嵌入式總線技術的原理、分類及技術指標

時間：2019-07-23 17:19:27

關鍵字： i2c總線 pci總線 spi總線嵌入式總線與接口

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[導讀]總線是用來連接微機各功能部件而構成一個完整微機系統(tǒng)的。

總線是用來連接微機各功能部件而構成一個完整微機系統(tǒng)的。同時是計算機各種功能部件之間傳送信息的公共通信干線，它是由導線組成的傳輸線束，按照計算機所傳輸?shù)男畔⒎N類，計算機的總線可以劃分為數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線，分別用來傳輸數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)地址和控制信號。總線是一種內部結構，它是CPU、內存、輸入、輸出設備傳遞信息的公用通道，主機的各個部件通過總線相連接，外部設備通過相應的接口電路再與總線相連接，從而形成了計算機硬件系統(tǒng)。在計算機系統(tǒng)中，各個部件之間傳送信息的公共通路叫總線，微型計算機是以總線結構來連接各個功能部件的。

1. 總線的工作原理

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

2. 總線的分類

A. 按功能和規(guī)范分。

(1) 片總線(Chip Bus， C-Bus) 又稱元件級總線，是把各種不同的芯片連接在一起構成特定功能模塊(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部總線技術：I2C總線、SCI總線等。

(2) 內總線(Internal Bus， I-Bus) 又稱系統(tǒng)總線或板級總線，是微機系統(tǒng)中各插件(模塊)之間的信息傳輸通路。例如CPU模塊和存儲器模塊或I/O接口模塊之間的傳輸通路。常用的有PC總線、AT總線(ISA總線)、PCI總線等。

(3) 外總線(External Bus， E-Bus)

又稱通信總線，是微機系統(tǒng)之間或微機系統(tǒng)與其他系統(tǒng)(儀器、儀表、控制裝置等)之間信息傳輸?shù)耐罚鏓IA RS-232C、IEEE-488等。

B. 按傳輸數(shù)據(jù)的方式劃分

可以分為串行總線和并行總線。串行總線中，二進制數(shù)據(jù)逐位通過一根數(shù)據(jù)線發(fā)送到目的器件;并行總線的數(shù)據(jù)線通常超過2根。常見的串行總線有SPI、I2C、USB及RS232等。常見并行總線有VME總線和PCI總線等。串行總線傳輸速度比并行快，并行總線的時鐘一般為33MHz或66MHz。

C. 按時鐘信號是否獨立分

可以分為同步總線和異步總線。同步總線的時鐘信號獨立于數(shù)據(jù)，而異步總線的時鐘信號是從數(shù)據(jù)中提取出來的。I2C總線、SPI總線、PCI總線、CPCI總線是同步串行總線，SCI總線、IEEE 488和ANSI X3.131-1986 SCSI總線、VME總線、RS232采用異步串行總線。

3. 總線的主要技術指標

(1)總線的帶寬(總線數(shù)據(jù)傳輸速率)

總線的帶寬指的是單位時間內總線上傳送的數(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。與總線密切相關的兩個因素是總線的位寬和總線的工作頻率，它們之間的關系：總線的帶寬=總線的工作頻率*總線的位寬/8 或者總線的帶寬=(總線的位寬/8 )/總線周期

(2)總線的位寬

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

(3)總線的工作頻率

總線的工作時鐘頻率以MHZ為單位，工作頻率越高，總線工作速度越快，總線帶寬越寬。

4. 總線的優(yōu)缺點

采用總線結構的主要優(yōu)點：

（1）簡化了硬件的設計。便于采用模塊化結構設計方法，面向總線的微型計算機設計只要按照這些規(guī)定制作cpu插件、存儲器插件以及I/O插件等，將它們連入總線就可工作，而不必考慮總線的詳細操作。

（2）簡化了系統(tǒng)結構。整個系統(tǒng)結構清晰。連線少，底板連線可以印制化。

（3）系統(tǒng)擴充性好。一是規(guī)模擴充，規(guī)模擴充僅僅需要多插一些同類型的插件。二是功能擴充，功能擴充僅僅需要按照總線標準設計新插件，插件插入機器的位置往往沒有嚴格的限制。

（4）系統(tǒng)更新性能好。因為cpu、存儲器、I/O接口等都是按總線規(guī)約掛到總線上的，因而只要總線設計恰當，可以隨時隨著處理器的芯片以及其他有關芯片的進展設計新的插件，新的插件插到底板上對系統(tǒng)進行更新，其他插件和底板連線一般不需要改。

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

采用總線結構的缺點：