5. 标准总线通信

• 片间总线
• 各芯片之间的连线
• 模板总线（内部总线（Internal Bus) ）
• 也称作系统总线或板级总线； • 用于计算机内部模块（板）之间通信； • 内部总线是微机系统中最重要的总线，人们平常所说的微机总线就是 指系统总线，如STD总线、PC总线、ISA总线、PCI总线等。 • 相对于一台完整的微型计算机来说，各种板/卡只是一个子系统，是一 个局部，故又把片总线称为局部总线，如PCI、AGP总线。

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（6）公共线（6根） 地线：8根； 电源线：14根； 保留线：2根； INIT：初始启动； CCLK：固定时钟。
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5.3.2 数据传送过程
Multibus总线采用异步方式实现总线握手，可兼容各种不 同速度的设备。 （1）读操作过程
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（2）写操作过程
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5.3.3 禁止操作过程
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总线标准与标准总线
总线标准：
定义： 所谓总线标准就是对系统总线的插座尺寸、引线数目、信号 和时序所作的统一规定。 标准内容：总线的机械规程、电气规程、功能规程和过程规程；
特性： 机械特性：规定模板尺寸、插头、连接器的形状、尺寸等规格位置，如 插头与插座使用的标准，它们的几何尺寸、形状、引脚的个数以及排列的 顺序，接头处的可靠接触等。 电气特性：规定信号的逻辑电平、最大额定负载能力、信号传递方向及 电源电压等。 功能特性：规定每个引脚名称、功能、时序及适用协议，如地址总线用 来指出地址；数据总线传递数据；控制总线发出控制信号等。 时间特性：指总线中的任一根线在什么时间内有效。每条总线上的各种 信号，互相存在着一种有效时序的关系，因此，时间特性一般可用信号时 序图来描述。
第五讲
第五章 标准总线通信
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1970年DEC公司PDP-11小型计算机首次采用总线技术。
• 微型计算机自诞生以来一直采用总线结构。
• 在微型计算机系统中常 把总线作为一个独立的 部件看待。
• 微机系统中的I/O接口本质 上是I/O设备与微机系统总 线的接口。
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5.1 总线、总线标准及标准总线
优先权编码解码电路比较 复杂，在标准总线开放型 多微机系统中使用较少。
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5.3 Multibus总线
Multibus总线又称多总线，它是Intel公司生产iSBC系列产品 使用的模板总线。 1977年公开发表，以后为IEEE协会确认并定名为IEEE796 总线标准，并作为标准内总线加以推荐。被公认是至今设计最好 的、考虑得最周全的微机内总线标准。
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–外部总线（External Bus)：又称通信总线
• 用于计算机之间或计算机与设备之间通信；
• 外部总线本质上应该算作主机与外设的接口 • 如：IEEE-488、RS-232C、RS-485、USB、1394等。
地址总线AB
内存储器 微处理器
I/O接口
I/O设备 外部总线
数据总线DB 控制总线CB 内部总线
BHEN=1，只启动8根数据线DAT0-DAT7，按字节传送。DAT0DAT7上是高8位还是低8位取决于ADR0。当ADR0=0，则DAT0DAT7上高为8位，当ADR0=1，则为低8位。
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（3）信息传送协议线 （5根） 在主模板向从模板（如存储器模板、I/O模板等）传 送信息时，利用这五条线实现双方信息传送协议 MRDC：存储器读命令线。 MWTC：存储器写命令线。 IORC：I/O读命令线。 IOWC：I/O写命令线。 XACK：传送应答信号线。
取得总线控制权的多主模板置总线忙 BUSY＝1，使用完总先后置BUSY＝0。 由于使用总线期间BUSY＝1， 将屏蔽优 先权更高的多主模板的总线请求。
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• 主要特点：
–越靠近控制器的模块，优先级越高； –链形优先级存在传播延迟，这种延迟与模块数成正比 ，所以判优速度较慢，一般只接少量（几个）模块； –链形结构，一个故障，链失效； –结构较简单，造价较低。

INH1和INH2：地址禁止线
当INH1=0时，将禁止RAM响应地址总线上的存储单元地址，而允 许ROM响应地址总线上的存储单元地址，即让ROM―压倒”RAM；

当INH2=0时，将禁止ROM响应地址总线上的存储单元地址，而 允许RAM响应地址总线上的存储单元地址，即让RAM―压倒”ROM。

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5.2.3 总线仲裁
采用支持多微机的Multibus，STD，S-100标准内总线，可 以构建开放型多微机系统。 开放型多微机系统中有主、从两类模板： 1）主模板：含有CPU，具有总线控制权。有两种主模板： 普通主模板，它不参加总线使用权的竞争，用于开放型 单微机系统； 多主模板，参加总线竞争，用于构造开放型多微机系统。
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5.3.1 Multibus总线的信号及意义
Multibus总线标准规定模板尺寸为12英寸5.95英寸， 模板上带有P1，P2两个边缘插头，可与总线插座相连：
P1为主插头，有86个引脚，每个引脚都有明确定义； P2为辅助插头，有60个引脚。P2上已定义的引脚用来在电源故障时， 控制自动切换电池。
Multibus采用两级总线结构。在模板内部使用局部总线， 在各模板之间通过Multibus总线互连。由于大部分数据交换是通 过局部总线进行，因而Multibus总线占有率仅在10%左右，便于 Multibus总线更好地支持多微处理机系统。 Multibus总线在抗串扰、电磁兼容性方面表现良好，在世 界范围内获得了广泛应用，它是一种很有发展前途的总线标准， 在工业控制与智能仪表中有着广泛应用。
（2）数据线（17根） DAT0-DATF：16根数据线

在8位系统中，传数据使用DAT0~DAT7
在16位系统中，可用DAT0－DATF16条数据线传送数据，一次传 送一个字；也可用DAT0~DAT78条数据线传送数据，一次传送一个 字节。
BHEN：数据位选择线。

BHEN=0，16位数据线一起使用，按字使用，一次传输16位；

P1插头的86个信号线可分为6类，即地址线、数据线、 信息传送协议线、总线仲裁线、中断控制线及共用线 。
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MultiBus-AD模拟量输入卡 MultiBus-9200 CPU卡
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（1）地址线（22根） ADR0-ADR13：传送被访问的存储单元及I/O端口的地址
对8位微处理器：ADR0-ADRF对存储单元寻址，ADR0-ADR7对 I/O端口进行寻址； 对16位微处理器：ADR0-ADR13对存储单元寻址，ADR0-ADRB对 I/O端口进行寻址
图5-1 总线母板与总线插总线标准对总线作了一系列关于互连、交换信息、协调工 作的规定，包括： 信号线的根数及引线名称 。 机械规程：规定总线插座的机械尺寸、引脚编号、排列位置 以及模板的外形尺寸 。 电气规程：规定了引线信号的静电电平及负载性能 。 逻辑功能及过程特性：引线的逻辑功能及时序关系。 模板硬件设计就是以选定的标准总线为基准，根据模板的 功能要求，选择适当的芯片，经过尽可能简单的逻辑变换，把 信号变换为符合标准总线的规定，经可控开关连接到总线插头 上，模板硬件设计的核心就是设计总线接口。
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2）从模板：不具有总线控制权，不参加总线使用权的竞争。 有两种从模板： 普通从模板：不含微处理器； 智能从模板：含微处理器，负责板内控制，不参加总线竞争。
开放型多微机系统由多主模板管理总线的使用权，多主 模板配置有总线仲裁机制，有两台或者两台以上多主模板要求 使用总线时把总线使用权分配给某一多主模板，以避免冲突。
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2、总线判优方法
（1）串行判优法：
PI端为低电平 时，才可以请 求使用总线 优先级最高 取得总线控制权的多主模板PO端变为高电 平，右端各多主模块的PI、PO也都变为高 电平，不能请求使用总线。这样一来，菊花 链中取得总线控制权的多主模块右侧各多主 模块都无法再请求总线。 优先级最低
串行判优法， 菊花链上多主 模板的数目一 般不得超过4块
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• 主要特点：
– 判优速度快，且与模块数无关； – 所需“请求线”和“允许线”较多，N个模块需要2N条。
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（3）循环判优法： 采用类似于并行判优法的编码译码结构形式 ，动态 分配多主模板的优先权，各多主模板的优先权不再按输 入编号固定不变，而是按时间周期轮转，使每块多主模 板取得最高优先权的机会均等。

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（4）中断控制线（9根） INT0-INT7：并行中断请求线，由并行中断优先权排 队处理。INT0具有最高优先权，INT7而具有最低优先 权。 INTA：主模板对中断请求的响应线。
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（5）总线仲裁线（6根） ：用以支持多微处理器系统
BCLK：总线时钟。用于各多主模板总线仲裁器同步，与微处理器的 时钟不同步。 BPRN：总线优先级输入线。为低电平时，表示当前没有更高优先级 主模板请求总线。 BPRO：总线优先级输出线。用于菊花链连接，当本主模板请求总线 或者菊花链中本主模板左侧主模板请求总线时，它均为1。 BUSY：总线忙。BUSY=0时，表明总线正在使用中，禁止其它多主模 板获得总线控制权。 BERQ：总线请求。BERQ＝0时，表示该主模板请求使用总线。该线 用于总线的并行判优。 CBRQ：公共请求。只要有一块多主模板请求总线，它就变为有效。 用此信号线通知当前正在使用总线的多主模板，若CBRQ为0，表示现 在还有其它多主模板请求总线，请用完后立即释放。若CBRQ为1，表 示现在没有多主模板请求总线，现在正使用总线的多主模板用完总线后 不要释放，以减少无意义的总线使用权交换。
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（2）并行判优法：
取得总线控制权的多主模板置 BUSY＝1，屏蔽总线使用期间其 他多主模板的总线请求 74148的8个输入端中有一 个为低电平，就会有一组相 应编码从A0-A2端口输出。 如果在输入端同时有多个输 入，则A0-A2的输出编码与 编号最大的输入相对应