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一文看懂嵌入式总线技术的原理、分类及技术指标

? 2017年04月24日 11:28 ? 次阅读

  1. 总线基础

  总线(Bus)是计算机各种功能部件之间传送信息的公共通信干线,它是由导线组成的传输线束,按照计算机所传输的信息种类,计算机的总线可以划分为数据总线、地址总线和控制总线,分别用来传输数据、数据地址和控制信号。总线是一种内部结构,它是CPU、内存、输入、输出设备传递信息的公用通道,主机的各个部件通过总线相连接,外部设备通过相应的接口电路再与总线相连接,从而形成了计算机硬件系统。在计算机系统中,各个部件之间传送信息的公共通路叫总线,微型计算机是以总线结构来连接各个功能部件的。

总线(Bus)是计算机各种功能部件之间传送信息的公共通信干线,它是由导线组成的传输线束,按照计算机所传输的信息种类,计算机的总线可以划分为数据总线、地址总线和控制总线,分别用来传输数据、数据地址和控制信号。总线是一种内部结构,它是CPU、内存、输入、输出设备传递信息的公用通道,主机的各个部件通过总线相连接,外部设备通过相应的接口电路再与总线相连接,从而形成了计算机硬件系统。在计算机系统中,各个部件之间传送信息的公共通路叫总线,微型计算机是以总线结构来连接各个功能部件的

  2. 总线的工作原理

  当总线空闲(其他器件都以高阻态形式连接在总线上)且一个器件要与目的器件通信时,发起通信的器件驱动总线,发出地址和数据。其他以高阻态形式连接在总线上的器件如果收到(或能够收到)与自己相符的地址信息后,即接收总线上的数据。发送器件完成通信,将总线让出(输出变为高阻态)。

  3. 总线的分类

  A. 按功能和规范分。

  图1三类总线在微机系统中的地位和关系

  (1) 片总线(Chip Bus, C-Bus) 又称元件级总线,是把各种不同的芯片连接在一起构成特定功能模块(如CPU模块)的信息传输通路,它的宽度可以是8、16、32或64位。目前比较流行的几种内部总线技术:I2C总线、SCI总线等。

  (2) 内总线(Internal Bus, I-Bus) 又称系统总线或板级总线,是微机系统中各插件(模块)之间的信息传输通路。例如CPU模块和存储器模块或I/O接口模块之间的传输通路。常用的有PC总线、AT总线(ISA总线)、PCI总线等。

  (3) 外总线(External Bus, E-Bus)

  又称通信总线,是微机系统之间或微机系统与其他系统(仪器、仪表、控制装置等)之间信息传输的通路,如EIA RS-232C、IEEE-488等。

  其中的系统总线,即通常意义上所说的总线,一般又含有三种不同功能的总线,即数据总线DB、地址总线AB和控制总线CB。有的系统中,数据总线和地址总线是复用的,即总线在某些时刻出现的信号表示数据而另一些时刻表示地址;而有的系统是分开的。51系列单片机的地址总线和数据总线是复用的,而一般PC中的总线则是分开的。“数据总线DB”用于传送数据信息。数据总线是双向三态形式的总线,即他既可以把CPU的数据传送到存储器或I/O接口等其它部件,也可以将其它部件的数据传送到CPU。数据总线的位数是微型计算机的一个重要指标,通常与微处理的字长相一致。例如Intel 8086微处理器字长16位,其数据总线宽度也是16位。需要指出的是,数据的含义是广义的,它可以是真正的数据,也可以是指令代码或状态信息,有时甚至是一个控制信息,因此,在实际工作中,数据总线上传送的并不一定仅仅是真正意义上的数据。“地址总线AB”是专门用来传送地址的,由于地址只能从CPU传向外部存储器或I/O端口,所以地址总线总是单向三态的,这与数据总线不同。地址总线的位数决定了CPU可直接寻址的内存空间大小,比如8位微机的地址总线为16位,则其最大可寻址空间为2^16=64KB,16位微型机(x位处理器指一个时钟周期内微处理器能处理的位数多少,即字长大小)的地址总线为20位,其可寻址空间为2^20=1MB。一般来说,若地址总线为n位,则可寻址空间为2^n字节。“控制总线CB”用来传送控制信号和时序信号。控制信号中,有的是微处理器送往存储器和I/O接口电路的,如读/写信号,片选信号、中断响应信号等;也有是其它部件反馈给CPU的,比如:中断申请信号、复位信号、总线请求信号、设备就绪信号等。因此,控制总线的传送方向由具体控制信号而定,一般是双向的,控制总线的位数要根据系统的实际控制需要而定。实际上控制总线的具体情况主要取决于CPU。

  B. 按传输数据的方式划分

  可以分为串行总线和并行总线。串行总线中,二进制数据逐位通过一根数据线发送到目的器件;并行总线的数据线通常超过2根。常见的串行总线有SPI、I2C、USB及RS232等。常见并行总线有VME总线和PCI总线等。串行总线传输速度比并行快,并行总线的时钟一般为33MHz或66MHz。

  C. 按时钟信号是否独立分

  可以分为同步总线和异步总线。同步总线的时钟信号独立于数据,而异步总线的时钟信号是从数据中提取出来的。I2C总线、SPI总线、PCI总线、CPCI总线是同步串行总线,SCI总线、IEEE 488和ANSI X3.131-1986 SCSI总线、VME总线、RS232采用异步串行总线。

  4. 总线的主要技术指标

  (1)总线的带宽(总线数据传输速率)

  总线的带宽指的是单位时间内总线上传送的数据量,即每钞钟传送MB的最大稳态数据传输率。与总线密切相关的两个因素是总线的位宽和总线的工作频率,它们之间的关系:总线的带宽=总线的工作频率*总线的位宽/8 或者 总线的带宽=(总线的位宽/8 )/总线周期

  (2)总线的位宽

  总线的位宽指的是总线能同时传送的二进制数据的位数,或数据总线的位数,即32位、64位等总线宽度的概念。总线的位宽越宽,每秒钟数据传输率越大,总线的带宽越宽。

  (3)总线的工作频率

  总线的工作时钟频率以MHZ为单位,工作频率越高,总线工作速度越快,总线带宽越宽。

  5. 总线的优缺点

  采用总线结构的主要优点:

  1、简化了硬件的设计。便于采用模块化结构设计方法,面向总线的微型计算机设计只要按照这些规定制作cpu插件、存储器插件以及I/O插件等,将它们连入总线就可工作,而不必考虑总线的详细操作。

  2、简化了系统结构。整个系统结构清晰。连线少,底板连线可以印制化。

  3、系统扩充性好。一是规模扩充,规模扩充仅仅需要多插一些同类型的插件。二是功能扩充,功能扩充仅仅需要按照总线标准设计新插件,插件插入机器的位置往往没有严格的限制。

  4、系统更新性能好。因为cpu、存储器、I/O接口等都是按总线规约挂到总线上的,因而只要总线设计恰当,可以随时随着处理器的芯片以及其他有关芯片的进展设计新的插件,新的插件插到底板上对系统进行更新,其他插件和底板连线一般不需要改。

  5、便于故障诊断和维修。用主板测试卡可以很方便找到出现故障的部位,以及总线类型。

  采用总线结构的缺点:

  1、利用总线传送具有分时性。当有多个主设备同时申请总线的使用是必须进行总线的仲裁。

  2、总线的带宽有限,如果连接到总线上的个硬件设备没有资源调控机制容易造成信息的延时(这在某些即时性强的地方是致命的)。

  3、连到总线上的设备必须有信息的筛选机制,要判断该信息是否是传给自己的。

  嵌入式总线技术分类

  一、 内部总线、系统总线和外部总线

  1、内部总线

  Internal Bus :将处理器的所有结构单元内部相连。它的宽度可以是8、16、32、或64位。目前比较流行的几种内部总线技术:

  I2C总线

  I2C(Inter-IC)总线10多年前由Philips企业推出,是近年来在微新萄京通信控制领域广泛采用的一种新型总线标准。它是同步通信的一种特殊形式,具有接口线少,控制方式简化,器件封装形式小,通信速率较高等优点。在主从通信中,可以有多个I2C总线器件同时接到I2C总线上,通过地址来识别通信对象。 SPI总线

  串行外围设备接口SPI(serial peripheral interface)总线技术是Motorola企业推出的一种同步串行接口。Motorola企业生产的绝大多数MCU(微控制器)都配有SPI硬件接口,如68系列MCU。SPI总线是一种三线同步总线,因其硬件功能很强,所以,与SPI有关的App就相当简单,使CPU有更多的时间处理其他事务。 SCI总线

  串行通信接口SCI(serial communicaTIon interface)也是由Motorola企业推出的。它是一种通用异步通信接口UART,与MCS-51的异步通信功能基本相同。

  2、系统总线

  系统总线又称内总线或板级总线。因为该总线是用来连接微机各功能部件而构成一个完整微机系统的,所以称之为系统总线。常用的有PC总线、AT总线(ISA总线)、PCI总线等。

  系统总线上传送的信息包括数据信息、地址信息、控制信息,因此,系统总线包含有三种不同功能的总线,即数据总线DB(Data Bus)、地址总线AB(Address Bus)和控制总线CB(Control Bus)

  目前比较流行的几种系统总线技术: ISA总线

  ISA(industrial standard architecture)总线标准是IBM 企业1984年为推出PC/AT机而建立的系统总线标准,所以也叫AT总线。它是对XT总线的扩展,以适应8/16位数据总线要求。它在80286至80486时代应用非常广泛,以至于现在奔腾机中还保留有ISA总线插槽。ISA总线有98只引脚。

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作为台积电最有竞争力的竞争对手,SAMSUNG联手IBM打造5nm新工艺叫板台积电。 为了实现这个壮举,就必...

发表于 2018-01-20 19:56 ? 1218次阅读
SAMSUNG联手IBM搞5nm新工艺叫板台积电 台积电5...

IBM好运不常在 四季度净亏损10.54亿美金

近日IBM发布了第四季度的财年报告,报告显示,四季度净利润未达市场预期,净亏损10.54亿美金,紧随...

发表于 2018-01-19 09:37 ? 138次阅读
IBM好运不常在 四季度净亏损10.54亿美金

先容IBM认为2018年最流行的五项IoT趋势

这就是为什么物联网技术将成为2018年及以后数字转型的主要推动力之一。使用物联网,成功的企业将能创造...

发表于 2018-01-18 17:03 ? 1599次阅读
先容IBM认为2018年最流行的五项IoT趋势

区块链会带来什么影响?美国银行是区块链专利最多的...

区块链技术在金融行业十分的火爆,他到底给大家带来了什么影响?有人认为区块链技术可能会重塑整个金融体系...

发表于 2018-01-17 08:57 ? 182次阅读
区块链会带来什么影响?美国银行是区块链专利最多的...

IBM已经成功构建50量子比特的量子计算处理器的...

IBM企业日前宣布其量子处理器取得了两项重大的进展,包括首款上线的IBM Q系统将配备20量子比特处...

发表于 2018-01-15 15:16 ? 879次阅读
IBM已经成功构建50量子比特的量子计算处理器的...

量子计算的竞争格局在2018年继续升温

2018年初,量子计算的竞争格局继续升温。但当下的量子计算格局就像是50年前的半导体芯片行业。

发表于 2018-01-15 14:23 ? 1118次阅读
量子计算的竞争格局在2018年继续升温

IBM计划在2018年对三分之一GTS的员工进行...

网易科技讯 1月12日消息,据英国科技媒体Register报道,IBM计划在2018年对全球技术服务...

发表于 2018-01-15 07:36 ? 245次阅读
IBM计划在2018年对三分之一GTS的员工进行...

2018年8家主要的存储厂商的评价以及面临三大挑...

2018年所有主要的存储厂商都面临三大挑战:提供更快数据访问的新技术,旨在围绕他们自己打造一个商用抽...

发表于 2018-01-13 09:04 ? 1520次阅读
2018年8家主要的存储厂商的评价以及面临三大挑...

IBM任命新CFO的背后是转型过程阵痛开始显现裁...

IBM是国际性的企业,在很多国家都有业务。这些国家都是作为单独的独立企业进行运作。大家权责发生制的财...

发表于 2018-01-12 16:45 ? 128次阅读
IBM任命新CFO的背后是转型过程阵痛开始显现裁...

抢滩区块链市场 IBM、MicroSoft总规模超7亿美金

何谓区块链?以理解为一种公共记账的机制。建立网络公布账本,由网络中所有的用户共同在账本上记账与核账,...

发表于 2018-01-11 18:37 ? 122次阅读
抢滩区块链市场 IBM、MicroSoft总规模超7亿美金

2017专利榜排行榜:中国企业成黑马HUAWEI京东方进...

2017年已经过去,全球专利榜也相继出炉,据外国媒体消息,在全球各大巨头排名中中国企业表现卓越,成为黑马...

发表于 2018-01-10 11:03 ? 232次阅读
2017专利榜排行榜:中国企业成黑马HUAWEI京东方进...

RS-485网络为何需要加终端电阻

RS-485总线具有结构简单、成本低等优点,但各位工程师在组建RS-485总线网络时,为提升整个网络...

发表于 2018-01-10 06:52 ? 3332次阅读
RS-485网络为何需要加终端电阻

构建一致性更好的测试车载CAN总线网络

国内的新能源汽车正如火如荼发展,如何才能构建一致性更好的车载CAN总线网络?让大家从国际标准开始学习...

发表于 2018-01-10 06:48 ? 2706次阅读
构建一致性更好的测试车载CAN总线网络

IBM研究人员公布了有望在未来5年改变人类生活的...

该预测的重点是人工智能和心理健康的未来、基于人工智能的超人视觉、可以掌握地球复杂状况的巨视显微镜、片...

发表于 2018-01-05 17:00 ? 748次阅读
IBM研究人员公布了有望在未来5年改变人类生活的...

IBM企业利用人工智能预测化学反应结果 从而加速...

通过将原子看作字母、将分子理解为单词,IBM的人工智能App正在使用与机器翻译相同的方法来预测有机化学...

发表于 2018-01-05 16:44 ? 1065次阅读
IBM企业利用人工智能预测化学反应结果 从而加速...

AXI 总线和引脚的先容

1、AXI 总线通道,总线和引脚的先容 AXI接口具有五个独立的通道: (1)写地址通道(AW):w...

发表于 2018-01-05 08:13 ? 331次阅读
AXI 总线和引脚的先容

CAN总线协议基础概念常识

1.CAN协议 1.1 帧类型 通讯时使用下面5个类型的帧: 数据帧 遥控帧 错误帧 过载帧 帧间空...

发表于 2018-01-04 04:34 ? 550次阅读
CAN总线协议基础概念常识

IBM使用人工智能帮助他们预测有机化学反应的生成

人工智能一直在为各行各业赋能,提供着新的研究工具。近日,IBM研究院的科学家从一种全新的视角来研究有...

发表于 2018-01-03 17:06 ? 1127次阅读
IBM使用人工智能帮助他们预测有机化学反应的生成

汽车中的各种ECU,如何实现低功耗、高性能

高性能、低功耗是当前新萄京技术发展的方向,对于汽车中的各种ECU来说如何实现低功耗呢?

发表于 2018-01-03 08:34 ? 3052次阅读
汽车中的各种ECU,如何实现低功耗、高性能

摩尔定律被唱衰 IBM 5纳米芯片再获突破

IBM宣布在晶体管的制造上获得了巨大的突破,运用最新工艺研制出了300亿个5纳米晶体管。和10nm芯...

发表于 2017-12-27 12:39 ? 208次阅读
摩尔定律被唱衰 IBM 5纳米芯片再获突破

IBM发布POWER 9处理器,专为AI、加速计...

日前IBM发布POWER 9处理器是基于14nm工艺制程,并且专为AI、加速计算设计 ,相比 X86...

发表于 2017-12-26 09:21 ? 234次阅读
IBM发布POWER 9处理器,专为AI、加速计...

连网车发展恐冲击租赁市场 数据归属与安全为首要议

英国前50大租车业者在调查中表示,连网车与其产生的数据在未来几年将改变租赁市场,相关的数据拥有权归属...

发表于 2017-12-25 09:05 ? 261次阅读
连网车发展恐冲击租赁市场 数据归属与安全为首要议

嵌入式工程师详解常用的IIC和SPI总线协议概念

IIC vs SPI 现今,在低端数字通信应用领域,大家随处可见IIC (Inter-Integra...

发表于 2017-12-22 20:15 ? 154次阅读
嵌入式工程师详解常用的IIC和SPI总线协议概念

量子计算时代即将到来 新的“危机”正在逼近

量子计算是计算机领域的重大突破,众所皆知掌握量子计算可能为人类带来无尽的好处。但有研究表明量子计算将...

发表于 2017-12-21 11:36 ? 196次阅读
量子计算时代即将到来  新的“危机”正在逼近

IBM结盟群环力推PowerAI深度学习架构 助...

随著产业发展成熟,AI应用逐步导入至各产业中,然而,许多企业在导入AI之际,会因为产业特性无法快速体...

发表于 2017-12-21 11:30 ? 193次阅读
IBM结盟群环力推PowerAI深度学习架构 助...

区块链科技下的制造业革命

区块链研究所指出,区块链是第二次的数码革命,将改变面前所有的商业方式。区块链研究所是由IBM、思爱普...

发表于 2017-12-18 08:43 ? 337次阅读
区块链科技下的制造业革命

搭载POWER9处理器全新服务器 为AI应用注入...

IBM针对服务器、大型主机与储存领域不断升级,在注入AI动能的同时,亦积极优化效能、增加弹性并强化安...

发表于 2017-12-15 10:33 ? 216次阅读
搭载POWER9处理器全新服务器 为AI应用注入...

2017 OpenPOWER峰会 专为人工智能而...

今日在北京开启的OpenPOWER峰会主要聚焦点在人工智能技术上,OpenPOWER在中国蓬勃发展,...

发表于 2017-12-14 09:24 ? 160次阅读
2017 OpenPOWER峰会 专为人工智能而...

周立功:深入浅出AMetal谈SPI总线和IIC...

在使用SPI 通用接口前,必须先完成SPI 的初始化,以获取标准的SPI 实例句柄。LPC82x支撑...

发表于 2017-12-13 06:27 ? 3705次阅读
周立功:深入浅出AMetal谈SPI总线和IIC...

pci总线结构及分类

在一些简单的处理器系统中,可能不含有PCI桥,此时所有PCI设备都是连接在HOST主桥推出的PCI总...

发表于 2017-12-12 11:47 ? 757次阅读
pci总线结构及分类

IBM完成50量子比特的计算机的研发 率先实现“...

IBM称,这是包括基于Python语言的建立、操控、显示和研究量子比特的工具,表征量子比特的工具,批...

发表于 2017-12-11 13:48 ? 1270次阅读
IBM完成50量子比特的计算机的研发 率先实现“...

IBM发布大数据机器学习解决方案,利用GPU一分...

机器训练在大数据时代遇到的挑战是动辄TB等级起跳的训练数据。GPU等有效加速运算仅限于运算密集的工作...

发表于 2017-12-11 12:22 ? 215次阅读
IBM发布大数据机器学习解决方案,利用GPU一分...

机载SAR天线平台自动化测试系统的测试模块设计分...

SAR(specific absorption rate, 电磁波吸取比值)天线平台从机载惯性导航设...

发表于 2017-12-11 10:31 ? 165次阅读
机载SAR天线平台自动化测试系统的测试模块设计分...

单片机总线中的周期概念及其时钟时间估算及编程应用...

时钟周期是最小单位,机器周期需要1个或多个时钟周期,指令周期需要1个或多个机器周期;机器周期指的是完...

发表于 2017-12-08 10:44 ? 231次阅读
单片机总线中的周期概念及其时钟时间估算及编程应用...

Power 9处理器远超X86架构,美国新超算将...

PC DIY消费级市场已经不再是Intel、AMD、IBM巨头们的重点研发对象,毕竟未来都是云时代,...

发表于 2017-12-07 15:33 ? 284次阅读
Power 9处理器远超X86架构,美国新超算将...

区块链验证金融领域机制与透明度 有助改善制造供应...

区块链(blockchain)是一种用来储存和记录交易的数码分类帐技术,由于储存在链里的记录会散布至...

发表于 2017-12-07 11:44 ? 115次阅读
区块链验证金融领域机制与透明度 有助改善制造供应...

人工智能预处理建构模块加速大数据机器学习算法案例...

SVM算法还可为所学习的模型建立几何式解读,这和无法证实其结论的神经网络是不一样的。IBM的数据预处...

发表于 2017-12-06 16:30 ? 2226次阅读
人工智能预处理建构模块加速大数据机器学习算法案例...
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