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1、总线与异步串行接口,什么是总线？总线功能？总线组成？,总线,在多于两个模块（设备、子系统）之间传送信息的公共通道,信息共享和交换,物理介质和管理信息传输的协议,主设备1、启动一个总线周期-总线事务 2、每次只能有一个主设备控制总线（CPU DMAC等等）从设备响应主设备请求 同一时间里有一个或多个从设备响应主设备请求如（DMAC(DMAC未申请到总线时，作为从设备)UART控制器 USB控制器 I2C控制器 SPI控制器等）,总线设备类型,集中式仲裁如：AMBA PCI总线分布式仲裁如：CAN I2C总线等,总线仲裁,按传输关系分类主从结构（好处 协议简单）只有主设备才能启动数据传输，协议简单
2、单主设备-USB RS485-无需仲裁多主设备-PCI AMBA WISHBONE 集中式总线仲裁器I2C CAN 分布式仲裁对等结构每个设备都可以启动数据传输，协议复杂以太网-介质访问控制方式-CSMA/CD令牌网 RS485-令牌 IEEE1394,总线分类,机械规范（物理连接方式，包括插头、形状、大小、间距、排列方式等）电气规范（信号电平的定义，建立时间、保持时间、转换时间、直流特性、交流特性、负载能力等）引脚（名称、定义、功能和逻辑关系）协议（如何协调、硬件握手、软件握手）,总线标准,PCI(Pedpherd Component Interconnect,周边元件扩展接口),1991
3、年下半年，Intel 公司首先提出了PCI 的概念。Intel联合IBM、Compaq、AST、HP、DEC 等100 多家公司成立了PCI 集团，其英文全称为：Peripheral Component Interconnect Special Interest Group(外围部件互连专业组)，简称PCISIG。93年发布PCI2.0，32位，33MHz。5个以上PCI插槽AGP（图形加速处理）90年代后期，PCI-X，64位/66MHz,3GIO-PCI Express,PCI VS.PCI Express,PCI,PCI Express,I2C,PHILIPS 开发了一种用于内部IC控制
4、的简单的双向两线串行总线I2C(Inter-Integrated Circuit)最高速率100Kbps，25英尺，最多可支持40个设备,数据线,时钟线,CAN（Controller Area Network）,80年代末，由德国Bosch公司最先提出被设计作为汽车环境中的微控制器通讯，在车载各电子控制装置ECU 之间交换信息，形成汽车电子控制网络。40米以内，1Mbps；10Km，5Kbps；理论上可以支持无限多个设备抗电磁干扰性强 可根据报文的ID决定接收或屏蔽该报文 可靠的错误处理和检错机制发送的信息遭到破坏后，可自动重发 节点在错误严重的情况下具有自动退出总线的功能,USB（Unive
5、rsal Serial Bus）,IBM、Compaq、Nortel、NEC、Intel以及Microsoft联合距离5 米，Hub30米树拓扑结构，127个点，4线（2根电源线，2根数据线）低速 USB1.1，1.5 M bpsUSB 2.0 速率高达480Mbps支持热插拔和即插即用,总线机制,微处理器（CPU）是嵌入式系统硬件平台的核心构件，但不是全部。按照冯诺依曼体系结构思想，计算机的硬件是由CPU、存储器和I/O设备三部分组成的。总线是把CPU与存储器、I/O设备相连接的信息通道，但总线并不仅仅指的是一束信号线，而应包含相应的通信协议。按照使用场合的不同，总线分成芯片级总线（CPU总
6、线）、板卡级总线（内总线）和系统级总线（外总线）。,同步异步问题,稳态,Read,Write,稳态,读写总线的时序图,同步vs异步 串行vs并行,异步串行通讯简介：在一条传输线上完成单向传输。将传输数据的字符一位接一位的传送。接收方对于同一条线上的一连串连续数学信号，首先将其分割成位，再按位组成字符。每个字符需要确定起始位和结束位，字符与字符间还可能有长度不定的空闲时间，因此传输效率较低。,字符串行输出格式,发送前：线路处于空闲状态，连续发送“1”开始发送：首先，发送一位起始位“0”然后，发送连续的二进制位，数据位可以为5、6、7、8 随后，紧跟一位奇偶校验位（可选择奇/偶/无校验）最后，发送
7、停止位“1”，可以有1位、1.5位或2位停止位,串行接口,波特率传送数据位的速率称为波特率，用位秒（bit/s）来表示，称之为波特。例如，数据传送的速率为120字符秒，每帧包括10个数据位，则传送波特率为：10120=1200b/s=1200波特每一位的传送时间是波特的倒数，如1/1200=0.833ms。异步通信的波特率的数值通常为：150、300、600、1200、2400、4800、9600、14400、28800等，数值成倍数变化。校验位在一个有8位的字节（byte）中，其中必有奇数个或偶数个的“1”状态位。对于偶校验就是要使字符加上校验位有偶数个“1”；奇校验就是要使字符加上校验位有
8、奇数个“1”。例如数据“00010011”，共有奇数个“1”，所以当接收器要接收偶数个“1”时（即偶校验时），则校验位就置为“1”，反之，接收器要接收奇数个“1”时（即奇校验时），则校验位就置为“0”。,串行接口,一般校验位的产生和检查是由串行通信控制器内部自动产生，除了加上校验位以外，通信控制器还自动加上停止位，用来指明欲传送字符的结束。停止位通常取1、1.5或2个位。对接收器而言，若未能检测到停止位则意味着传送过程发生了错误。在异步通信方式中，在发送的数据中含有起始位和停止位这两个与实际需要传送的数据毫无相关的位。如果在传送1个8位的字符时，其校验位、起始位和停止位都为1个位，则相当于要传
9、送11个位信号，传送效率只有约80%。（2）同步通信方式为了提高通信效率可以采用同步通信方式。同步传输采用字符块的方式，减少每一个字符的控制和错误检测数据位，因而可以具有较高的传输速率。,串行接口,与异步方式不同的是，同步通信方式不仅在字符的本身之间是同步的，而且在字符与字符之间的时序仍然是同步的，即同步方式是将许多的字符聚集成一字符块后，在每块信息（常常称之为信息帧）之前要加上12个同步字符，字符块之后再加入适当的错误检测数据才传送出去。在同步通信时必须连续传输，不允许有间隙，在传输线上没有字符传输时，要发送专用的”空闲”字符或同步字符。在同步方式中产生一种所谓“冗余”字符，防止错误传送。假
10、设欲传送的数据位当作一被除数，而发送器本身产生一固定的除数，将前者除以后者所得的余数即为该“冗余”字符。当数据位和“冗余”字符位一起被传送到接收器时，接收器产生和发送器相同的除数，如此即可检查出数据在传送过程中是否发生了错误。统计数据表明采用”冗余”字符方法错误防止率可达99%以上。,能够完成上述“串并”转换功能的电路，通常称为“通用异步收发器”（UART：Universal Asynchronous Receiver and Transmitter）,典型的芯片有：Intel 8250/8251,16550。,串口通讯-接口电路,并行通信方式,与外界的信息交换称为通讯。基本的通讯方式有并行通
11、讯和串行通讯两种。一条信息的各位数据被同时传送的通讯方式称为并行通讯。并行通讯的特点是：各数据位同时传送，传送速度快、效率高，但有多少数据位就需多少根数据线，因此传送成本高，且只适用于近距离（相距数米）的通讯。,数据传输方向,数据传输方向,1）单工通信 数据信息在通信线上始终向一个方向传输。如，广播电视，收音机电视机只能分别接受来自电台 电视台的信号，不能进行相反方向的信息传输。2）半双工通信 数据信息可以双向传输，但必须交替进行，同一时刻一个信道只允许单向传送。半双工通信要求A B端都有发送装置和接受装置。如对讲机通信就是典型的半双工通信方式，在一方讲话的时候另一方不能讲话，但通过开切换可以
12、切换可以改变童话方式。3）全双工通信 全双工通信同时进行二个方向的通信，既二个信道，可同时进行双向的数据传输。它相当于把二个相反方向的单工通信方式组合起来。全双工通信效率高，控制容易，士与计算机间的通信，普通电话是一种典型的全双工通信。,UART简介UART（Universal Asynchronous Receiver and Transmitter，通用异步收发器）主要由数据线接口、控制逻辑、配置寄存器、波特率发生器、发送部分和接收部分组成，采用异步串行通信方式，采用RS-232C 9芯接插件（DB-9）连接，是广泛使用的串行数据传输方式，UART以字符为单位进行数据传输，每个字符的传输格
13、式如图6.1.4所示，包括线路空闲状态（高电平）、起始位（低电平）、58位数据位、校验位（可选）和停止位（位数可以是1、1.5或2位）。这种格式通过起始位和停止位来实现字符的同步。UART内部一般具有配置寄存器，通过该寄存器可以配置数据位数（58位）、是否有校验位和校验的类型以及停止位的位数（1位、1.5位或2位）等。,图 UART的字符传输格式,RS-232C总线是由美国电子工业协会EIA于1969年修定的一种通信接口标准，专门用于数据终端设备DTE和数据通信设备DCE之间的串行通信。数据终端设备DTE（Data Terminal Equipment）是数据的源点或归宿，通常是指输入、输出设
14、备和传输控制器或者计算机等数据处理装置及其通信控制器。数据通信设备DCE(Data Communication Equipment)的任务是实现由源点到目的点的传输，通常是指自动呼叫应答设备、调制解调器以及其它一些中间装置的集合。,RS232串行通信接口,RS232串行通信接口,机械特性,标准的RS232C接口定义了25个信号针，采用25针接插件DB-25，并规定DTE的接插件为凸形，DCE的接插件为凹形。对不需要25针的系统来说，常用9针的简化接插件。,（a）DB-25（b）DB-9,图 25芯和9芯D型插接件引脚的定义和信号之间的对应关系,电气特性,EIA-RS-232C对电器特性、逻辑电
15、平和各种信号线功能都作了规定。在TxD和RxD上：逻辑1(MARK)=-3V-15V 逻辑0(SPACE)=+315V在RTS、CTS、DSR、DTR和DCD等控制线上：信号有效（接通，ON状态，正电压）+3V+15V信号无效（断开，OFF状态，负电压)=-3V-15V,电气特性,由于RS-232C是早期为促进公用电话网络进行数据通信而制定的标准。为了增加信号在线路上的传输距离和提高抗干扰能力，RS-232C采用了较高的传输电平，且为双极性、公共地和负逻辑，即规定逻辑“1”状态电平为-15-5V，逻辑“0”状态电平为+5+15V，其中-5+5V用作信号状态的变迁区。而计算机均采用TTL逻辑电平
16、。TTL电平规定低电平“0”在0+0.8V之间，高电平“1”在+2.4+5V之间，因此在TTL电路与RS-232C总线之间要进行电平的转换及正反逻辑的转换，否则将使TTL电路烧毁。,TTLRS232转换芯片,常用的RS-232总线接口信号,RS-232总线接口信号,DB-9各引脚功能如下：CD：载波检测。主要用于Modem通知计算机其处于在线状态，即Modem检测到拨号音。RXD：接收数据线。用于接收外部设备送来的数据。TXD：发送数据线。用于将计算机的数据发送给外部设备。DTR：数据终端就绪。当此引脚高电平时，通知Modem可以进行数据传输，计算机已经准备好。SG：信号地。DSR：数据设备就
17、绪。此引脚为高电平时，通知计算机Modem已经准备好，可以进行数据通信 RTS请求发送。此引脚由计算机来控制，用以通知Modem马上传送数据至计算机；否则，Modem将收到的数据暂时放人缓冲区中。CTS清除发送。此引脚由Modem控制，用以通知计算机将要传送的数据送至Mo-dem。RI：振铃提示。Modem通知计算机有呼叫进来，是否接听呼叫由计算机决定。,RS232-硬件握手,协议-硬件握手1 DTR:数据终端设备准备好。DTE加电后，并能正确实现通信时，向DCE发出DTR信号2 DSR:数据通信设备准备好。MODEM加电后，并能正常执行通信功能时，向DTE发出DSR信号3 RTS:请求发送当
18、DTE有数据需要向远程DTE传送时，DTE在检测DSR有效时向本地MODEM发出RTS信号本地MODEM检测到RTS有效，然后根据目的电话号码向远程MODEM发出呼叫远程MODEM收到此呼叫，发出回答载波信号本地MODEM接收载波信号，向远程MODEM发出原载波信号，同时向DTE发出数据载波信号DCD,DCD:数据载波检测时MODEM发向DTE表示已检测出对方载波信号CTS：允许发送当一个MODEM辨认出对方MODEM已准备好接收时，使用CTS信号通知自己的DTE，表示这个通信通道已为传输数据做好准备，允许DTE进行数据发送至此通信链路建立，可以通信RI：振铃指示线如果MODEM具有自动应答能
19、力，当对方呼叫传来时，MODEM向DTE发出该信号，指示此呼叫在电话呼叫振铃结束后，MODEM在DTE已准备好情况下（即DTR有效），立即向对方自动应答DTR DSR 本地 计算机 MODEM准备好 RTS CTS 本地与远程计算机 准备好,RS232-硬件握手,DTR DSR RTS CTSTXD RXDSG RI DCD,实际应用,A,B,无Modem 的最简连线（3线制）,把通信双方都当作数据终端设备看待，双方都可发也可收。在这种方式下，通信双方的任何一方，只要请求发送RTS有效和数据终端准备好DTR有效就能开始发送和接收。（1）RTS与CTS互联：只要请求发送，立即得到允许（2）DTR
20、与DSR互联：只要本端准备好，认为本端立即可以接收（DSR、数传机准备好）,无Modem的标准联线（7线制）,（1）当甲方的DTE准备好，发出DTR信号，该信号直接联至乙方的RI（振铃信号）和DSR（数传机准备好）。即只要甲方准备好，乙方立即产生呼叫（RI）有效，并同时准备好（DSR）。尽管此时乙方并不存在DCE。（2）甲方的RTS和CTS相连，并与乙方的DCD互连。即：一旦甲方请求发送（RTS），便立即得到允许（CTS），同时，使乙方的DCD有效，即检测到载波信号。（3）甲方的TXD与乙方的RXD相连，一发一收。,RS-485,RS-485串行总线接口在RS-422的基础上，为扩展应用范围，
21、EIA制定了RS-485标准，增加了多点、双向通信能力。在通信距离为几十米至上千米时，通常采用RS-485收发器。RS-485收发器采用平衡发送和差分接收，即在发送端，驱动器将TTL电平信号转换成差分信号输出；在接收端，接收器将差分信号变成TTL电平，因此具有抑制共模干扰的能力。接收器能够检测低达200mV的电压，具有高的灵敏度，故数据传输距离可达千米以上。RS-485可以采用二线与四线方式，二线制可实现真正的多点双向通信。而采用四线连接时，与RS-422一样只能实现点对多的通信，即只能有一个主设备，其余为从设备。RS-485可以连接多达32个设备。,RS-485,RS-485的共模输出电压在-7+12V之间，接收器最小输入阻抗为12k。RS-485满足所有RS-422的规范，所以RS-485的驱动器可以在RS-422网络中应用RS-485的最大传输速率为10Mb/s。在最大传输距离时，传输速率为100Kb/s。RS-485需要两个终端电阻，接在传输总线的两端，要求电阻阻值约等于传输电缆的特性阻抗。在短距离传输（在300m以下）时可不需终端电阻。,http:/,
