各类总线的介绍(DOC)

总线一．总线的概念总线是一组用于计算机之间各部件之间进行数据和命令的传送的公用信号线。二．总线的分类（一）总线（微机通用总线）按功能和规范可分为三大类型:(1)片总线(ChipBus,C-Bus)又称元件级总线，是把各种不同的芯片连接在一起构成特定功能模块(如CPU模块)的信息传输通路。(2)内总线(InternalBus,I-Bus)又称系统总线或板级总线，是微机系统中各插件(模块)之间的信息传输通路。例如CPU模块和存储器模块或I/O接口模块之间的传输通路。(3)外总线(ExternalBus,E-Bus)又称通信总线，是微机系统之间或微机系统与其他系统(仪器、仪表、控制装置等)之间信息传输的通路，如EIARS-232C、IEEE-488等。（现场总线CAN属于外总线）三类总线在微机系统中的地位和关系其中的系统总线，即通常意义上所说的总线，一般又含有三种不同功能的总线，即数据总线DB（DataBus）、地址总线AB（AddressBus）和控制总线CB（ControlBus）。（二）总线按照传输数据的方式划分：可以分为串行总线和并行总线。串行总线中，二进制数据逐位通过一根数据线发送到目的器件；并行总线的数据线通常超过2根。常见的串行总线有SPI、I2C、USB及RS232等。（三）总线按照时钟信号是否独立划分：可以分为同步总线和异步总线。同步总线的时钟信号独立于数据，而异步总线的时钟信号是从数据中提取出来的。SPI、I2C是同步串行总线，RS232采用异步串行总线。按照计算机所传输的信息种类，计算机的总线可以划分为数据总线、地址总线和控制总线，分别用来传输数据、数据地址和控制信号。三．各类总线介绍内部总线1．I2C总线是同步通信的一种特殊形式，具有接口线少，控制方式简化，器件封装形式小，通信速率较高等优点。在主从通信中，可以有多个I2C总线器件同时接到I2C总线上，通过地址来识别通信对象。2．SPI总线串行外围设备接口SPI是一种同步串行接口，SPI总线是一种三线同步总线，因其硬件功能很强，所以与SPI有关的软件就相当简单，使CPU有更多的时间处理其他事务。3．SCI总线串行通信接口SCI是一种通用异步通信接口UART，与MCS-51的异步通信功能基本相同。系统总线1．ISA总线总线标准是IBM公司推出的系统总线标准。它是对XT总线的扩展，以适应8/16位数据总线要求。它在80286至80486时代应用非常广泛，以至于现在奔腾机中还保留有ISA总线插槽，ISA总线有98只引脚。2．EISA总线是在ISA总线的基础上使用双层插座，在原来ISA总线的98条信号线上又增加了98条信号线，也就是在两条ISA信号线之间添加一条EISA信号线。在实用中，EISA总线完全兼容ISA总线信号。3．VESA总线是一种局部总线，简称为VL(VESAlocalbus)总线。该总线系统考虑到CPU与主存和Cache的直接相连，通常把这部分总线称为CPU总线或主总线，其他设备通过VL总线与CPU总线相连，所以VL总线被称为局部总线。它定义了32位数据线，且可通过扩展槽扩展到64位，使用33MHz时钟频率，最大传输率达132MB/s，可与CPU同步工作。是一种高速、高效的局部总线，可支持386SX、386DX、486SX、486DX及奔腾微处理器。4．PCI总线是当前最流行的总线之一，它是由Intel公司推出的一种局部总线。它定义了32位数据总线，且可扩展为64位。PCI总线主板插槽的体积比原ISA总线插槽还小，其功能比VESA、ISA有极大的改善，支持突发读写操作，最大传输速率可达132MB/s，可同时支持多组外围设备。PCI局部总线不能兼容现有的ISA、EISA、MCA（microchannelarchitecture）总线，但它不受制于处理器，是基于奔腾等新一代微处理器而发展的总线。5．CompactPCI总线是当今第一个采用无源总线底板结构的PCI系统，是PCI总线的电气和软件标准加欧式卡的工业组装标准，是当今最新的一种工业计算机标准。CompactPCI是在原来PCI总线基础上改造而来，它利用PCI的优点，提供满足工业环境应用要求的高性能核心系统，同时还考虑充分利用传统的总线产品，如ISA、STD、VME或PC/104来扩充系统的I/O和其他功能。6.PC/104总线PC/104也是一种工业计算机总线标准。PC/104是一种专门为嵌入式控制而定义的工业控制总线，即IEEE-P996。7.VME总线VersaModuleEurocard由Motorola公司1981年推出的第一代32位工业开放标准总线，即IEEE1014-1987。（作为测控总线使用）8.AGP全称AcceleratedGraphicPorts，PC的图形系统接口的一种。为了使系统和图形加速卡之间的数据传输获得比PCI总线更高的带宽，AGP应运而生。9.PCI-Express是最新的总线和接口标准，它原来的名称为“3GIO”，是由英特尔提出的，很明显英特尔的意思是它代表着下一代I/O接口标准。交由PCI-SIG（PCI特殊兴趣组织）认证发布后才改名为“PCI-Express”，简称“PCI-E”。这个新标准将全面取代现行的PCI和AGP，最终实现总线标准的统一。它的主要优势就是数据传输速率高，目前最高的16X2.0版本可达到10GB/s，而且还有相当大的发展潜力。PCIExpress也有多种规格，从PCIExpress1X到PCIExpress16X，能满足现在和将来一定时间内出现的低速设备和高速设备的需求。外部总线1．RS-232-C总线设有25条信号线，包括一个主通道和一个辅助通道，在多数情况下主要使用主通道，对于一般双工通信，仅需几条信号线就可实现。RS-232-C标准规定的数据传输速率为每秒50、75、100、150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200波特。RS-232-C标准规定，驱动器允许有2500pF的电容负载，通信距离将受此电容限制。传输距离短的另一原因是RS-232属单端信号传送，存在共地噪声和不能抑制共模干扰等问题，因此一般用于20m以内的通信。2．RS-485总线在要求通信距离为几十米到上千米时，广泛采用RS-485串行总线标准。RS-485采用平衡发送和差分接收，因此具有抑制共模干扰的能力。加上总线收发器具有高灵敏度，能检测低至200mV的电压，故传输信号能在千米以外得到恢复。RS-485采用半双工工作方式，任何时候只能有一点处于发送状态，因此，发送电路须由使能信号加以控制。RS-485用于多点互连时非常方便，可以省掉许多信号线。应用RS-485可以联网构成分布式系统，其允许最多并联32台驱动器和32台接收器。3．IEEE-488总线上述两种外部总线是串行总线，而IEEE-488总线是并行总线接口标准，用来连接系统，如微计算机、数字电压表、数码显示器等设备。它按照位并行、字节串行双向异步方式传输信号，连接方式为总线方式，仪器设备直接并联于总线上而不需中介单元，但总线上最多可连接15台设备。最大传输距离为20米，信号传输速度一般为500KB/s，最大传输速度为1MB/s。4．USB总线通用串行总线USB它基于通用连接技术，实现外设的简单快速连接，达到方便用户、降低成本、扩展PC连接外设范围的目的。它可以为外设提供电源。另外，快速是USB技术的突出特点之一，USB的最高传输率可达12Mbps比串口快100倍，比并口快近10倍，而且USB还能支持多媒体。5.CAN总线CAN是控制器局域网络(ControllerAreaNetwork,CAN)的简称，是由研发和生产汽车电子产品著称的德国BOSCH公司开发了的，并最终成为国际标准（ISO11898）。是国际上应用最广泛的现场总线之一。在北美和西欧，CAN总线协议已经成为汽车计算机控制系统和嵌入式工业控制局域网的标准总线，并且拥有以CAN为底层协议专为大型货车和重工机械车辆设计的J1939协议。具有的高可靠性和良好的错误检测能力。（现场总线）6.以太网接口接口类型是RJ-45接口。它遵循IEEE802.3标准，传输速率通常为10M/100/1000Mbps，可工作在全双工、半双工模式。如下图的WAN口（广域网口）和1、2、3、4标识的端口就是RJ-45端口。测控总线（仪器专用总线）测控总线是指以组成测量和控制系统为主要目标而开发的总线。虽然在PC、ISA、PCI总线系统上加入各种I/O功能模块板，也可以组成测控系统，但这不是这些总线标准设计的主要目的。为测控系统设计的总线主要有STD、CPCI、GPIB、VME、VXI和PXI等总线。目前常用的测试系统平台总线基本上还是并行总线，如PCI、GPIB、PXI和VXI等总线。1.PCI/CompactPCI总线PCI是一种高性能局部总线，它构成微处理器与外设之间的高速通道。PCI支持多个外设，与CPU的时钟频率无关。PCI局部总线的特征体现在其高性能、可兼容性、处理器的独立性、成本有限性和将来支持性等方面。PCI局部总线是一个系统的解决办法，它使网络适配器、硬盘驱动器和高速外设的性能进一步提高。PCI总线工作于33MHz时钟频率时，其峰值速度为132MB/s，这比ISA(9MB/s)和EISA(33MB/s)的传输速率提高数倍。PCI总线主控性允许多个智能外部设备中的任何一个控制此总线，以加速信息流量，使优先级高的任务先执行。PCI的并行处理能力使微处理器与外部设备同时运行，而不是等待它们。因为PCI被设计成是对扩充总线的一种补充，所以与ISA、EISA和MCA总线兼容。虽然每个系统插槽个数有限，但PCI总线允许制造商们提供“分享插槽”，使之既能适应一个PCI，也能适应一个ISA、EISA或MCA卡连接器。另外，所有PCI兼容附加板可对任何服从PCI的系统进行操作，而与使用中的扩充总线或微处理器无关。PCI总线的64位数据地址复用总线能使系统的带宽达到264MB/s，其32位和64位外部通信对用户是透明的。这种透明性由一个连接器提供，连接器有接收32位和64位长的能力，具有非常好的兼容性。PCI总线具有自动匹配能力，用户安装一个新的外设板/卡时，不必人工设置DIP开关或中断。PCI总线的独立处理器特性使其适用于PC平台的所有系列，包括台式、笔记本和服务器等。CompactPCI总线是PCI总线在工控领域的扩展，它采用两种尺寸的欧式板结构，即单高、双高和传统的机箱式安装方式。系统插槽上的模块为控制模块，负责系统的管理，包括其它模块的初始化、总线仲裁、时钟分配和复位功能。CompactPCI还规范了热切换，即带电插拔，便于适合工业和嵌入式应用场合。2.PXI总线PXI定义用于测试、测量与控制应用，是基于PC的一种小型模块化仪器平台。PXI是建立在CompactPCI规范的基础上。CompactPCI规范定义了封装坚固的PCI，提供出众的机械完整性并使硬件部件易于装卸。因为PXI平台基于PCI，所以它具有PCI的一些优点，如较低的成本、不断提高的性能，以及为最终用户提供主流软件等。PXI总线是PCI/CompactPCI在仪器领域的扩展，不仅保留了PCI总线较高的数据吞吐能力，而且采用了坚固的欧洲插卡组装技术。为了适应测试仪器的需要，还扩展了与VXI总线类似的仪器总线，如触发总线、本地总线、系统参考时钟以及只有D尺寸VXI才有的星型触发总线。PXI模块仪器的优点主要包括：（1）PXI与CompactPCI保持100%兼容；（2）将台式PC技术引入到测试与测量设备；（3）比台式PC提供了更多的I/O扩展槽；（4）扩充了台式PC机中所没有的仪器特性；（5）更加紧凑，比台式PC更节省空间；（6）提供了更严格的标准，促进了多供应商之间的兼容，有利于系统集成；（7）定义了标准的软件框架，要求兼容的产品提供相应的驱动软件，有利于简化系统集成。3.VXI总线VXI总线是在VME总线的基础上扩展而成的仪器系统总线，由于该总线采用的是开放式结