數(shù)據(jù)線(xiàn)發(fā)送到目的器件；并行總線(xiàn)的數(shù)據(jù)線(xiàn)通常超過(guò)2根。常見(jiàn)的串行總線(xiàn)有SPI、I2C、USB及RS232等。常見(jiàn)并行總線(xiàn)有VME總線(xiàn)和PCI總線(xiàn)等。串行總線(xiàn)傳輸速度比并行快，并行總線(xiàn)的時(shí)鐘一般為33MHz或66MHz。

C. 按時(shí)鐘信號(hào)是否獨(dú)立分

可以分為同步總線(xiàn)和異步總線(xiàn)。同步總線(xiàn)的時(shí)鐘信號(hào)獨(dú)立于數(shù)據(jù)，而異步總線(xiàn)的時(shí)鐘信號(hào)是從數(shù)據(jù)中提取出來(lái)的。I2C總線(xiàn)、SPI總線(xiàn)、PCI總線(xiàn)、CPCI總線(xiàn)是同步串行總線(xiàn)，SCI總線(xiàn)、IEEE 488和ANSI X3.131-1986 SCSI總線(xiàn)、VME總線(xiàn)、RS232采用異步串行總線(xiàn)。

4. 總線(xiàn)的主要技術(shù)指標(biāo)

（1）總線(xiàn)的帶寬（總線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸速率）

總線(xiàn)的帶寬指的是單位時(shí)間內(nèi)總線(xiàn)上傳送的數(shù)據(jù)量，即每鈔鐘傳送MB的最大穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)傳輸率。與總線(xiàn)密切相關(guān)的兩個(gè)因素是總線(xiàn)的位寬和總線(xiàn)的工作頻率，它們之間的關(guān)系：總線(xiàn)的帶寬＝總線(xiàn)的工作頻率*總線(xiàn)的位寬/8 或者 總線(xiàn)的帶寬=（總線(xiàn)的位寬/8 ）/總線(xiàn)周期

（2）總線(xiàn)的位寬

總線(xiàn)的位寬指的是總線(xiàn)能同時(shí)傳送的二進(jìn)制數(shù)據(jù)的位數(shù)，或數(shù)據(jù)總線(xiàn)的位數(shù)，即32位、64位等總線(xiàn)寬度的概念?？偩€(xiàn)的位寬越寬，每秒鐘數(shù)據(jù)傳輸率越大，總線(xiàn)的帶寬越寬。

（3）總線(xiàn)的工作頻率

總線(xiàn)的工作時(shí)鐘頻率以MHZ為單位，工作頻率越高，總線(xiàn)工作速度越快，總線(xiàn)帶寬越寬。

5. 總線(xiàn)的優(yōu)缺點(diǎn)

采用總線(xiàn)結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點(diǎn)：

1、簡(jiǎn)化了硬件的設(shè)計(jì)。便于采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，面向總線(xiàn)的微型計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)只要按照這些規(guī)定制作cpu插件、存儲(chǔ)器插件以及I/O插件等，將它們連入總線(xiàn)就可工作，而不必考慮總線(xiàn)的詳細(xì)操作。

2、簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)清晰。連線(xiàn)少，底板連線(xiàn)可以印制化。

3、系統(tǒng)擴(kuò)充性好。一是規(guī)模擴(kuò)充，規(guī)模擴(kuò)充僅僅需要多插一些同類(lèi)型的插件。二是功能擴(kuò)充，功能擴(kuò)充僅僅需要按照總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)新插件，插件插入機(jī)器的位置往往沒(méi)有嚴(yán)格的限制。

4、系統(tǒng)更新性能好。因?yàn)閏pu、存儲(chǔ)器、I/O接口等都是按總線(xiàn)規(guī)約掛到總線(xiàn)上的，因而只要總線(xiàn)設(shè)計(jì)恰當(dāng)，可以隨時(shí)隨著處理器的芯片以及其他有關(guān)芯片的進(jìn)展設(shè)計(jì)新的插件，新的插件插到底板上對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行更新，其他插件和底板連線(xiàn)一般不需要改。

5、便于故障診斷和維修。用主板測(cè)試卡可以很方便找到出現(xiàn)故障的部位，以及總線(xiàn)類(lèi)型。

采用總線(xiàn)結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)：

1、利用總線(xiàn)傳送具有分時(shí)性。當(dāng)有多個(gè)主設(shè)備同時(shí)申請(qǐng)總線(xiàn)的使用是必須進(jìn)行總線(xiàn)的仲裁。

2、總線(xiàn)的帶寬有限，如果連接到總線(xiàn)上的個(gè)硬件設(shè)備沒(méi)有資源調(diào)控機(jī)制容易造成信息的延時(shí)（這在某些即時(shí)性強(qiáng)的地方是致命的）。

3、連到總線(xiàn)上的設(shè)備必須有信息的篩選機(jī)制，要判斷該信息是否是傳給自己的。

嵌入式總線(xiàn)技術(shù)分類(lèi)

一、 內(nèi)部總線(xiàn)、系統(tǒng)總線(xiàn)和外部總線(xiàn)

1、內(nèi)部總線(xiàn)

Internal Bus ：將處理器的所有結(jié)構(gòu)單元內(nèi)部相連。它的寬度可以是8、16、32、或64位。目前比較流行的幾種內(nèi)部總線(xiàn)技術(shù)：

I2C總線(xiàn)

I2C（Inter-IC）總線(xiàn)10多年前由Philips公司推出，是近年來(lái)在微電子通信控制領(lǐng)域廣泛采用的一種新型總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)。它是同步通信的一種特殊形式，具有接口線(xiàn)少，控制方式簡(jiǎn)化，器件封裝形式小，通信速率較高等優(yōu)點(diǎn)。在主從通信中，可以有多個(gè)I2C總線(xiàn)器件同時(shí)接到I2C總線(xiàn)上，通過(guò)地址來(lái)識(shí)別通信對(duì)象。 SPI總線(xiàn)

串行外圍設(shè)備接口SPI（serial peripheral interface）總線(xiàn)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(xiàn)是一種三線(xiàn)同步總線(xiàn)，因其硬件功能很強(qiáng)，所以，與SPI有關(guān)的軟件就相當(dāng)簡(jiǎn)單，使CPU有更多的時(shí)間處理其他事務(wù)。 SCI總線(xiàn)

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。

2、系統(tǒng)總線(xiàn)

系統(tǒng)總線(xiàn)又稱(chēng)內(nèi)總線(xiàn)或板級(jí)總線(xiàn)。因?yàn)樵摽偩€(xiàn)是用來(lái)連接微機(jī)各功能部件而構(gòu)成一個(gè)完整微機(jī)系統(tǒng)的，所以稱(chēng)之為系統(tǒng)總線(xiàn)。常用的有PC總線(xiàn)、AT總線(xiàn)（ISA總線(xiàn)）、PCI總線(xiàn)等。

系統(tǒng)總線(xiàn)上傳送的信息包括數(shù)據(jù)信息、地址信息、控制信息，因此，系統(tǒng)總線(xiàn)包含有三種不同功能的總線(xiàn)，即數(shù)據(jù)總線(xiàn)DB（Data Bus）、地址總線(xiàn)AB（Address Bus）和控制總線(xiàn)CB（Control Bus）

目前比較流行的幾種系統(tǒng)總線(xiàn)技術(shù)： ISA總線(xiàn)

ISA（industrial standard architecture）總線(xiàn)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(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)，所以也叫AT總線(xiàn)。它是對(duì)XT總線(xiàn)的擴(kuò)展，以適應(yīng)8/16位數(shù)據(jù)總線(xiàn)要求。它在80286至80486時(shí)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(xiàn)插槽。ISA總線(xiàn)有98只引腳。