VME总线的结构和工作原理

VME总线的结构和工作原理目录总线的基本概念VME总线结构和主要功能模块DTB的控制机制及工作时序DTB的裁决优先级中断总线公用总线64位VME总线简介总线的基本概念在计算机或者网络中：•总线是信号传送的通道•总线是一种网络或电路的拓补结构•不同类型设备相互连接的基础总线的基本概念•内部总线：芯片一级互连（I2C、SPI等）•系统总线：插件板一级互连（PCI、VME等）•外部总线：设备一级的互连（RS-485、USB等）计算机总线的分类总线的基本概念•PC技术推动了嵌入式工控机技术的发展•ISA/PCI总线加固型工业PC无法满足苛刻工作条件下的要求•VME总线工业控制机一直是许多嵌入式工业应用的首选机型VME总线的发展：总线的基本概念•结构：Master/Slave•数据传输方式：异步传输，复用/非复用周期•地址宽度：16/24/32/40/64bit•数据宽度：8/16/24/32/64bit•中断级别：7级•多处理器能力：支持1~21个处理器•数据传输速率：0-500+Mbyte/secVME总线的主要特点：总线的基本概念名称最大传输速率VMEbusIEEE-101440Mbyte/secVME6480Mbyte/secVME64x160Mbyte/secVME320320~500Mbyte/secVME总线的传输速率：总线的基本概念VME总线结构和主要功能模块DTB的控制机制及工作时序DTB的裁决优先级中断总线公用总线64位VME总线简介数据处理设备地址单元监视器请求器主设备中断器中断处理器CPU插件板请求器底板接口逻辑VME总线的结构和主要功能模块DTB优先级中断DTB裁决公用底板接口逻辑裁决器系统时钟驱动器电源监视器串行时钟驱动器IACK菊花链驱动器总线定时器系统控制器插件板底板接口逻辑数据输入输出设备从设备中断器输入输出插件板底板接口逻辑数据存储设备从设备存储器插件板VME总线的结构和主要功能模块•数据传送（DTB）•DTB裁决•优先权中断•公用VME总线功能分类：总线的基本概念VME总线结构和主要功能模块DTB的控制机制及工作时序DTB的裁决优先级中断总线公用总线64位VME总线简介DTB的控制机制和工作时序1.主设备（MASTER）一个功能模块，它启动DTB周期，以便在它和一个从设备之间传递数据DTB的控制机制和工作时序主设备的框图主设备底板接口逻辑数据传送总线DTB裁决总线优先权中断总线公用总线AM0~AM5ACFAILE*SYSRESET*BCLR*IACK*AS0*DS0*DS1*WRITE*DTACK*BERR*地址线数据线LWORD*DTB的控制机制和工作时序2.从设备（SLAVE）一个功能模块，它检测主设备启动的DTB周期，当DTB周期指定有它参与时，和主设备之间传递数据DTB的控制机制和工作时序从设备的框图从设备底板接口逻辑数据传送总线DTB裁决总线优先权中断总线公用总线AM0~AM5SYSRESET*IACK*AS0*DS0*DS1*WRITE*DTACK*BERR*地址线数据线LWORD*DTB的控制机制和工作时序3.DTB线的分类地址线A01~A31AM0~AM5DS0*DS1*LWORD*数据线D00~D31控制线AS*DS0*DS1*BERR*DTACK*DTB的控制机制和工作时序4.字节组只有两个最低有效位地址不相同的一组字节地址单元称为4字节组种类字节地址字节（0）XXXX…XXXXX00字节（1）XXXX…XXXXX01字节（2）XXXX…XXXXX02字节（3）XXXX…XXXXX03DTB的控制机制和工作时序5.寻址线主设备使用地址线A02~A31选择将要存取的4字节组，4条附加的线（DS1*，DS0*，A01和LWORD*）来决定字节组中，在数据传送周期中要存取哪个或哪些字节地址单元。DTB的控制机制和工作时序在数据传送期间选择被存取的字节地址单元用的信号电平（部分）周期类型DS1*DS0*A01LWORD*字节（0）读写（单字节）LHLH字节（1）读写（单字节）HLLH字节（0~1）读写（双字节）LLLH字节（2~3）读写（双字节）LLHH字节（0~3）读写（四字节）LLLLDTB的控制机制和工作时序6.地址修改线（AM0~AM5）主设备在数据传递期间传送附加的二进制信息给从设备。共有6条地址修改线，分类如下：定义的保留的用户定义的短寻址码：A02~A15用于选择字节（0~3）标准寻址码：A02~A23用于选择字节（0~3）扩展寻址码：A02~A31用于选择字节（0~3）DTB的控制机制和工作时序地址修改码的分配（部分）：HEX543210功能3FHHHHHH标准超级块传输3DHHHHLH标准超级数据访问3BHHHLHH标准非特权块传输2DHLHHLH短地址超级访问2AHLHLHL短地址非特权访问1F-10用户定义0FLLHHHH扩展超级块传输0DLLHHLH扩展超级数据访问DTB的控制机制和工作时序7.地址选通（AS*）主设备驱动。通知所有的从设备模块，地址稳定，可以取用8.数据选通（DS0*和DS1*）主设备驱动。用来选择数据传送的字节地址单元控制功能：在写周期，第一个下降沿指出主设备已经将数据放置在数据总线上，在读周期，第一个上升沿通知从设备可以从数据总线上去掉数据DTB的控制机制和工作时序9.数据传送承认（DATCK*）从设备驱动。在写周期，从设备驱动DATCK*为低表示它已经成功接收了写入的数据；在读周期从设备驱动DATCK*为低表示它已经把数据放上数据总线10.总线错（BERR*）从设备或总线定时器驱动BERR*为低，向主设备表明数据传送不成功DTB的控制机制和工作时序11.读/写（WRITE*）主设备驱动。主设备用它来表明数据传送的方向。当WRITE*被驱动到低时表明数据数据传送方向是从主设备到从设备（写操作）12.总线定时器一个功能模块，测量DTB上每一次数据传输的时间，如果传送时间过长，便终止DTB周期DTB的控制机制和工作时序典型的数据传送周期的例子（单字节读周期）1主设备从设备已经获得DTB使用权给出地址、地址修改码驱动LWORD*为高，IACK*为高，AS*为低规定数据传送方向，WRITE*为高接收地址、地址修改码等信号。若地址有效，则选择板上设备DTB的控制机制和工作时序确定总线的使用权限在DTACK*和BERR*为高之前一直等待驱动DS0*为低，DS1*为高主设备从设备典型的数据传送周期的例子（单字节读周期）2DTB的控制机制和工作时序主设备从设备典型的数据传送周期的例子（单字节读周期）3从被选中的设备中读取数据在D00~D07上给出数据将DTACK*驱动到低DTB的控制机制和工作时序典型的数据传送周期的例子（单字节读周期）4主设备从设备接收D00~D07上的数据终止周期，释放地址线、地址修改码、LWORD*、IACK*释放DTACK*如果是最后的周期，释放DS0*、DS1*和AS*将DS0*、AS*驱动为高DTB的控制机制和工作时序典型的数据传送周期的例子（单字节读周期）5主设备从设备释放D00~D07DTB的控制机制和工作时序数据传送周期时序（地址广播）AM0~AM5IACK*A01~A31LWORD*AS*DS0*DTB的控制机制和工作时序数据传送周期时序（数据传送）AS*WRITE*DS0*DS1*D00~D31DTACK*BERR*总线的基本概念VME总线结构和主要功能模块DTB的控制机制及工作时序DTB的裁决优先级中断总线公用总线64位VME总线简介DTB的裁决必要性：为了通过DTB总线共享总体资源可行性：硬件裁决方案•防止两个主设备同时使用总线•调度来自多个主设备的请求，实现最佳的总线使用目的DTB的裁决DTB的裁决算法：优先权裁决循环裁决单级裁决DTB的裁决裁决总线的组成：总线请求（0~3）BR0*~BR3*总线允许入（0~3）BG0IN*~BG3IN*总线允许出（0~3）BG0OUT*~BG3OUT*总线忙BBSY*总线清除BCLR*DTB的裁决总线请求（0~3）BR0*~BR3*：由请求器驱动的信号，这些线中的任意一条为低，说明某个主设备需要使用DTB总线允许入（0~3）BR0IN*~BR3IN*由裁决器和请求器驱动的信号，“总线允许入”和“总线允许出”构成了总线允许菊花链。“总线允许入”信号表明接收该信号的插件板可以使用DTBDTB的裁决总线允许出（0~3）BROUT0*~BROUT3*：由请求器驱动的信号。总线允许出信号表明菊花链中的下一个插件板可以使用DTB总线忙：BBSY*由请求器驱动的信号。表明总线正在使用总线清除：BCLR*由裁决器驱动的信号，表明有一个较高优先级的请求要求使用DTB，要求当前主设备释放DTBDTB的裁决总线允许菊花链的示意图插槽1BG0IN*BG0OUT*BG1IN*BG1OUT*BG2IN*BG2OUT*BG3IN*BG3OUT*插槽2BG0IN*BG0OUT*BG1IN*BG1OUT*BG2IN*BG2OUT*BG3IN*BG3OUT*插槽3BG0IN*BG0OUT*BG1IN*BG1OUT*BG2IN*BG2OUT*BG3IN*BG3OUT*裁决器DTB的裁决裁决子系统的组成：一个裁决器一个或多个请求器DTB的裁决裁决器的功能：裁决器是一种功能模块，当几个请求同时存在时，它决定哪一个请求器应获准控制DTB。此种决定有多种可能的算法。主要有优先裁决器，循环裁决器和单级裁决器。DTB的裁决裁决器的框图裁决器（位于第一插槽）底板接口逻辑数据传送总线DTB裁决总线优先权中断总线公用总线SYSRESET*第一插槽BGXIN*BCLR*BBSY*BRX*DTB的裁决请求器的功能：请求器是一种功能模块，它用来监视插件板上主设备或中断处理器的设备要求信号，当它们需要DTB时产生总线请求信号DTB的裁决请求器的框图请求器底板接口逻辑数据传送总线DTB裁决总线优先权中断总线公用总线SYSRESET*BGXOUT*BGXIN*BRX*BR0*~BR3*BBSY*设备要求信号设备允许信号DTB的裁决典型的DTB裁决时序：两个请求器，两个请求级SLOT2请求器A主设备ASLOT1请求器B主设备B裁决器请求级1请求级2DTB的裁决BR1*由请求器驱动由裁决器驱动BR2*BBSY*BG1IN*BG2IN*裁决过程中裁决过程中主设备B控制DTB主设备A控制DTB裁决器闲总线的基本概念VME总线结构和主要功能模块DTB的控制机制及工作时序DTB的裁决优先级中断总线公用总线64位VME总线简介优先级中断总线优先权中断总线的基本功能模块•优先权中断总线信号线•中断器•中断处理器•IACK*菊花链驱动器优先级中断总线优先权中断总线的组成IRQ1*中断请求1（最低优先级）IRQ2*中断请求2IRQ3*中断请求3IRQ4*中断请求4IRQ5*中断请求5IRQ6*中断请求6IRQ7*中断请求7（最高优先级）IACK*中断承认IACKIN*/IACKOUT*中断承认菊花链优先级中断总线中断请求线（IRQ1*~IRQ7*）：中断器驱动中断请求线为低来发出中断请求。中断请求线被分为若干优先级，IRQ7*为最高中断承认线（IACK*）：中断承认线经过总线底板的全长，由中断处理器驱动并连接到IACK*菊花链上。中断承认菊花链（IACKIN*/IACKOUT*）：中断承认菊花链确保只有一个中断器响应中断承认周期优先级中断总线优先权中断总线的菊花链IACK菊花链驱动器系统控制器SLOT1中断处理器SLOT2非响应中断器SLOT3响应中断器SLOT4IACKIN*IACKIN*IACKOUT*IACKIN*IACKOUT*IACKOUT*IACKIN*IACKOUT*IACK*优先级中断总线中断处理器的功能：1.在指定的一组中断请求线中确定进入的中断请求的优先级（IRQ1*~IRQ7*中的最高级）2.使用插件板上的总线请求器请求使用DTB，当获准使用DTB时，启动中