盤(pán)點(diǎn)嵌入式開(kāi)發(fā)中常用的總線(xiàn)與接口

xyd2018

      任何一個(gè)微處理器都要與一定數量的部件和外圍設備連接，但如果將各部件和每一種外圍設備都分別用一組線(xiàn)路與CPU直接連接，那么連線(xiàn)將會(huì )錯綜復雜，甚至難以實(shí)現。為了簡(jiǎn)化硬件電路設計、簡(jiǎn)化系統結構，常用一組線(xiàn)路，配置以適當的接口電路，與各部件和外圍設備連接，這組共用的連接線(xiàn)路被稱(chēng)為總線(xiàn)。采用總線(xiàn)結構便于部件和設備的擴充，尤其制定了統一的總線(xiàn)標準則容易使不同設備間實(shí)現互連。
微機中總線(xiàn)一般有內部總線(xiàn)、系統總線(xiàn)和外部總線(xiàn)。
(1)、內部總線(xiàn)是微機內部各外圍芯片與處理器之間的總線(xiàn)，用于芯片一級的互連;
(2)、系統總線(xiàn)是微機中各插件板與系統板之間的總線(xiàn)，用于插件板一級的互連;
(3)、外部總線(xiàn)則是微機和外部設備之間的總線(xiàn)，微機作為一種設備，通過(guò)該總線(xiàn)和其他設備進(jìn)行信息與數據交換，它用于設備
一級的互連。
另外，從廣義上說(shuō)，計算機通信方式可以分為并行通信和串行通信，相應的通信總線(xiàn)被稱(chēng)為并行總線(xiàn)和串行總線(xiàn)。并行通信速度快、實(shí)時(shí)性好，但由于占用的口線(xiàn)多，不適于小型化產(chǎn)品;而串行通信速率雖低，但在數據通信吞吐量不是很大的微處理電路中則顯得更加簡(jiǎn)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(zhù)微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展，總線(xiàn)技術(shù)也在不斷地發(fā)展和完善，而使計算機總線(xiàn)技術(shù)種類(lèi)繁多，各具特色。下面僅對微機各類(lèi)總線(xiàn)中目前比較流行的總線(xiàn)技術(shù)分別加以介紹。

一、內部總線(xiàn)
1.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)標準。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)識別通信對象。
2.SPI總線(xiàn)
串行外圍設備接口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，所以，與SPI有關(guān)的軟件就相當簡(jiǎn)單，使CPU有更多的時(shí)間處理其他事務(wù)。
3.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。


二、系統總線(xiàn)
1.ISA總線(xiàn)
ISA(industrial standard architecture)總線(xiàn)標準是IBM 公司1984年為推出PC/AT機而建立的系統總線(xiàn)標準，所以也叫AT總線(xiàn)。它是對XT總線(xiàn)的擴展，以適應8/16位數據總線(xiàn)要求。它在80286至80486時(shí)代應用非常廣泛，以至于現在奔騰機中還保留有ISA總線(xiàn)插槽。ISA總線(xiàn)有98只引腳。
2.EISA總線(xiàn)
EISA總線(xiàn)是1988年由Compaq等9家公司聯(lián)合推出的總線(xiàn)標準。它是在ISA總線(xiàn)的基礎上使用雙層插座，在原來(lái)ISA總線(xiàn)的98條信號線(xiàn)上又增加了98條信號線(xiàn)，也就是在兩條ISA信號線(xiàn)之間添加一條EISA信號線(xiàn)。在實(shí)用中，EISA總線(xiàn)完全兼容ISA總線(xiàn)信號。
3.VESA總線(xiàn)
VESA(video electronics standard association)總線(xiàn)是 1992年由60家附件卡制造商聯(lián)合推出的一種局部總線(xiàn)，簡(jiǎn)稱(chēng)為VL(VESA local bus)總線(xiàn)。它的推出為微機系統總線(xiàn)體系結構的革新奠定了基礎。該總線(xiàn)系統考慮到CPU與主存和Cache 的直接相連，通常把這部分總線(xiàn)稱(chēng)為CPU總線(xiàn)或主總線(xiàn)，其他設備通過(guò)VL總線(xiàn)與CPU總線(xiàn)相連，所以VL總線(xiàn)被稱(chēng)為局部總線(xiàn)。它定義了32位數據線(xiàn)，且可通過(guò)擴展槽擴展到64 位，使用33MHz時(shí)鐘頻率，最大傳輸率達132MB/s，可與CPU同步工作。是一種高速、高效的局部總線(xiàn)，可支持386SX、386DX、486SX、486DX及奔騰微處理器。
4.PCI總線(xiàn)
PCI(peripheral component interconnect)總線(xiàn)是當前最流行的總線(xiàn)之一，它是由Intel公司推出的一種局部總線(xiàn)。它定義了32位數據總線(xiàn)，且可擴展為64位。PCI總線(xiàn)主板插槽的體積比原ISA總線(xiàn)插槽還小，其功能比VESA、ISA有極大的改善，支持突發(fā)讀寫(xiě)操作，最大傳輸速率可達132MB/s，可同時(shí)支持多組外圍設備。 PCI局部總線(xiàn)不能兼容現有的ISA、EISA、MCA(micro channel architecture)總線(xiàn)，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(xiàn)。
5.Compact PCI
以上所列舉的幾種系統總線(xiàn)一般都用于商用PC機中，在計算機系統總線(xiàn)中，還有另一大類(lèi)為適應工業(yè)現場(chǎng)環(huán)境而設計的系統總線(xiàn)，比如STD總線(xiàn)、 VME總線(xiàn)、PC/104總線(xiàn)等。這里僅介紹當前工業(yè)計算機的熱門(mén)總線(xiàn)之一——Compact PCI。 Compact PCI的意思是“堅實(shí)的PCI”，是當今第一個(gè)采用無(wú)源總線(xiàn)底板結構的PCI系統，是PCI總線(xiàn)的電氣和軟件標準加歐式卡的工業(yè)組裝標準，是當今最新的一種工業(yè)計算機標準。Compact PCI是在原來(lái)PCI總線(xiàn)基礎上改造而來(lái)，它利用PCI的優(yōu)點(diǎn)，提供滿(mǎn)足工業(yè)環(huán)境應用要求的高性能核心系統，同時(shí)還考慮充分利用傳統的總線(xiàn)產(chǎn)品，如ISA、STD、VME或PC/104來(lái)擴充系統的I/O和其他功能。

三、外部總線(xiàn)
1.RS-232-C總線(xiàn)
RS-232-C是美國電子工業(yè)協(xié)會(huì )EIA(Electronic Industry Association)制定的一種串行物理接口標準。RS是英文“推薦標準”的縮寫(xiě)，232為標識號，C表示修改次數。RS-232-C總線(xiàn)標準設有25條信號線(xiàn)，包括一個(gè)主通道和一個(gè)輔助通道，在多數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(xiàn)就可實(shí)現，如一條發(fā)送線(xiàn)、一條接收線(xiàn)及一條地線(xiàn)。RS-232-C標準規定的數據傳輸速率為每秒50、75、 100、150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200波特。RS-232-C標準規定，驅動(dòng)器允許有2500pF的電容負載，通信距離將受此電容限制，例如，采用150pF/m的通信電纜時(shí)，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(wèn)題，因此一般用于20m以?xún)鹊耐ㄐ拧?br />
2.RS-485總線(xiàn)
在要求通信距離為幾十米到上千米時(shí)，廣泛采用RS-485 串行總線(xiàn)標準。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(xiàn)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。 RS-485采用半雙工工作方式，任何時(shí)候只能有一點(diǎn)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(diǎn)互連時(shí)非常方便，可以省掉許多信號線(xiàn)。應用RS-485可以聯(lián)網(wǎng)構成分布式系統，其允許最多并聯(lián)32臺驅動(dòng)器和32臺接收器。

3.IEEE-488總線(xiàn)
上述兩種外部總線(xiàn)是串行總線(xiàn)，而IEEE-488 總線(xiàn)是并行總線(xiàn)接口標準。IEEE-488總線(xiàn)用來(lái)連接系統，如微計算機、數字電壓表、數碼顯示器等設備及其他儀器儀表均可用IEEE-488總線(xiàn)裝配起來(lái)。它按照位并行、字節串行雙向異步方式傳輸信號，連接方式為總線(xiàn)方式，儀器設備直接并聯(lián)于總線(xiàn)上而不需中介單元，但總線(xiàn)上最多可連接15臺設備。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(xiàn)
通用串行總線(xiàn)USB(universal serial bus)是由Intel、 Compaq、Digital、IBM、Microsoft、NEC、Northern Telecom等7家世界著(zhù)名的計算機和通信公司共同推出的一種新型接口標準。它基于通用連接技術(shù)，實(shí)現外設的簡(jiǎn)單快速連接，達到方便用戶(hù)、降低成本、擴展PC連接外設范圍的目的。它可以為外設提供電源，而不像普通的使用串、并口的設備需要單獨的供電系統。另外，快速是USB技術(shù)的突出特點(diǎn)之一，USB的最高傳輸率可達12Mbps比串口快100倍，比并口快近10倍，而且USB還能支持多媒體。

5.IEEE1394
Apple公司的FireWire基礎上由IEEE制定的標準。與USB有很大的相似性。采用樹(shù)形或菊花鏈結構，以級連方式在一個(gè)接口上最多可連接63個(gè)不同種類(lèi)的設備。傳輸速率高，最高可達3.2Gb/s; 實(shí)時(shí)性好，總線(xiàn)提供電源，系統中各設備之間的關(guān)系是平等的，連接方便，允許熱插拔和即插即用。
免費試聽(tīng)C語(yǔ)言、電子、PCB、STM32、Linux、FPGA、Python等。想學(xué)習的你和我聯(lián)系預約就可以免費聽(tīng)課了宋工Q3/5/2/4/6/5/9/0/8/8   Tel/WX：1/7/3/1/7/9/5/1/9/0/8