《標準總線通信》PPT課件.ppt

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1、第 五 章 標 準 總 線 通 信 微 型 計 算 機 自 誕 生 以 來 一 直 采 用 總 線 結(jié) 構(gòu) 。v1970年 DEC公 司 PDP-11小 型 計 算 機 首 次 采 用 總 線 技 術(shù) 。 在 微 型 計 算 機 系 統(tǒng) 中 常把 總 線 作 為 一 個 獨 立 的部 件 看 待 。 微 機 系 統(tǒng) 中 的 I/O接 口 本 質(zhì)上 是 I/O設 備 與 微 機 系 統(tǒng) 總線 的 接 口 。 5.1 總 線 、 總 線 標 準 及 標 準 總 線 總 線 是 連 接 一 個 或 多 個 部 件 的 一 組 電 纜 的 總 稱 ，通 常 包 括 地 址 總 線 、 數(shù) 據(jù) 總 線

2、和 控 制 總 線 。 依 應 用 的 場 合 總 線 可 分 為 ： 片 內(nèi) 總 線 片 間 總 線 模 板 總 線 并 行 外 總 線 與 串 行 外 總 線 片 內(nèi) 總 線 On-Chip BUS: 在 集 成 電 路 的 內(nèi) 部 ， 用 來 連 接 各 功 能 單 元 的 信 息 通 路 。 受 芯 片 面 積 及 對 外 引 腳 數(shù) 的 限 制 ， 片 內(nèi) 總 線 大 多 采 用 單 總 線 結(jié) 構(gòu) 片 間 總 線 各 芯 片 之 間 的 連 線 模 板 總 線 （ 內(nèi) 部 總 線 （ Internal Bus) ） 也 稱 作 系 統(tǒng) 總 線 或 板 級 總 線 ； 用 于 計 算

3、 機 內(nèi) 部 模 塊 （ 板 ） 之 間 通 信 ； 內(nèi) 部 總 線 是 微 機 系 統(tǒng) 中 最 重 要 的 總 線 ， 人 們 平 常 所 說 的 微 機 總 線 就 是指 系 統(tǒng) 總 線 ， 如 STD總 線 、 PC總 線 、 ISA總 線 、 PCI總 線 等 。 相 對 于 一 臺 完 整 的 微 型 計 算 機 來 說 ， 各 種 板 /卡 只 是 一 個 子 系 統(tǒng) ， 是 一個 局 部 ， 故 又 把 片 總 線 稱 為 局 部 總 線 ， 如 PCI、 AGP總 線 。 計 算 機 總 線 結(jié) 構(gòu) 示 意 圖 外 部 總 線 （ External Bus)： 又 稱 通 信

4、總 線 用 于 計 算 機 之 間 或 計 算 機 與 設 備 之 間 通 信 ； 外 部 總 線 本 質(zhì) 上 應 該 算 作 主 機 與 外 設 的 接 口 如 ： IEEE-488、 RS-232C、 RS-485、 USB、 1394等 。 根 據(jù) 總 線 的 數(shù) 據(jù) 傳 輸 方 式 ， 總 線 可 分 為 ： 并 行 總 線 ： 每 個 信 號 都 有 自 己 的 信 號 線 優(yōu) 點 是 信 號 線 各 自 獨 立 ， 接 口 簡 單 ； 缺 點 是 電 纜 數(shù) 多 ； 如 ： IEEE-488總 線 為 并 行 總 線 串 行 總 線 ： 所 有 信 號 復 用 一 對 信 號 線

5、優(yōu) 點 是 電 纜 線 數(shù) 少 ， 便 于 遠 距 離 傳 送 ； 缺 點 是 接 口 復 雜 ； RS-232-C、 RS-485、 USB等 總 線 為 串 行 總 線 。 (系 統(tǒng) )外 總 線如 并 口 、 串 口 (系 統(tǒng) )內(nèi) 總 線如 ISA、 PCI 片 間 總 線 三 總 線 形 式 片 內(nèi) 總 線單 總 線 形 式運 算 器寄 存 器控制器CPU 存 儲芯 片I/O芯 片主 板 擴 展接 口 板擴 展接 口 板微 機 系 統(tǒng) 其 他 微 機系 統(tǒng)其 他 儀 器系 統(tǒng)微 機 系 統(tǒng) 的 四 級 總 線 示 意 圖 總 線 標 準 與 標 準 總 線 n 總 線 標 準 ： 定

6、 義 ： 所 謂 總 線 標 準 就 是 對 系 統(tǒng) 總 線 的 插 座 尺 寸 、 引 線 數(shù) 目 、 信 號和 時 序 所 作 的 統(tǒng) 一 規(guī) 定 。 標 準 內(nèi) 容 ： 總 線 的 機 械 規(guī) 程 、 電 氣 規(guī) 程 、 功 能 規(guī) 程 和 過 程 規(guī) 程 ； 特 性 ： 機 械 特 性 ： 規(guī) 定 模 板 尺 寸 、 插 頭 、 連 接 器 的 形 狀 、 尺 寸 等 規(guī) 格 位 置 ， 如插 頭 與 插 座 使 用 的 標 準 ， 它 們 的 幾 何 尺 寸 、 形 狀 、 引 腳 的 個 數(shù) 以 及 排 列 的順 序 ， 接 頭 處 的 可 靠 接 觸 等 。 電 氣 特 性 ：

7、規(guī) 定 信 號 的 邏 輯 電 平 、 最 大 額 定 負 載 能 力 、 信 號 傳 遞 方 向 及電 源 電 壓 等 。 功 能 特 性 ： 規(guī) 定 每 個 引 腳 名 稱 、 功 能 、 時 序 及 適 用 協(xié) 議 ， 如 地 址 總 線 用來 指 出 地 址 ； 數(shù) 據(jù) 總 線 傳 遞 數(shù) 據(jù) ； 控 制 總 線 發(fā) 出 控 制 信 號 等 。 時 間 特 性 ： 指 總 線 中 的 任 一 根 線 在 什 么 時 間 內(nèi) 有 效 。 每 條 總 線 上 的 各 種信 號 ， 互 相 存 在 著 一 種 有 效 時 序 的 關(guān) 系 ， 因 此 ， 時 間 特 性 一 般 可 用 信 號

8、 時序 圖 來 描 述 。 n 標 準 總 線 ： 受 到 國 際 組 織 承 認 、 推 薦 ， 為 許 多 國 家 、 行 業(yè) 、 用戶 所 公 認 的 總 線 。 5.2 開 放 型 系 統(tǒng) n OEM產(chǎn) 品 按 照 標 準 內(nèi) 總 線 制 作 的 功 能 模 塊 。n OEM系 統(tǒng) 在 標 準 總 線 母 板 插 槽 上 插 接 OEM功 能 模 板 組 成 的 智 能 系統(tǒng) 成 為 ， 開 放 型 系 統(tǒng) 。 5.2.1 總 線 母 板 與 總 線 插 座 總 線 插 座電 源 線數(shù) 據(jù) 線 地 址 線控 制 線中 斷 線 仲 裁 線 標準 內(nèi)總 線圖 5-1 總 線 母 板 與 總

9、 線 插 座 的 關(guān) 系 5.2.2 總 線 標 準 總 線 標 準 對 總 線 作 了 一 系 列 關(guān) 于 互 連 、 交 換 信 息 、 協(xié) 調(diào) 工作 的 規(guī) 定 ， 包 括 ： n 信 號 線 的 根 數(shù) 及 引 線 名 稱 。n 機 械 規(guī) 程 ： 規(guī) 定 總 線 插 座 的 機 械 尺 寸 、 引 腳 編 號 、 排 列 位 置以 及 模 板 的 外 形 尺 寸 。n 電 氣 規(guī) 程 ： 規(guī) 定 了 引 線 信 號 的 靜 電 電 平 及 負 載 性 能 。n 邏 輯 功 能 及 過 程 特 性 ： 引 線 的 邏 輯 功 能 及 時 序 關(guān) 系 。 模 板 硬 件 設 計 就 是

10、以 選 定 的 標 準 總 線 為 基 準 ， 根 據(jù) 模 板 的功 能 要 求 ， 選 擇 適 當 的 芯 片 ， 經(jīng) 過 盡 可 能 簡 單 的 邏 輯 變 換 ， 把信 號 變 換 為 符 合 標 準 總 線 的 規(guī) 定 ， 經(jīng) 可 控 開 關(guān) 連 接 到 總 線 插 頭上 ， 模 板 硬 件 設 計 的 核 心 就 是 設 計 總 線 接 口 。 5.2.3 總 線 仲 裁采 用 支 持 多 微 機 的 Multibus， STD， S-100標 準 內(nèi) 總 線 ， 可以 構(gòu) 建 開 放 型 多 微 機 系 統(tǒng) 。 開 放 型 多 微 機 系 統(tǒng) 中 有 主 、 從 兩 類 模 板 ：

11、1） 主 模 板 ： 含 有 CPU， 具 有 總 線 控 制 權(quán) 。 有 兩 種 主 模 板 ： 普 通 主 模 板 ， 它 不 參 加 總 線 使 用 權(quán) 的 競 爭 ， 用 于 開 放 型單 微 機 系 統(tǒng) ； 多 主 模 板 ， 參 加 總 線 競 爭 ， 用 于 構(gòu) 造 開 放 型 多 微 機 系 統(tǒng) 。 2） 從 模 板 ： 不 具 有 總 線 控 制 權(quán) ， 不 參 加 總 線 使 用 權(quán) 的 競 爭 。有 兩 種 從 模 板 ： 普 通 從 模 板 ： 不 含 微 處 理 器 ；智 能 從 模 板 ： 含 微 處 理 器 ， 負 責 板 內(nèi) 控 制 ， 不 參 加 總 線 競

12、爭 。 開 放 型 多 微 機 系 統(tǒng) 由 多 主 模 板 管 理 總 線 的 使 用 權(quán) ， 多 主模 板 配 置 有 總 線 仲 裁 機 制 ， 有 兩 臺 或 者 兩 臺 以 上 多 主 模 板 要 求使 用 總 線 時 把 總 線 使 用 權(quán) 分 配 給 某 一 多 主 模 板 ， 以 避 免 沖 突 。 1、 多 主 模 板 中 的 總 線 仲 裁 機 制 總 線 控 制 器 與 總 線 仲 裁 器 用8218/8219， 8288/8289充 當 ，也 可 用 可 編 程 列 陣 PAL開 發(fā) 而成 總 線 仲 裁 器 可 以 對 總 線緩 沖 器 （ 總 線 控 制 器中 ） 、

13、 數(shù) 據(jù) 線 緩 沖 器 、 地 址 線 緩 沖 器 中 三 態(tài) 門的 通 斷 進 行 控 制 當 某 一 多 主 模板 在 總 線 競 爭中 取 得 優(yōu) 先 權(quán)時 ， 該 多 主 模板 中 的 CPU占據(jù) 標 準 內(nèi) 總 線 ；其 它 多 主 模 板各 緩 沖 器 三 態(tài)門 切 斷 （ 呈 高阻 態(tài) ） ， 其CPU與 標 準 內(nèi)總 線 隔 離 。 2、 總 線 判 優(yōu) 方 法（ 1） 串 行 判 優(yōu) 法 ：優(yōu) 先 級 最 高 優(yōu) 先 級 最 低 PI端 為 低 電 平時 ， 才 可 以 請求 使 用 總 線 取 得 總 線 控 制 權(quán) 的 多 主 模 板 PO端 變 為 高 電平 ， 右

14、端 各 多 主 模 塊 的 PI、 PO也 都 變 為 高電 平 ， 不 能 請 求 使 用 總 線 。 這 樣 一 來 ， 菊 花鏈 中 取 得 總 線 控 制 權(quán) 的 多 主 模 塊 右 側(cè) 各 多 主模 塊 都 無 法 再 請 求 總 線 。 取 得 總 線 控 制 權(quán) 的 多 主 模 板 置 總 線 忙BUSY 1， 使 用 完 總 先 后 置 BUSY 0。由 于 使 用 總 線 期 間 BUSY 1， 將 屏 蔽 優(yōu)先 權(quán) 更 高 的 多 主 模 板 的 總 線 請 求 。串 行 判 優(yōu) 法 ，菊 花 鏈 上 多 主模 板 的 數(shù) 目 一般 不 得 超 過 4塊 主 要 特 點 ：

15、 越 靠 近 控 制 器 的 模 塊 ， 優(yōu) 先 級 越 高 ； 鏈 形 優(yōu) 先 級 存 在 傳 播 延 遲 ， 這 種 延 遲 與 模 塊 數(shù) 成 正 比， 所 以 判 優(yōu) 速 度 較 慢 ， 一 般 只 接 少 量 （ 幾 個 ） 模 塊 ； 鏈 形 結(jié) 構(gòu) ， 一 個 故 障 ， 鏈 失 效 ； 結(jié) 構(gòu) 較 簡 單 ， 造 價 較 低 。 74148的 8個 輸 入 端 中 有 一個 為 低 電 平 ， 就 會 有 一 組 相應 編 碼 從 A0-A2端 口 輸 出 。如 果 在 輸 入 端 同 時 有 多 個 輸入 ， 則 A0-A2的 輸 出 編 碼 與編 號 最 大 的 輸 入 相

16、 對 應 A0-A2信 號 經(jīng) 譯 碼 芯 片74138解 碼 得 到 唯 一 輸 出 ，控 制 各 多 主 模 板 與 總 線 的 導通 狀 態(tài) ， 只 允 許 一 個 多 主 模板 使 用 總 線 ， 從 而 完 成 仲 裁 取 得 總 線 控 制 權(quán) 的 多 主 模 板 置BUSY 1， 屏 蔽 總 線 使 用 期 間 其他 多 主 模 板 的 總 線 請 求 并 行 判 優(yōu) 法 比串 行 判 優(yōu) 法 速度 快 ， 而 且 可 判 優(yōu) 的 多 主 模板 數(shù) 不 受 限 制 （ 2） 并 行 判 優(yōu) 法 ： 主 要 特 點 ： 判 優(yōu) 速 度 快 ， 且 與 模 塊 數(shù) 無 關(guān) ； 所 需

17、 “ 請 求 線 ” 和 “ 允 許 線 ” 較 多 ， N個 模 塊 需 要 2N條 。 （ 3） 循 環(huán) 判 優(yōu) 法 ： 采 用 類 似 于 并 行 判 優(yōu) 法 的 編 碼 譯 碼 結(jié) 構(gòu) 形 式 ， 動 態(tài)分 配 多 主 模 板 的 優(yōu) 先 權(quán) ， 各 多 主 模 板 的 優(yōu) 先 權(quán) 不 再 按 輸入 編 號 固 定 不 變 ， 而 是 按 時 間 周 期 輪 轉(zhuǎn) ， 使 每 塊 多 主 模板 取 得 最 高 優(yōu) 先 權(quán) 的 機 會 均 等 。 優(yōu) 先 權(quán) 編 碼 解 碼 電 路 比 較復 雜 ， 在 標 準 總 線 開 放 型多 微 機 系 統(tǒng) 中 使 用 較 少 。 5.3 Mult

18、ibus總 線u Multibus總 線 又 稱 多 總 線 ， 它 是 Intel公 司 生 產(chǎn) iSBC系 列 產(chǎn) 品使 用 的 模 板 總 線 。u 1977年 公 開 發(fā) 表 ， 以 后 為 IEEE協(xié) 會 確 認 并 定 名 為 IEEE796總 線 標 準 ， 并 作 為 標 準 內(nèi) 總 線 加 以 推 薦 。 被 公 認 是 至 今 設 計 最 好的 、 考 慮 得 最 周 全 的 微 機 內(nèi) 總 線 標 準 。u Multibus采 用 兩 級 總 線 結(jié) 構(gòu) 。 在 模 板 內(nèi) 部 使 用 局 部 總 線 ，在 各 模 板 之 間 通 過 Multibus總 線 互 連 。

19、由 于 大 部 分 數(shù) 據(jù) 交 換 是 通過 局 部 總 線 進 行 ， 因 而 Multibus總 線 占 有 率 僅 在 10%左 右 ， 便 于Multibus總 線 更 好 地 支 持 多 微 處 理 機 系 統(tǒng) 。u Multibus總 線 在 抗 串 擾 、 電 磁 兼 容 性 方 面 表 現(xiàn) 良 好 ， 在 世界 范 圍 內(nèi) 獲 得 了 廣 泛 應 用 ， 它 是 一 種 很 有 發(fā) 展 前 途 的 總 線 標 準 ，在 工 業(yè) 控 制 與 智 能 儀 表 中 有 著 廣 泛 應 用 。 5.3.1 Multibus總 線 的 信 號 及 意 義 Multibus總 線 標 準

20、規(guī) 定 模 板 尺 寸 為 12英 寸 5.95英 寸 ，模 板 上 帶 有 P1， P2兩 個 邊 緣 插 頭 ， 可 與 總 線 插 座 相 連 ：nP1為 主 插 頭 ， 有 86個 引 腳 ， 每 個 引 腳 都 有 明 確 定 義 ；nP2為 輔 助 插 頭 ， 有 60個 引 腳 。 P2上 已 定 義 的 引 腳 用 來 在 電 源 故 障 時 ，控 制 自 動 切 換 電 池 。 P1插 頭 的 86個 信 號 線 可 分 為 6類 ， 即 地 址 線 、 數(shù) 據(jù) 線 、信 息 傳 送 協(xié) 議 線 、 總 線 仲 裁 線 、 中 斷 控 制 線 及 共 用 線 。 MultiB

21、us-9200 CPU卡 MultiBus-AD模 擬 量 輸 入 卡 （ 1） 地 址 線 （ 22根 ）ADR0-ADR13： 傳 送 被 訪 問 的 存 儲 單 元 及 I/O端 口 的 地 址n對 8位 微 處 理 器 ： ADR0-ADRF對 存 儲 單 元 尋 址 ， ADR0-ADR7對I/O端 口 進 行 尋 址 ；n對 16位 微 處 理 器 ： ADR0-ADR13對 存 儲 單 元 尋 址 ， ADR0-ADRB對I/O端 口 進 行 尋 址 INH1和 INH2： 地 址 禁 止 線n當 INH1=0時 ， 將 禁 止 RAM響 應 地 址 總 線 上 的 存 儲 單

22、元 地 址 ， 而 允許 ROM響 應 地 址 總 線 上 的 存 儲 單 元 地 址 ， 即 讓 ROM“壓 倒 ” RAM； n當 INH2=0時 ， 將 禁 止 ROM響 應 地 址 總 線 上 的 存 儲 單 元 地 址 ， 而 允許 RAM響 應 地 址 總 線 上 的 存 儲 單 元 地 址 ， 即 讓 RAM“壓 倒 ” ROM。 （ 2） 數(shù) 據(jù) 線 （ 17根 ）DAT0-DATF： 16根 數(shù) 據(jù) 線n在 8位 系 統(tǒng) 中 ， 傳 數(shù) 據(jù) 使 用 DAT0DAT7n在 16位 系 統(tǒng) 中 ， 可 用 DAT0 DATF16條 數(shù) 據(jù) 線 傳 送 數(shù) 據(jù) ， 一 次 傳送 一

23、 個 字 ； 也 可 用 DAT0DAT78條 數(shù) 據(jù) 線 傳 送 數(shù) 據(jù) ， 一 次 傳 送 一 個字 節(jié) 。BHEN： 數(shù) 據(jù) 位 選 擇 線 。nBHEN=0， 16位 數(shù) 據(jù) 線 一 起 使 用 ， 按 字 使 用 ， 一 次 傳 輸 16位 ； nBHEN=1， 只 啟 動 8根 數(shù) 據(jù) 線 DAT0-DAT7， 按 字 節(jié) 傳 送 。 DAT0-DAT7上 是 高 8位 還 是 低 8位 取 決 于 ADR0。 當 ADR0=0， 則 DAT0-DAT7上 高 為 8位 ， 當 ADR0=1， 則 為 低 8位 。 （ 3） 信 息 傳 送 協(xié) 議 線 （ 5根 ） 在 主 模 板

24、 向 從 模 板 （ 如 存 儲 器 模 板 、 I/O模 板 等 ） 傳送 信 息 時 ， 利 用 這 五 條 線 實 現(xiàn) 雙 方 信 息 傳 送 協(xié) 議 nMRDC： 存 儲 器 讀 命 令 線 。nMWTC： 存 儲 器 寫 命 令 線 。nIORC： I/O讀 命 令 線 。nIOWC： I/O寫 命 令 線 。nXACK： 傳 送 應 答 信 號 線 。 （ 4） 中 斷 控 制 線 （ 9根 ）nINT0-INT7： 并 行 中 斷 請 求 線 ， 由 并 行 中 斷 優(yōu) 先 權(quán) 排隊 處 理 。 INT0具 有 最 高 優(yōu) 先 權(quán) ， INT7而 具 有 最 低 優(yōu) 先權(quán) 。nI

25、NTA： 主 模 板 對 中 斷 請 求 的 響 應 線 。 （ 5） 總 線 仲 裁 線 （ 6根 ） ： 用 以 支 持 多 微 處 理 器 系 統(tǒng)nBCLK： 總 線 時 鐘 。 用 于 各 多 主 模 板 總 線 仲 裁 器 同 步 ， 與 微 處 理 器 的 時鐘 不 同 步 。 nBPRN： 總 線 優(yōu) 先 級 輸 入 線 。 為 低 電 平 時 ， 表 示 當 前 沒 有 更 高 優(yōu) 先 級主 模 板 請 求 總 線 。nBPRO： 總 線 優(yōu) 先 級 輸 出 線 。 用 于 菊 花 鏈 連 接 ， 當 本 主 模 板 請 求 總 線或 者 菊 花 鏈 中 本 主 模 板 左 側(cè)

26、 主 模 板 請 求 總 線 時 ， 它 均 為 1。nBUSY： 總 線 忙 。 BUSY=0時 ， 表 明 總 線 正 在 使 用 中 ， 禁 止 其 它 多 主 模板 獲 得 總 線 控 制 權(quán) 。 nBERQ： 總 線 請 求 。 BERQ 0時 ， 表 示 該 主 模 板 請 求 使 用 總 線 。 該 線用 于 總 線 的 并 行 判 優(yōu) 。nCBRQ： 公 共 請 求 。 只 要 有 一 塊 多 主 模 板 請 求 總 線 ， 它 就 變 為 有 效 。用 此 信 號 線 通 知 當 前 正 在 使 用 總 線 的 多 主 模 板 ， 若 CBRQ為 0， 表 示 現(xiàn)在 還 有

27、其 它 多 主 模 板 請 求 總 線 ， 請 用 完 后 立 即 釋 放 。 若 CBRQ為 1， 表示 現(xiàn) 在 沒 有 多 主 模 板 請 求 總 線 ， 現(xiàn) 在 正 使 用 總 線 的 多 主 模 板 用 完 總 線 后不 要 釋 放 ， 以 減 少 無 意 義 的 總 線 使 用 權(quán) 交 換 。 （ 6） 公 共 線 （ 6根 ） n地 線 ： 8根 ；n電 源 線 ： 14根 ；n保 留 線 ： 2根 ；nINIT： 初 始 啟 動 ；nCCLK： 固 定 時 鐘 。 5.3.2 數(shù) 據(jù) 傳 送 過 程 Multibus總 線 采 用 異 步 方 式 實 現(xiàn) 總 線 握 手 ， 可

28、兼 容 各 種 不同 速 度 的 設 備 。（ 1） 讀 操 作 過 程 （ 2） 寫 操 作 過 程 5.3.3 禁 止 操 作 過 程 禁 止 操 作 的 目 的 是 允 許 RAM， ROM及 按 存 儲 器 編 址 的 I/O端 口 擁有 相 同 的 存 儲 器 地 址 。 禁 止 信 號 由 一 個 存 儲 從 模 板 產(chǎn) 生 ， 去 禁 止 另 一 個 從 模 板 的 總 線 動作 。 禁 止 源 發(fā) 出 的 禁 止 信 號 產(chǎn) 生 于 其 存 儲 器 地 址 線 的 譯 碼 。 當 被 禁 止 從 模 板 檢 測 到 該禁 止 信 號 后 ， 就 將 自 己 的數(shù) 據(jù) 線 、 地

29、 址 線 和 響 應 線 上 的 緩 沖 驅(qū) 動 器 關(guān) 閉 ， 以確 保 禁 止 源 從 模 板 的 訪 問 5.3.4 中 斷 操 作 過 程 Multibus總 線 中 斷 的 方 式 有 兩 種 ：（ 1） 非 總 線 向 量 中 斷 ：n中 斷 向 量 地 址 由 主 模 板 上 的 中 斷 控 制 器 產(chǎn) 生 ， 并 通 過 主模 板 內(nèi) 的 局 部 總 線 傳 送 給 CPU；n中 斷 源 來 自 其 它 模 板 ， 也 可 來 自 主 模 板 的 內(nèi) 部 ；n中 斷 處 理 ： 中 斷 源 通 過 Multibus總 線 上 的 中 斷 請 求 線INT0-INT7向 主 模

30、板 CPU發(fā) 出 中 斷 請 求 ， 主 模 板 則 根 據(jù) 優(yōu)先 級 高 低 響 應 中 斷 。 （ 2） 總 線 向 量 中 斷 ：n中 斷 向 量 地 址 由 從 模 板 產(chǎn) 生 并 經(jīng) 過 Multibus總 線 的 數(shù) 據(jù) 線傳 送 給 主 模 板 ；n中 斷 源 來 自 其 它 模 板 ；n中 斷 處 理 ：1） 一 個 或 一 個 以 上 的 中 斷 請 求 時 ， 主 模 板 就 產(chǎn) 生 一 個 中 斷 請 求 的 響應 信 號 INTA用 以 凍 結(jié) 中 斷 狀 態(tài) ；2） 主 模 板 啟 動 中 斷 判 優(yōu) 邏 輯 ， 把 判 優(yōu) 結(jié) 果 即 高 優(yōu) 先 級 的 中 斷 請

31、 求 者的 地 址 放 在 Multibus的 地 址 線 上 ， 以 選 中 該 從 模 板 ；3） 主 模 板 發(fā) 出 第 二 個 響 應 信 號 INTA， 使 被 選 中 的 從 模 板 的 中 斷 控 制邏 輯 向 Multibus的 數(shù) 據(jù) 線 發(fā) 送 中 斷 向 量 地 址4） 主 模 板 使 用 接 收 到 的 中 斷 向 量 轉(zhuǎn) 入 中 斷 服 務 程 序 。5） 中 斷 向 量 為 雙 字 節(jié) ， 可 發(fā) 出 第 三 個 響 應 信 號 INTA， 以 獲 取 中 斷 向 量 的 另 外 一 個 字 節(jié) 5.3.5 總 線 仲 裁 操 作 設 置 總 線 仲 裁 器 同 步

32、 時 鐘 ， 各 個 多 主 模 板 內(nèi) 的 總 線仲 裁 器 同 步 運 行 完 成 總 線 仲 裁 。（ 1） 串 行 判 優(yōu) （ 2） 并 行 判 優(yōu) 由 74LSl48編 碼 器 與8205三 八 譯 碼 器 組 成 優(yōu) 先 權(quán) 編 碼 譯 碼 電 路 并 行 判 優(yōu) 時 序 并 行 判 優(yōu) 中 延 時 主 要 由74LSl48與 8205的 編 碼譯 碼 引 起 ， 確 保 時 鐘 周期 結(jié) 束 前 22ns把 BPRN信 號 送 到 獲 得 總 線 使 用權(quán) 的 主 模 板 可 接 入 的 多 主 模 板數(shù) 目 基 本 比 串 行 判優(yōu) 法 多 5.4 STD總 線 1978年美國

33、PRO-LOG公司推出的一種工業(yè)標準微型計算機總線，STD是STANDARD縮寫 1987年，被定名為IEEEP-961，1989年開發(fā)出STD32 STD總線起初設計為可用于64K存儲空間的8位總線，后發(fā)展成可用于尋址16M空間的16位總線 5.4.1 STD總 線 概 述 及 特 點STD總 線 的 特 點l56根 并 行 總 線 ， 采 用 小 模 板 結(jié) 構(gòu) , 尺 寸 為 165 114mml模 塊 化 的 總 體 設 計 布 局l開 放 式 的 系 統(tǒng) 結(jié) 構(gòu)l兼 容 式 總 線 結(jié) 構(gòu) ， 擁 有 豐 富 的 I/O功 能 ， 廣 泛 適 用 于 工 業(yè) 控 制l小 模 板 結(jié)

34、構(gòu) ， 模 板 尺 寸 小 ,可 減 少 沖 擊 和 震 動 的 影 響 5.4.2 STD總 線 的 信 號 及 其 意 義56根 并 行 總 線 都 有 明 確 的 定 義 ， 按 功 能 可 分 為 五 類(1)邏 輯 電 源 線 6根 (引 線 1 6)(2)數(shù) 據(jù) 總 線 8根 (引 線 7 14)(3)地 址 總 線 16根 (引 線 15 30)(4)控 制 總 線 22根 (引 線 31 52)(5)輔 助 電 源 線 4根 (引 線 53 56) 5.4.3 STD總 線 標 準 的 時 序 特 性 1、 地 址 選 擇 信 號 的 產(chǎn) 生 A0A23， 確 定 訪 問 的具

35、 體 地 址 表 示 擴 展 的 存 儲 器 或 者擴 展 的 I/O地 址 空 間 區(qū) 別 是 訪 問 內(nèi) 存 還 是 訪問 I/O端 口 2、 讀 信 號 時 序 （ 從 模 板 向 主 模 板 傳 遞 數(shù) 據(jù) ） 圖 5-13 讀 信 號 時 序 圖主 模 板 確 定 的 讀 取 數(shù) 據(jù)時 間 tAR； 主 模 板 確 定 的 讀 數(shù) 據(jù) 建立 時 間 tSRE 主 模 板 決 定 的 讀 數(shù) 據(jù) 訪問 時 間 tARE 3、 寫 信 號 時 序 （ 數(shù) 據(jù) 寫 入 存 儲 器 或 I/O端 口 ） 寫 控 制 信 號 有 效 前 ， 數(shù)據(jù) 總 線 上 的 數(shù) 據(jù) 就 應 出現(xiàn) 且 穩(wěn)

36、定 ， 并 維 持 到 寫控 制 信 號 結(jié) 束 可 用 的 數(shù) 據(jù) 建 立 時 間 tSWD可 用 的 數(shù) 據(jù) 保 持 時 間 tHWD 5.4.4 STD中 斷 優(yōu) 先 權(quán) 判 別 中 斷 請 求 時 ， 封 閉 右 端從 模 板 的 中 斷 請 求 ， 置INTRQ有 效 ， 向 主 模 板申 請 中 斷 主 模 板 響 應 從模 板 中 斷 請 求 從 模 板 將 中 斷 向 量 送 數(shù)據(jù) 總 線 ， 主 模 板 讀 取 中斷 向 量 ， 轉(zhuǎn) 相 應 的 中 斷服 務 程 序 1、 多 中 斷 源 的 串 聯(lián) 判 優(yōu) 圖 5-17 多 中 斷 源 的 并 聯(lián) 判 優(yōu) 2、 多 中 斷

37、源 的 并 聯(lián) 判 優(yōu) 并 行 優(yōu) 先 權(quán) 編 碼 譯 碼 由 獨 立 的 功 能 模 板 完 成 主 模 板 響 應 從模 板 中 斷 請 求 各 從 模 板 發(fā) 出 的 中 斷 請 求 經(jīng)并 行 優(yōu) 先 權(quán) 編 碼 譯 碼 器 后 產(chǎn)生 高 優(yōu) 先 權(quán) 中 斷 源 的 中 斷 請求 信 號 INTRQ送 主 模 板 編 碼 譯 碼 器 收 到 INTAK后 ， 把 優(yōu) 先 權(quán) 最 高 的 中斷 源 對 應 的 中 斷 向 量 通過 數(shù) 據(jù) 總 線 送 主 模 板 ，主 模 板 根 據(jù) 中 斷 向 量 轉(zhuǎn)相 應 的 中 斷 服 務 程 序 理 5.4.5 總 線 優(yōu) 先 級 的 仲 裁 ST

38、D總 線 支 持 多 微 處 理 機 系 統(tǒng) ， 一 般 采 用 主 從 結(jié) 構(gòu) 1、 總 線 串 行 判 優(yōu) 圖 5-18 總 線 串 行 判 優(yōu) BRQ： 總 線 請 求 BAI： 總 線 應 答 輸 入 BAO： 總 線 應 答 輸 出 從 模 板 必 需 配 置 有 優(yōu) 先 邏 輯單 元 ， 所 有 從 模 板 的 BAI和BAO串 連 成 菊 花 鏈 總 線 串 行 判 優(yōu) 時 序 設 備 請 求 總 線 向 主 模 板 請 求 總 線 主 模 板 響 應 請 求 取 得 總 線 控 制 權(quán) 屏 蔽 總 線 請 求 2、 總 線 并 行 判 優(yōu) 總 線 優(yōu) 先 權(quán) 編 碼 譯 碼 器

39、配 置 在 單 獨 的 功 能 模 板上 BRQ： 總 線 請 求 BAI： 總 線 應 答 輸 入 5.5 STD多 微 機 系 統(tǒng) STD總 線 多 微 處 理 器 系 統(tǒng) 是 開 放 型 系 統(tǒng) ， 采 用 積木 式 方 法 進 行 組 織 ， 選 用 必 要 的 功 能 模 板 ， 插 入 帶 系統(tǒng) 母 板 的 機 架 中 即 組 成 了 STD總 線 系 統(tǒng) 的 硬 件 ， 再 裝入 必 要 的 STD軟 件 、 編 制 應 用 軟 件 即 構(gòu) 成 了 STD應 用系 統(tǒng) ， 只 要 加 插 模 板 就 可 以 方 便 地 進 行 擴 充 。 1、 STD常 用 功 能 模 板n(1

40、) CPU模 板n(2) I/O擴 展 模 板 ： 包 括 顯 示 器 鍵 盤 模 板 ， 計 數(shù) 器 /定 時 器 模 板 ，軟 盤 控 制 器 模 板 ， 打 印 機 模 板 ， 優(yōu) 先 權(quán) 編 碼 譯 碼 模 板 、 EGA/鍵 盤模 板 及 各 種 通 信 模 板 ；n(3) 存 儲 器 擴 展 模 板 ： 主 要 包 括 各 種 容 量 的 動 態(tài) RAM擴 展 模 板 ，靜 態(tài) RAM擴 展 模 板 ， EPROM擴 展 模 板 ；n(4) 模 擬 量 I/O模 板 ， 開 關(guān) 量 I/O模 板 ， 數(shù) 字 量 I/O模 板 ；n(5) 系 統(tǒng) 母 板 及 機 箱 機 架 ： 在

41、用 STD標 準 模 板 構(gòu) 造 STD開 放 型 系統(tǒng) 時 ， 把 選 擇 好 的 模 板 插 在 系 統(tǒng) 母 板 的 總 線 插 座 上 ， 把 系 統(tǒng) 母 板置 于 機 箱 機 架 上 即 可 。 STD產(chǎn) 品 系 列 提 供 可 插 接 不 同 數(shù) 量 的 系 統(tǒng)母 板 ， 并 提 供 配 置 有 總 線 母 板 的 機 箱 機 架 。n(6) STD軟 件 ： STD產(chǎn) 品 系 列 提 供 了 豐 富 的 軟 件 ， 如 STD-DOS， STD-LIB， STD總 線 軟 件 ， STD專 用 軟 件 ， STD實 用 程 序 等 。n(7) 其 它 ： 包 括 STD各 種 輔

42、助 模 板 、 輔 件 、 電 源 、 電 纜 以 及 STD開 發(fā) 系 統(tǒng) 及 編 程 器 等 2、 STD多 微 機 系 統(tǒng) 的 通 信 機 制 根 據(jù) 通 信 方 法 及 通 信 結(jié) 構(gòu) ， STD多 微 機 系 統(tǒng) 的 通 信機 制 可 以 分 為 三 類 ：n采 用 SIO通 信 法 的 串 行 總 線 STD多 微 機 系 統(tǒng) ；n采 用 PIO通 信 法 的 主 從 PIO式 STD多 微 機 系 統(tǒng) ；n采 用 公 用 總 線 共 享 存 儲 區(qū) 通 信 法 的 多 主 STD總 線 系 統(tǒng) 。 （ 1） 串 行 總 線 STD多 微 機 系 統(tǒng) 通 信 接 口 ： （ 1）

43、由 串 行 接 口芯 片 (SIO)如 8251構(gòu) 成 的 功 能模 板 ； （ 2） 由 主 模 板 上 的 串行 通 信 接 口 構(gòu) 成 （ 2） 主 從 PIO式 STD多 微 機 系 統(tǒng) 智 能 外 設 ： 帶 局 部 總 線的 微 機 子 系 統(tǒng) I/O接 口 ： STD總 線 標 準與 局 部 總 線 標 準 不 同 ，I/O接 口 把 STD總 線 標 準信 號 變 換 為 普 通 的 并 行I/O接 口 (PIO)信 號 ， 可以 選 用 STD產(chǎn) 品 系 列 中的 SBX-PIO型 I/O連 接 器 也 可 以 采 用 帶 有 8080微 處 理 器 、局 部 總 線 、 雙

44、 端 口 共 享 存 儲 器 的 智能 從 模 板 ， 實 現(xiàn) 主 模 板 與 智 能 從 模板 之 間 的 雙 端 口 共 享 存 儲 區(qū) 通 信 （ 3） 多 主 STD總 線 系 統(tǒng) 前 面 的 兩 種 STD多 微 機 系 統(tǒng) 中 的 每 臺 微 機 自 成 一 個 完整 的 獨 立 子 系 統(tǒng) ， 并 不 是 真 正 的 并 行 多 微 處 理 機 系 統(tǒng) ， 不適 合 于 處 理 耦 合 程 度 高 的 任 務 。 多 主 微 處 理 器 模 板 研 制 成 功 ， 可 構(gòu) 建 多 主 STD總 線 系統(tǒng) 后 ， STD總 線 標 準 才 真 正 成 為 支 持 多 微 處 理 機

45、 的 總 線 標準 ， 多 主 STD系 統(tǒng) 才 能 夠 進 行 并 行 處 理 。 多 主 CPU模 板 之 所 以 可 用 來 建 立 真 正 的 并 行 多 微 處 理機 系 統(tǒng) 關(guān) 鍵 在 于 多 主 控 制 器 ， 多 主 控 制 器 是 由 可 編 程 序 陣列 PAL開 發(fā) 而 成 的 ， 它 專 門 用 來 解 決 多 主 總 線 的 仲 裁 問 題。 各 多 主 模 板 利 用 自 己 的 資源 進 行 操 作 ， 當 需 要 時 ，采 用 公 用 總 線 共 享 存 儲 器通 信 法 ， 進 行 多 主 模 板 的通 信 。 需 要 通 信 的 多 主 模 板 先要 請 求

46、 占 用 STD總 線 ，經(jīng) 過 各 多 主 模 板 中 多 主控 制 器 內(nèi) 的 總 線 仲 裁 邏輯 進 行 仲 裁 ， 決 定 哪 塊多 主 模 板 將 占 用 總 線 。 多 主 模 板 間 通 信使 用 的 共 享 存 儲 器 設 在 全 局 存 儲器 內(nèi) ， 一 般 采 用郵 箱 結(jié) 構(gòu) （ 4） STD總 線 多 微 機 控 制 系 統(tǒng) 應 用 舉 例 ： 6自 由 度 機 器人 全 動 力 學 實 時 控 制 系 統(tǒng) 就 是 這 樣 的 控 制 系 統(tǒng) 系 統(tǒng) 特 點 ：n控 制 對 象 復 雜 ；n控 制 程 序 的 計 算 、 空 間 復 雜 度 高 ；n動 態(tài) 過 程 變

47、 化 較 快 的 控 制 系 統(tǒng) 采 用 單 微 機 系 統(tǒng) 很 難 實 現(xiàn) ， 采 用 松 耦 合 的 多 微 機 系 統(tǒng)也 很 難 滿 足 動 態(tài) 控 制 要 求 ， 比 較 可 行 的 實 現(xiàn) 方 法 是 采 用多 主 STD開 放 型 系 統(tǒng) 采 用 帶 有 8031微 處 理 器的 主 模 板 ， 而 不 是 多 主模 板 ， 以 進 一 步 降 低 硬件 成 本 。 主 模 板 配 置 ：8031單 片 機 一 臺EPROM/RAM 32KB8255I/O接 口 芯 片8路 A/D芯 片 ADC-0809RS-232C異 步 串 行 接 口 內(nèi) 存 空 間 的 分 配 原 則 ：

48、各 主 模 板 的 32KB 局部 內(nèi) 存 和 I/O端 口 的 地 址 完 全 重 疊 ， 映 射 為同 一 地 址 空 間 ， 其 它 的 地 址 空 間 用 來 支 持共 享 存 儲 器 及 擴 展 I/O端 口0000H 7FFFH， 各 主 模 板 內(nèi) 的 32K內(nèi) 存 8000H FDFFH： 共 享 存 儲 器 地 址 范 圍FE00H FEFFH： 各 主 模 板 內(nèi) 的 I/O端 口FF00H FFFFH； 擴 展 I/O端 口 共 享 存 儲 器 構(gòu) 造 成 郵 箱 結(jié) 構(gòu) ， 各 分 信 箱地 址 范 圍 如 下 ：8000H A7FFH： 1#主 模 板 分 信 箱A8

49、00H CFFFH： 2#主 模 板 分 信 箱D000H FDFFH： 3#主 模 板 分 信 箱 各 分 信 箱 再 分 為 兩 格 ， 分 別 對 應 其它 兩 臺 微 機 。 主 模 板 通 信 方 法 ： 郵 箱 方 式 總 線 競 爭 策 略 ： 系 統(tǒng) 中 采 用 主 模 板 中 的 8255I/O接 口 芯 片 PC口 的 應 答 信 號 來 實 現(xiàn) 對 總 線 控 制 權(quán) 的 仲 裁 ， 各 主 模 板 中 8255芯 片 的 PC口 初 始 化 編 程 時 設 置 為 ：nPC0 PC3為 輸 入 口nPC4-PC7為 輸 出 口任 何 主 模 板 欲 使 用 STD總 線 時 ：（ 1） 檢 查 PC0與 PC1的 狀 態(tài) ， 若 皆 為 低 電 平 ， 則 STD總 線 空 閑 ，可 允 許 該 主 模 板 占 用 STD總 線 ；（ 2） 置 PC4， PC5為 高 電 平 ， 通 知 其 它 主 模 板 ， STD總 線 被 占 用。 同 時 請 求 總 線 沖 突 的 解 決 采 用 軟 件 方 式 解 決 同 時 請 求 總 線 產(chǎn) 生 的 沖 突 ， 采 用 “ 先掛 號 ， 再 占 用 ” 的 策 略 。 判 斷 是 否 有 其 它 主 模 板 同時 在 競 爭 總 線 本 章 小 結(jié)