[信息與通信]第五章 標準總線通信

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1、第五章第五章 標準總線通信標準總線通信 微型計算機自誕生以來一直采用總線結(jié)構(gòu)。微型計算機自誕生以來一直采用總線結(jié)構(gòu)。v 1970年年DEC公司公司PDP-11小型計算機首次采用總線技術(shù)。小型計算機首次采用總線技術(shù)。 在微型計算機系統(tǒng)中常在微型計算機系統(tǒng)中常把總線作為一個獨立的把總線作為一個獨立的部件看待。部件看待。 微機系統(tǒng)中的微機系統(tǒng)中的I/O接口本質(zhì)接口本質(zhì)上是上是I/O設備與微機系統(tǒng)總設備與微機系統(tǒng)總線的接口。線的接口。5.1 總線、總線標準及標準總線總線、總線標準及標準總線 總線總線是連接一個或多個部件的一組電纜的總稱，通常包括地址總線地址總線、數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線和控制總線控制總線。 依

2、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: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)部總線內(nèi)部總線（Internal Bus)Internal Bus) ） 也稱作系統(tǒng)總線或板級總線； 用于計算機內(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

3、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)示意圖計算機總線結(jié)構(gòu)示意圖外部總線外部總線（External Bus)External Bus)：又稱通信總線：又稱通信總線 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：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

4、：所有信號復用一對信號線串行總線：所有信號復用一對信號線 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)系統(tǒng)) )外總線外總線如并口、串口如并口、串口( (系統(tǒng)系統(tǒng)) )內(nèi)總線內(nèi)總線如如ISAISA、PCIPCI片間總線片間總線 三總線形式三總線形式片內(nèi)總線片內(nèi)總線單總線形式單總線形式運算器運算器寄存器寄存器控控制制器器CPU存儲存儲芯片芯片I/O芯片芯片主板擴展擴展接口板接口板擴展擴展接口板接口板微機系統(tǒng)微機系統(tǒng)其其 他他 微微 機機系系 統(tǒng)統(tǒng)其其 他他 儀儀 器器系系 統(tǒng)統(tǒng)微機系統(tǒng)的四級總線示意圖微機系統(tǒng)的四級總線示

5、意圖總線標準與標準總線總線標準與標準總線 n 總線標準： 定義：定義： 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：特性： 機械特性：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：電氣特性：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：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

6、間特性：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系，因此，時間特性一般可用信號時序圖來描述。 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)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 總線母板與總線插座的關系5.2.2 總線標準總線標準 總線標準對總線作了一系列關于互連、交換信息、協(xié)調(diào)

7、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系。 模板硬件設計就是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?shù)男酒?，?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：1）主模板主

8、模板：含有CPU，具有總線控制權(quán)。有兩種主模板： 普通主模板普通主模板，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： 普通從模板普通從模板：不含微處理器；智能從模板智能從模板：含微處理器，負責板內(nèi)控制，不參加總線競爭。 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總線控制器與總線仲裁器用8218/

9、8219，8288/8289充當，也可用可編程列陣PAL開發(fā)而成 總線仲裁器總線仲裁器可以對總線緩沖器（總線控制器中）、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）串行判優(yōu)法：優(yōu)先級最高優(yōu)先級最高 優(yōu)先級最低優(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?yōu)楦唠娖?，右端各多主模塊的PI、PO也都變?yōu)楦唠娖?，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

10、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BUSY1，使用完總先后置BUSY0。由于使用總線期間BUSY1， 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，串行判優(yōu)法，菊花鏈上多主菊花鏈上多主模板的數(shù)目一模板的數(shù)目一般不得超過般不得超過4塊塊 主要特點：主要特點：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

11、相對應 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BUSY1，屏蔽總線使用期間其他多主模板的總線請求 并行判優(yōu)法比并行判優(yōu)法比串行判優(yōu)法速串行判優(yōu)法速度快，而且可度快，而且可判優(yōu)的多主模判優(yōu)的多主模板數(shù)不受限制板數(shù)不受限制 （2）并行判優(yōu)法）并行判優(yōu)法： 主要特點：主要特點： 判優(yōu)速度快，且與模塊數(shù)無關； 所需“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）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

12、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)編碼解碼電路比較優(yōu)先權(quán)編碼解碼電路比較復雜，在標準總線開放型復雜，在標準總線開放型多微機系統(tǒng)中使用較少。多微機系統(tǒng)中使用較少。 5.3 Multibus總線總線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。由于大部

13、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總線的信號及意義總線的信號及意義 Multibus總線標準規(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，有為輔助插頭，有60個引腳。個引腳。P2上已定義的引腳用來在電源故障時，上

14、已定義的引腳用來在電源故障時，控制自動切換電池?？刂谱詣忧袚Q電池。 P1插頭的86個信號線可分為6類，即地址線地址線、數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線、信息傳送協(xié)議線信息傳送協(xié)議線、總線仲裁線總線仲裁線、中斷控制線中斷控制線及共用線共用線 。 MultiBus-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

15、當INH1=0時，將禁止RAM響應地址總線上的存儲單元地址，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DAT0DATF16條數(shù)據(jù)線傳送數(shù)據(jù)，一次傳送一個字；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

16、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)。nINTA：主模板對

17、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)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。BERQ0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?yōu)橛行?。用此信號線通知當前正

18、在使用總線的多主模板，若CBRQ為0，表示現(xiàn)在還有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

19、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當被禁止從模板檢測到該禁止信號后，就將自己的禁止信號后，就將自己的數(shù)據(jù)線、地址線和響應線數(shù)據(jù)線、地址線和響應線上的緩沖驅(qū)動器關閉，以上的緩沖驅(qū)動器關閉，以確保禁止源從模板的訪問確保禁止源從模板的訪問 5.3.4 中斷操作過程中斷操作過程 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Multibu

20、s總線上的中斷請求線INT0-INT7向主模板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

21、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 總線仲裁操作總線仲裁操作 設置總線仲裁器同步時鐘，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) 由由74LSl48編碼器與編碼器與8205三八譯碼器組成優(yōu)三八譯碼器組成優(yōu)先權(quán)編碼譯碼電路先權(quán)編碼譯碼電路 并行判優(yōu)時序 并行判優(yōu)中延時主要由并行判優(yōu)中延時主要由74LSl48與與8205的編碼的編碼譯碼引起，確保時鐘周譯碼引起，確保時鐘周期結(jié)束前期結(jié)束前22ns把把BPRN信號送到獲得總線使用信號送到獲得總線使用權(quán)的主模板權(quán)的主模板 可接入的多主模板可接入的多主模板數(shù)

22、目基本比串行判數(shù)目基本比串行判優(yōu)法多優(yōu)法多5.4 STD總線總線1978年美國年美國PRO-LOG公司推出的一種工業(yè)標準微型計算機總線，公司推出的一種工業(yè)標準微型計算機總線，STD是是STANDARD縮寫縮寫1987年，被定名為年，被定名為IEEEP-961，1989年開發(fā)出年開發(fā)出STD32STD總線起初設計為可用于總線起初設計為可用于64K存儲空間的存儲空間的8位總線，后發(fā)展成可位總線，后發(fā)展成可用于尋址用于尋址16M空間的空間的16位總線位總線5.4.1 STD總線概述及特點總線概述及特點STD總線的特點l56根并行總線，采用小模板結(jié)構(gòu), 尺寸為165114mml模塊化的總體設計布局l開

23、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)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總線的信號及其意義5656根并行總線都有明確的定義，按功能可分為五類根并行總線都有明確的定義，按功能可分為五類(1)(1)邏輯電源線邏輯電源線6 6根根( (引線引線1 16)6)(2)(2)數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線8 8根根( (引線引線7 714)14)(3)(3)地址總線地址總線1616根根( (引線引線151530)30)(4)(4)控制總線控制總線2222根根( (引線引線313152)52)(5)(5)輔助電源線輔助電源線4 4根根(

24、(引線引線535356)56)5.4.3 STD總線標準的時序特性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 tARE3、 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)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 tHWD5.4.4 STD中斷優(yōu)先權(quán)判

25、別中斷優(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)先級的仲裁總線優(yōu)先級的仲

26、裁 STD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)先邏輯從模板必需配置有優(yōu)先邏輯單元，所有從模板的單元，所有從模板的BAI和和BAO串連成菊花鏈串連成菊花鏈 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)編碼譯碼器總線優(yōu)先權(quán)編碼譯碼器配置在單獨的功能模板配置在單獨的功能模板上上 BRQ：總線請求 BAI：總線應答輸入5.5 STD多微機系統(tǒng)多微機系統(tǒng) STD總線多微處理器系統(tǒng)是開放型系統(tǒng)，

27、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) CPU模板模板n(2) I/O擴展模板擴展模板：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) 模擬量模擬量I/O模板模板，開關量開關量I/O模板模板，數(shù)字量數(shù)字量I/O模板模

28、板；n(5) 系統(tǒng)母板及機箱機架系統(tǒng)母板及機箱機架：在用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) 其它其它：包括STD各種輔助模板、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ST

29、D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) 通信接口通信接口：（1）由串行接口由串行接口芯片芯片(SIO)如如8251構(gòu)成的功能構(gòu)成的功能模板；（模板；（2）由主模板上的串）由主模板上的串行通信接口構(gòu)成行通信接口構(gòu)成 （2）主從PIO式STD多微機系統(tǒng) 智能外設：智能外設：帶局部總線帶局部總線的微機子系統(tǒng)的微機子系統(tǒng) I/O接口：接口：STD總線標準總線標準與局部總線標準不同與局部總線標準不同 ，I/O接口把接口把STD總線標準總線標準信號變換為普通的并行信號變換為普通的并行I/O接口接口

30、(PIO)信號，可信號，可以選用以選用STD產(chǎn)品系列中產(chǎn)品系列中的的SBX-PIO型型I/O連接器連接器也可以采用帶有也可以采用帶有8080微處理器、微處理器、局部總線、雙端口共享存儲器的智局部總線、雙端口共享存儲器的智能從模板，實現(xiàn)主模板與智能從模能從模板，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

31、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)關鍵在于多主控制器多主控制器，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各多主模板利用自己的資源進行操作，當需要時，源進行操作，當需要時，采用公用總線共享存儲器采用公用總線共享存儲器通信法，進行多主模板的通信法，進行多主模板的通信。通信。 需要通信的多主模板先需要通信的多主模板先要請求占用要請求占用STD總線，總線，經(jīng)過各多主模板中多主經(jīng)過各多主模板中多主控制器內(nèi)的總線仲裁邏控制器內(nèi)的總線仲裁邏輯進行仲裁，決定哪塊輯進行仲裁，決定哪塊

32、多主模板將占用總線。多主模板將占用總線。 多主模板間通信多主模板間通信使用的共享存儲使用的共享存儲器設在全局存儲器設在全局存儲器內(nèi)，一般采用器內(nèi)，一般采用郵箱結(jié)構(gòu)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) 采用帶有采用帶有8031微處理器微處理器的主模板，而不是多主的主模板，而不是多主模板，以進一步降低硬模板，以進一步降低硬件成本。

33、主模板配置：件成本。主模板配置：8031單片機一臺單片機一臺EPROM/RAM 32KB8255I/O接口芯片接口芯片8路路A/D芯片芯片ADC-0809RS-232C異步串行接口異步串行接口 內(nèi)存空間的分配原則：各主模板的內(nèi)存空間的分配原則：各主模板的32KB 局局部內(nèi)存和部內(nèi)存和I/O端口的地址完全重疊，映射為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共享存儲器及擴展I/O端口端口0000H7FFFH，各主模板內(nèi)的，各主模板內(nèi)的32K內(nèi)存內(nèi)存8000HFDFFH：共享存儲器地址范圍：共享存儲器地址范圍FE00HFEFF

34、H：各主模板內(nèi)的：各主模板內(nèi)的I/O端口端口FF00HFFFFH；擴展；擴展I/O端口端口 共享存儲器構(gòu)造成郵箱結(jié)構(gòu)，各分信箱共享存儲器構(gòu)造成郵箱結(jié)構(gòu)，各分信箱地址范圍如下：地址范圍如下：8000HA7FFH：1#主模板分信箱主模板分信箱A800HCFFFH：2#主模板分信箱主模板分信箱D000HFDFFH：3#主模板分信箱主模板分信箱 各分信箱再分為兩格，分別對應其各分信箱再分為兩格，分別對應其它兩臺微機。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：nPC0PC3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判斷是否有其它主模板同時在競爭總線時在競爭總線本章小結(jié)本章小結(jié)