第4章 总线a

总线的其它特性
机械特性：是指总线在机械连接方式上的一些标准和 性能。 电气特性：是指总线的每一根传输线上信号的传输方 向和有效的电平范围。 功能特性：是指总线中每根信号的功能定义。 时间特性：是指总线中的任一根信号传输线在什么时 间内有效。 性能特性：带宽、最高传输速率、复用方式、仲裁方 式、负载能力 ……
关于同步和异步通信方式的几点讨论：
传输速度������������ ������������ 同步： 异步：在应答过程中的交互次数越多，速度越慢。 可靠性������������ ������������ 最可靠的方式：异步全互锁。������������ ������������ 全互锁也会有不可靠的隐患？！ 互锁方式应配合等待超时处理机制。 思考：怎样能够兼顾传输速度和通信的可靠性？
仪器专用总线
本章内容
概述 总线基础知识 GPIB—通用接口总线 VXI总线
首页
智能仪器的典型数据 处理功能
本章内容
PXI总线系统 串行总线 并行总线
总线基础知识
早期系统互连和数据交换方式：分散连接 -不能共享，连线复杂，兼容性和扩展性差。 -没有分时，效率高 现代系统互连和数据交换方式：总线连接 ������������ 所谓总线是指计算机、智能仪器、自动测试系 统内部以及相互之间信息传递的公共通路，是计算 机、智能仪器和自动测量系统的重要组成部分，其 性能在计算机和自动测试系统中具有举足轻重的作 用。 ������������ 总线技术大大简化了系统结构，增加系统的兼 容性、开放性、灵活性、可靠性和可维护性。
③全互锁方式（四边沿协议）������������ ������������ 主设备发STB后，等待从设备的ACK应答。只 有收到ACK后才撤销STB； 从设备发ACK后，等待主设备的应答（撤销 STB），然后才撤销ACK。����������可靠性最高。
24
例
CPU的前端总线(FSB)频率为400MHz或 800MHz，总线周期数为1/4(即1个时钟周 期传送4次数据)，位宽为64bit
– 则FSB的带宽为400×64/(8×1/4)=1.28GB/s – 或800×64/(8×1/4)=2.56GB/s
PCI总线的频率为33.3MHz，位宽为32位或 64位，总线周期数为1
GP -IB 总线的基本特性
1. 可通过一条总线将多台仪器互联，组成自动测 试系统。系统中可以连接的仪器不超过15台，总 线的长度不超过20米（即所谓的in door应用，多 台仪器堆叠架构）。 2. 仪器之间可以直接通信，不必经过“中介”单 元。 3. 数据传送采用“位”并行、字节串行的双向异 步传输方式，最大传输速率可达1MBps。 4. 总线上传输的消息采用负逻辑，即低电平 （≤0.8V）为逻辑“1”，高电平（≥22.0V）为逻 辑“0”。
3、半同步总线 ������������
������������
对于大多数的传送对象，均按照同步方式定������������ 增加一条Ready/wait状态信号线,如果从设备速 度较慢，可以通过该状态信号线请求主模块延长 传送周期。������������ ������������ 例如：8086/8088 CPU、8237A DMAC均采用 半同步总线。当检测到READY信号线被拉低，则 在T3/T4之间插入Tw，或者在，S3/S4之间插入Sw。 ������������ ������������ 思考：插入等待以及空闲造成总线的效率下降。 怎样才能提高总线利用率和传输速度？
分离式总线通信方式的特点：
各模块欲使用总线都必须提出申请。 在得到总线使用权后，主模块先在规定的时间
内向对方传送信息，采用同步方式传送，不再 等待对方的回答信号。
各模块在准备数据传送的过程中都不占用总线，
使总线可接受其它模块的请求。
总线在被占用期间，都在进行有效工作。 PCI属于分离式总线。
23
总线带宽
总线带宽(bus band width) 表示单位时 间内总线能传送的最大数据量 （bps/Bps） 用“总线速率×总线位宽/8=时钟频率 ×总线位宽/(8×总线周期数)”表示
–总线位宽：数据信号线的数目，同一时刻 传输的数据位数
总线复用；成本、串扰；
–时钟频率
总线偏离（skew）、兼容性
4、分离式总线 基本思想：将一个传输周期（或总线周期）分解 为两个子周期 。 •在第一个子周期中，主模块 A获得总线使用权 后，将命令、地址、A模块的编号等其它信息发 到系统总线上，由相关的从模块 B接收下来。然 后A模块 放弃总线，供其它模块使用。 •在第二个子周期中，B模块 根据所收到的命令， 经过一系列的内部操作，将A模块 所需的数据准 备好，然后由B模块 申请总线使用权，一旦获准， B模块 将A模块 的编号和所需数据、B模块 的地 址等信息送到总线上，供A模块 接收。
二、总线的特性
总线的两个最基本特性 共享 共享是指多个部件连接在同一组总线上，各部件 之间相互交换的信息都通过这组总线传送。 共享 特性使得总线富有生命力。 分时 分时是指在任意时刻，只能有一个设备向总线发 送信息，但是多个部件可同时从总线接受相同的 （广播）信息。总线的分时特性往往是系统的瓶 颈。
1975年，美国HP公司（据称从1965年开始）研制 的，用于台式仪器互连的接口总线HP-IB（HP Interface Bus）被IEEE正式接纳为IEEE-488标准； 1977年，又被IEC接纳为IEC-625国际标准。 IEEE-488标准又称为GP-IB（General Purpose Interface Bus）总线，是智能仪器仪表及自动测控 领域中应用最为）广泛的接口总线，也是智能仪器的 标准装置。 GP-IB问世早于PC ，因此有一定的局限性。尽管 如此，GP-IB目前仍是智能仪器仪表及自动测控系统 与计算机互连的主流总线，拥有GP-IB接口的台式仪 器的品种和数量都明显超过倍受青睐的VXI仪器和 PXI仪器。即使是在VXI和PXI系统中，多数也是通过 GPIB接口与控制计算机进行互连。
GP-IB 总线基本概念和术语
器件：实现某种或多种功能的功能块，由器件功能 和接口功能两部分组成。 系统：若干器件通过总线连接的有机集合 消息：分为接口消息和器件消息两大类。GPIB是 一种基于消息的接口总线。
接口消息：管理接口本身工作的信息，按其传送范 围，接口消息分为：
三、同步总线和异步总线
1、同步总线 总线上的数据传输由 统一时标 控制。 时标 通常由 CPU 的总线控制部件发出，送到 总线上的所有部件；也可以由每个部件各自的 时序发生器发出，但是必须由总线控制部件发 出的时钟信号对它们进行同步。 优点：模块间的配合简单一致； 缺点：主从模块之间的时间配合属强制性同步， 必须按速度最慢的部件来设计公共时钟。
四、总线传输方式 1. 串行和并行 2. 信号（Signal）传输和消息（Message）传输 3. 单字节传输方式和突发传输方式（burst mode） 单字节传输方式 ：在一个传输周期内，一般是 先给出地址，然后给出数据，在后面传输周期里， 不断重复这种先送地址、后送数据的方式进行传 输。 突发传输方式 ：在传输大批量地址连续的数据 时，除了第一个周期先送首地址、后给出数据外， 以后的传输周期内，不需要再送地址（地址自动 ＋ 1）而直接送数据，以提高总线的数据传送速 率。
异步通信方式的三种类型
① 不互锁方式 主设备发 STB，告诉从设备当前数据有效。间隔 固定，时间后，认为从设备已经收到，撤销STB； 从设备收到数据后发 ACK应答。间隔固定时间后， 认为主设备也收到了，撤销ACK。
② 半互锁方式 主设备发 STB后，等待从设备的ACK应答。只 有收到ACK后才撤销STB； 从设备发 ACK后，不等待主设备的应答。在间 隔固定时间后，撤销ACK。
总线的性能指标
总线时钟频率：总线上的时钟信号频率 总线宽度：数据线、地址线宽度 总线速率：总线每秒所能传输数据的最大次 数。
– 总线速率=总线时钟频率/总线周期数 – 总线周期数：总线传送一次数据所需的时钟周期 数
有些几个周期才能传输1个数据
总线带宽：总线每秒传输的字节数 同步方式 总线负载能力
22
按照连接对象划分的三类总线
1)片总线：连接CPU和外围芯片，例如Motel总线。 2)内总线或系统总线：用于系统内部各模块之间的互 连，如计算机系统中的ISA、EISA、PCI以及嵌入 式计算机系统中的I2 C总线等。 但在智能仪器中，总线除传送地址、数据和控制 信号外， 还要传送测量所需的触发信号、时钟信号、 识别信号甚至 模拟信号等。因此，卡式仪器所依赖 的仪器专用总线必须 在计算机内总线的基础上进行 扩展。 3)外总线：又称为通信总线，用于计算机之间、计算 机与仪器之间，或者仪器与仪器或者外设之间的互 连。例如GPIB、RS-232、RS-485、IEEE1394、 USB和IEEE802.3’s等。
– 则PCI总线的带宽为：33.3×32/8=133MB/s – 或33.3×64/8=266MB/s
25
常用总线
常用总线
–GPIB,VXI,PXI,ISA,PCI,串口(RS232),并口(LPT),USB
通用接口总线（GPIB）
背景：
1960’s，CAT出现，由于缺少标准接口，仪器 之间以及仪器与计算机和外设之间难以互连。例如 电传打字机接口只有2条线，而一台频率合成器的 接口信号却有150多条线。 1969年英国公布了第一个用于自动测试系统互连 的接口标准：BS-4421 。随后许多国家、公司、国 际组织陆续发表各自的接口标准。但仅有欧洲原子 能委员会提出的CAMAC ( Computer Automat Measurement And Control) 得到较广泛的应用。
总线宽度
总线宽度：笼统地说，就是总线所设置 的通信线路（线缆）的数目。具体地说 ，就是总线内设置用于传送数据的信号 线的数目为数据总线宽度，用于传输地 址的信号线的数目为地址总线宽度，如 8位、16位、32位、64位等 数据总线宽度在很大程度上决定了计算 机总线的性能 地址总线的宽度则决定了系统的寻址能 力