第九章第九章 串行通信与总线技串行通信与总线技术术数据采集系统课件数据采集系统课件在设计数据采集系统时：在设计数据采集系统时： 若控制器是若控制器是PC机机，可以做成接口板卡的形式，总线可以是PCI，ISA/EISA等。如：PC-6319光电隔离模入接口卡，PC-6311D模入模出接口卡等。 若采用集散式结构若采用集散式结构，主机与从机之间的通信可以采用串行通信或者USB通信。 若构成分布式系统若构成分布式系统，可采用现场总线技术。如：CAN总线，LonWorks总线等。AD采集板A/D：12bit 32（单）/16（双）CH输入范围：010V、5V、10V程序启动、外触发启动硬件增益：1、2、10、100、1000倍中断：IRQ2、3、7三总线光电隔离，隔离电压500V自带隔离电源DC/DC ISA采集卡A/D：12bit 100K 32（单）/16（双）CH输入范围：010V、5V启动方式：程序启动、外触发启动程控增益：1/2/4/8/16/32/64/128倍D/A：12bit 6CH输出：05V 15V 010V 5V10V 010mA 420mA第九章第九章 串行通信与总线技串行通信与总线技术术数据采集系统课件数据采集系统课件9.1 串行通信接口串行通信接口9.2 PC总线技术（了解）总线技术（了解）9.3 通用串行总线通用串行总线USB（了解）（了解）9.4 现场总线技术（了解）现场总线技术（了解）第九章第九章 串行通信与总线技串行通信与总线技术术数据采集系统课件数据采集系统课件 中大规模数据采集系统通常采用集散式(主从式)系统结构。主机PC机与数据采集站单片机的通信一般采用串行通信的方式，便于远距离传输。 串行通信与并行通信一样，都是基本的数据通信方式。 串行通信是将数据的各个位一位一位地，通过单条1位宽的传输线按顺序分时传送，即通信双方一次传输一个二进制位。 由于计算机内部数据传输方式是并行的，所以数据采集系统中发送方在发送前要将并行数据转成串行数据，接收方接收后要完成串行数据到并行数据的转换。9.1 串行通信接口串行通信接口 第九章第九章 串行通信与总线技串行通信与总线技术术数据采集系统课件数据采集系统课件与并行通信相比，串行通信的优势优势传输距离长，可达到数千公里长距离内串行数据传送速率会比并行数据传送速率快，串行通信的通信时钟频率较并行通信容易提高。抗干扰能力强，串行通信信号间的互相干扰完全可以忽略。 费用低。 9.1 串行通信接口串行通信接口第九章第九章 串行通信与总线技串行通信与总线技术术数据采集系统课件数据采集系统课件D0D1D2D3D4D5D6D7停止位起始位9.1 串行通信接口串行通信接口一、串行通信的基本问题基本特征基本特征：以字符为传送单位；用起始位和停止位标识每个字符的开始和结束；字符间隔不固定；异步通讯常用格式：一个字符帧(一)串行通信基本方式1.1.异步通讯异步通讯：通信系统的发送与接收设备使用各自的时钟控制数据的发送与接收。第九章第九章 串行通信与总线技串行通信与总线技术术数据采集系统课件数据采集系统课件异步通讯的双方需要两项约定异步通讯的双方需要两项约定：1.字符格式一帧字符位数的规定：数据位，校验位，起始位和停止位。2.波特率(位/秒)对传送速率的规定例：要求每秒传送120个字符，每帧为10位。解： B=12010=1200波特每位0.83ms数据位传输率=1208=960位/秒9.1 串行通信接口串行通信接口1.异步通讯异步通讯：异步通讯的特点异步通讯的特点：不需传输同步脉冲，字符帧的长度不受限制，设备简单；使用起始位和结束位降低了有效数据传输速率，适用低速传输。一、串行通信的基本问题(一)串行通信基本方式第九章第九章 串行通信与总线技串行通信与总线技术术数据采集系统课件数据采集系统课件9.1 串行通信接口串行通信接口2.2.同步通讯：同步通讯：通信双方使用同一个时钟来控制数据块的发送与接收。同步字符数据1数据2数据3.数据n校验2校验1同步字符1 同步字符2 数据1数据2.数据n校验2校验1单同步：双同步： 以一串字符为一个传送单位，字符间不加标识位，在一串字符开始用同步字符标识，硬件要求高，通讯双方须严格同步。同步通讯特点： 传输效率高；对时钟要求严格，技术难度大；适用于高速数据传输。一、串行通信的基本问题(一)串行通信基本方式第九章第九章 串行通信与总线技串行通信与总线技术术数据采集系统课件数据采集系统课件9.1 串行通信接口串行通信接口发送器接收器发送器接收器单工通讯：数据单向传送。半双工通讯：数据可分时双向传送。全双工通讯：可同时进行发送和接收。一、串行通信的基本问题(二)串行数据传送方向第九章第九章 串行通信与总线技串行通信与总线技术术数据采集系统课件数据采集系统课件1.1.发送器：发送器：并串数据格式转换，添加标识位和校验位，一帧发送结束，设置结束标志，申请中断。2.2.接收器：接收器：串并数据格式转换，检查错误，去掉标识位，保存有效数据，设置接收结束标志，申请中断。3.3.控制器：控制器：接收编程命令和控制参数，设置工作方式：同步/异步、字符格式、波特率、校验方式、数据位与同步时钟比例等。9.1 串行通信接口串行通信接口一、串行通信的基本问题(三)串行接口功能第九章第九章 串行通信与总线技串行通信与总线技术术数据采集系统课件数据采集系统课件 原因：原因：如果数字信号直接在公用电话网的传输线上传送，高次谐波的衰减会很厉害，从而使信号到了接收端后将发生严重畸变和失真。 解决：解决：发送方使用调制器调制器（Modulator），把要传送的数字数字信号信号调制转换为适合在线路上传输的音频模拟信号音频模拟信号；接收方则使用解调器解调器（Demodulator）从线路上测出这个模拟信号，并还原成数字信号。 9.1 串行通信接口串行通信接口一、串行通信的基本问题(四)信号调制解调 第九章第九章 串行通信与总线技串行通信与总线技术术数据采集系统课件数据采集系统课件调制方法：调制方法：按照调制技术的不同分为调频（FM）、调幅（AM）和调相（PM）三种，根据传输数字信号的变化规律去调整载波的频率、幅度或相位。9.1 串行通信接口串行通信接口一、串行通信的基本问题(四)信号调制解调 第九章第九章 串行通信与总线技串行通信与总线技术术数据采集系统课件数据采集系统课件时分多路复用时分多路复用TDM(Time Division Multiplexing)，就是将一条物理传输线路按时间分成若干时间片轮换地为多个信号所占用，每个时间片由复用的一个信号占用。 频分多路复用频分多路复用FDM(Frequency Division Multiplexing)就是利用频率调制原理，将要同时传送的多个信号进行频谱搬移，使它们互不重叠地占据信道频带的不同频率段，然后经发送器从同一信道上同时或不同时地发送出去。 计算机串行数据通信及其接口中使用时分多路复用系统。计算机串行数据通信及其接口中使用时分多路复用系统。 9.1 串行通信接口串行通信接口一、串行通信的基本问题(五)信道复用第九章第九章 串行通信与总线技串行通信与总线技术术数据采集系统课件数据采集系统课件数据终端设备数据终端设备DTEDTE数据源和目的地数据通信设备数据通信设备DCEDCE使数据符合线路要求 9.1 串行通信接口串行通信接口二、串行接口RS-232C标准(一)串行通信系统第九章第九章 串行通信与总线技串行通信与总线技术术数据采集系统课件数据采集系统课件引脚引脚代号代号其他表示法其他表示法信号名信号名方向方向1AA（101）PG保护地保护地设备地设备地2BA（103）TxD发送数据发送数据DTEDCE3BB（104）RxD接收数据接收数据DCEDTE4CA（105）RTS请求发送请求发送DTEDCE5CB（106）CTS允许允许/清除发送清除发送DCEDTE6CC（108）DSRDCE就绪就绪DCEDTE7AB（102）SG信号地信号地信号公共地信号公共地8CF（109）DCD接收线路信号检测接收线路信号检测DCEDTE20CD（108.2）DTRDTE就绪就绪DTEDCE22CE（125）RI振铃指示振铃指示DCEDTE二、串行接口RS-232C标准(二)常用的RS-232C信号线9.1 串行通信接口串行通信接口第九章第九章 串行通信与总线技串行通信与总线技术术数据采集系统课件数据采集系统课件1.使用使用MODEM二、串行接口RS-232C标准(三)常用的RS-232C连接9.1 串行通信接口串行通信接口第九章第九章 串行通信与总线技串行通信与总线技术术数据采集系统课件数据采集系统课件1.使用使用MODEM：工作过程：工作过程：二、串行接口RS-232C标准(三)常用的RS-232C连接9.1 串行通信接口串行通信接口第一阶段：建立电路阶段第一阶段：建立电路阶段（1）本地终端要发送数据时，置DTR1，通知本地Modem终端处于就绪状态。本地Modem若响应该信号，则置DSR=1，回答终端已连入线路，准备好通信。（2）终端置RTS=1，通知本地Modem请求发送数据，本地Modem检测到该信号后，向远程Modem发送一载波信号，通知他准备接收数据，同时置CTS=1，通知本地终端准备好数据并允许发送。远程Modem检测到载波后，置DCD=1，RI=1，通知远程计算机准备接收数据。第九章第九章 串行通信与总线技串行通信与总线技术术数据采集系统课件数据采集系统课件1.使用使用MODEM：工作过程：工作过程：二、串行接口RS-232C标准(三)常用的RS-232C连接9.1 串行通信接口串行通信接口第二阶段：交换数据阶段第二阶段：交换数据阶段（3）本地终端检测到CTS=1后，由TXD线发送数据，同时，由RXD线接收远程计算机发送来得数据。第九章第九章 串行通信与总线技串行通信与总线技术术数据采集系统课件数据采集系统课件1.使用使用MODEM：工作过程：工作过程：二、串行接口RS-232C标准(三)常用的RS-232C连接9.1 串行通信接口串行通信接口第三阶段：释放电路阶段第三阶段：释放电路阶段（4）本地终端发送完数据后，置RTS=0，通知本地Modem发送结束。本地Modem检测到该信号变为0后，停止向远程Modem发送载波信号， 并置CTS=0作为响应。远程Modem检测不到载波信号后，还原DCD=0，RI=0，恢复原来状态。（5）终端置DTR=0，通知本地Modem拆线。本地Modem检测到该信号后，置DSR=0，同意拆除。至此一次通信结束。第九章第九章 串行通信与总线技串行通信与总线技术术数据采集系统课件数据采集系统课件二、串行接口RS-232C标准(三)常用的RS-232C连接9.1 串行通信接口串行通信接口2.不使用不使用MODEM通信距离低于100m时，可不通过Modem直接通信，此时可以使用也可不使用控制信号。第九章第九章 串行通信与总线技串行通信与总线技术术数据采集系统课件数据采集系统课件3.最简单连接（最简单连接（3线连接）线连接）二、串行接口RS-232C标准(三)常用的RS-232C连接9.1 串行通信接口串行通信接口第九章第九章 串行通信与总线技串行通信与总线技术术数据采集系统课件数据采集系统课件1.应保证电平在(315)V之间 对于数据线：对于数据线：逻辑“1” (MARK)= -3V - 15V，逻辑“0” (SPACE) = +3V+15V对于控制信号：对于控制信号：接通状态（ON）即信号有效的电平 = +3V15V断开状态（OUT）即信号无效的电平= - 3 - 15V。 二、串行接口RS-232C标准(四)电气特性9.1 串行通信接口串行通信接口第九章第九章 串行通信与总线技串行通信与总线技术术数据采集系统课件数据采集系统课件2.必须进行电平转换 RS-232C RS-232C接口采用的是负逻辑，其逻辑电平与接口采用的是负逻辑，其逻辑电平与TTLTTL电平不电平不一样，不能兼容。因此，为了实现与一样，不能兼容。因此，为了实现与TTLTTL电路的连接，必须电路的连接，必须进行电平转换。进行电平转换。 目前可以使用新型电平转换芯片目前可以使用新型电平转换芯片MAX232MAX232和和MAX232AMAX232A（高速）双组（高速）双组RS-232CRS-232C发送发送/ /接收器，实现接收器，实现TTLTTL电平与电平与RS-RS-232C232C电平双向转换。电平双向转换。 二、串行接口RS-232C标准(四)电气特性9.1 串行通信接口串行通信接口第九章第九章 串行通信与总线技串行通信与总线技术术数据采集系统课件数据采集系统课件3.必须抗共模噪声干扰 RS-232C由于在发送器与接收器之间有公共信号地，不可能使用双端信号，因此共模噪声很容易引入信号系统中，且噪声幅度可高达好几伏，这是迫使RS-232C使用较高传输电压的主要原因。另一个原因是为了补偿传输线上的信号衰减和沿线附加电平的影响。 二、串行接口RS-232C标准(四)电气特性9.1 串行通信接口串行通信接口第九章第九章 串行通信与总线技串行通信与总线技术术数据采集系统课件数据采集系统课件4.处理好最大传输速率和最大传输线长度的关系 一般应用情况下，RS-232C的最高传输速率为20Kb/s，最大传输线长度为30m。 二、串行接口RS-232C标准(四)电气特性9.1 串行通信接口串行通信接口第九章第九章 串行通信与总线技串行通信与总线技术术数据采集系统课件数据采集系统课件1. 连接器二、串行接口RS-232C标准(五)机械特性9.1 串行通信接口串行通信接口第九章第九章 串行通信与总线技串行通信与总线技术术数据采集系统课件数据采集系统课件1. 连接器二、串行接口RS-232C标准(五)机械特性9.1 串行通信接口串行通信接口第九章第九章 串行通信与总线技串行通信与总线技术术数据采集系统课件数据采集系统课件 在通信速率低于20Kb/s时，RS-232C所能直接连接的最大物理距离为15m（50ft）。 2. 电缆长度 使用特制的低电容电缆也能有效地提高电缆长度，可以达到使用特制的低电容电缆也能有效地提高电缆长度，可以达到150m150m（500ft500ft）甚至更多。）甚至更多。 RS-232C RS-232C规定，若不使用规定，若不使用MODEMMODEM，则码元的畸变要小于，则码元的畸变要小于4%4%，驱动器的负载电容应该小于驱动器的负载电容应该小于2500pF2500pF，若电缆单位（，若电缆单位（1ft1ft）长度的电）长度的电容值为容值为NpFNpF，则电缆的长度应该是：，则电缆的长度应该是：二、串行接口RS-232C标准(五)机械特性9.1 串行通信接口串行通信接口第九章第九章 串行通信与总线技串行通信与总线技术术数据采集系统课件数据采集系统课件 RS-232CRS-232C采用单端驱动、单端接收的单端双极性电路标准。仅采用单端驱动、单端接收的单端双极性电路标准。仅用一条线路传输一种信号，根据该信号线上电平相对于公共用一条线路传输一种信号，根据该信号线上电平相对于公共的信号地电平的大小来决定逻辑的的信号地电平的大小来决定逻辑的“1”1”和和“0” 0” 。对于多条。对于多条信号线来讲，它们的地线是公共的，这种共地传输方式，抗信号线来讲，它们的地线是公共的，这种共地传输方式，抗干扰能力很差。干扰能力很差。 当信号穿过电磁干扰环境时，可能因附加的干扰信号电平使当信号穿过电磁干扰环境时，可能因附加的干扰信号电平使发送的发送的“0 0”变为变为“1 1”或或“1 1”变为变为“0 0”。故其信号波特率。故其信号波特率不能过高，仅限在不能过高，仅限在20Kb/s20Kb/s以下，且距离不大于以下，且距离不大于30m30m。 尽管采用电平转换器来提高信号传输电平，但在较长距离时，尽管采用电平转换器来提高信号传输电平，但在较长距离时，由于电压损失，仍不可避免错误。由于电压损失，仍不可避免错误。二、串行接口RS-232C标准(六) RS-232 的局限9.1 串行通信接口串行通信接口第九章第九章 串行通信与总线技串行通信与总线技术术数据采集系统课件数据采集系统课件1.RS-485接口标准是一种平衡传输方式平衡传输方式的串行接口标准，这个标准的电气特性对逻辑电平的定义是根据两条传输线之间的对逻辑电平的定义是根据两条传输线之间的电位差值来决定的电位差值来决定的，当AA线的电平比BB线的电平高200m时表示逻辑“1”，当AA线的电平比BB线的电平低200mV时表示逻辑“0”。 二、串行接口RS-232C标准(七) RS-485总线9.1 串行通信接口串行通信接口第九章第九章 串行通信与总线技串行通信与总线技术术数据采集系统课件数据采集系统课件2.由于RS-485标准采用差动发送/接收，因此共模抑制比高、抗共模抑制比高、抗干扰能力强干扰能力强；3. RS-485的共线电路结构是在一对平衡传输线的两端都配置终一对平衡传输线的两端都配置终端电阻端电阻，其发送器、接收器和组合收发器可挂在平衡传输线上的任何位置，实现在数据传输中多个驱动器和接收器共用同一传输线的多点应用。4.RS-485标准允许在电路中可有3232个发送器个发送器和3232个接收器个接收器。允许一个发送器驱动多个负载设备一个发送器驱动多个负载设备，负载设备可以是驱动发送器、接收器或收发器组合单元 。5. 5.传输速率高传输速率高，最大传输速率可达10Mb/s（传送15m），传输信传输信号的摆幅小号的摆幅小（200mV）；6. 6.传送距离远传送距离远，采用双绞线，在不用MODEM的情况下，当100Kb/s的传输速率时，可传送的距离为1.2km。 二、串行接口RS-232C标准(七) RS-485总线9.1 串行通信接口串行通信接口第九章第九章 串行通信与总线技串行通信与总线技术术数据采集系统课件数据采集系统课件三、三、MCS-51串行接口串行接口MCS-51有1个全双工串行接口，可同时进行发送和接收。串行接口输入引脚是RXD(P3.0),输出引脚TXD(P3.1)。9.1 串行通信接口串行通信接口A波特率发生器T1SBUFSBUF发送控制器 T1 控制门接收控制器 R1移位寄存器TXDRXD串行中断第九章第九章 串行通信与总线技串行通信与总线技术术数据采集系统课件数据采集系统课件三、三、MCS-51串行接口串行接口数据格式：按不同方式，一帧位数 8/10/11，发送/接收时，数据皆低位在前。一帧字符发送/接收结束，置位标志位(TI/RI)并申请SIO中断。中断控制：中断允许位ES中断入口：0023HD0D1D2D3D4D5D6D7停止位起始位D0D1D2D3D4D5D6D7D0D1D2D3D4D5D6D8停止位起始位D79.1 串行通信接口串行通信接口第九章第九章 串行通信与总线技串行通信与总线技术术数据采集系统课件数据采集系统课件（一）串行接口控制2.串行口控制/状态寄存器SCON(98H)SM0，SM1：选择串行口4种工作方式。SM2：多机控制位，用于多机通讯。REN：允许接收控制位，REN=1，允许接收；REN=0，禁止接收。9.1 串行通信接口串行通信接口1.数据缓冲器SBUF发送SBUF和接收SBUF共用一个地址99H。 1）发送SBUF存放待发送的8位数据，写入SBUF将同时启动发送。发送指令：MOVSBUF，A2）接收SBUF存放已接收成功的8位数据，供CPU读取。读取串行口接收数据指令： MOV A，SBUF第九章第九章 串行通信与总线技串行通信与总线技术术数据采集系统课件数据采集系统课件2.串行口控制/状态寄存器SCON(98H)TB8：发送的第9位数据位，可用作校验位和地址/数据标识位RB8：接收的第9位数据位或停止位TI：发送中断标志，发送一帧结束，TI=1，必须软件清零RI：接收中断标志，接收一帧结束，RI=1，必须软件清零3.电源控制寄存器PCONSMOD(PCON.7)：波特率加倍控制位。SMOD=1，波特率加倍， SMOD=0，则不加倍。9.1 串行通信接口串行通信接口（一）串行接口控制第九章第九章 串行通信与总线技串行通信与总线技术术数据采集系统课件数据采集系统课件（二） 串行接口的工作方式 SM0，SM1选择四种工作方式。(1) 方式0：同步移位寄存器同步移位寄存器方式。用于扩展并行I/O接口。1.一帧8位，无起始位和停止位。2.RXD：数据输入/输出端。 TXD：同步脉冲输出端，每个脉冲对应一个数据位。3.波特率B = fosc/12如： fosc=12MHz， B=1MHz，每位数据占1s。4.发送过程：写入SBUF，启动发送，一帧发送结束，TI=1。 接收过程：REN=1且RI=0，启动接收，一帧接收完毕，RI=1。9.1 串行通信接口串行通信接口第九章第九章 串行通信与总线技串行通信与总线技术术数据采集系统课件数据采集系统课件(1) 方式0：同步移位寄存器方式。用于扩展并行I/O接口。 发送时序写入SBUFRXD输出TXDTID0D1D2D3D4D5D6D7写REN=1RI=0RXD输入RI 接收时序(a)(b)9.1 串行通信接口串行通信接口（二） 串行接口的工作方式 SM0，SM1选择四种工作方式。第九章第九章 串行通信与总线技串行通信与总线技术术数据采集系统课件数据采集系统课件(2) 方式1 8 8位数据异步通讯方式位数据异步通讯方式。1.一帧10位：8位数据位，1个起始位(0)，1个停止位(1)。 2.RXD：接收数据端。 TXD：发送数据端。3.波特率：用T1作为波特率发生器，B=(2SMOD T1溢出率)/32。4.发送：写入SBUF，同时启动发送，一帧发送结束，TI=1。 接收：REN=1，允许接收。接收完一帧，若RI=0且停止位为1 (或SM2=0)，将接收数据装入SBUF，停止位装入RB8，并使RI=1；否则丢弃接收数据，不置位RI。9.1 串行通信接口串行通信接口（二） 串行接口的工作方式 SM0，SM1选择四种工作方式。第九章第九章 串行通信与总线技串行通信与总线技术术数据采集系统课件数据采集系统课件当REN=1，CPU开始采样RXD引脚负跳变信号，若出现负跳变，才进入数据接收状态，先检测起始位，若第一位为0，继续接收其余位；否则，停止接收，重新采样负跳变。数据采样速率为波特率16倍频，在数据位中间，用第7、8、9个脉冲采样3次数据位，并3中取2保留采样值。写入SBUF采样（a） 发送时序图TXD数据输出TID0D1D2D3D4D5D6D7停止位起始位RXD输入数据（b） 接收时序图D0D1D2D3D4D5D6D7停止位起始位RI检测负跳变9.1 串行通信接口串行通信接口(2) 方式1:8位数据异步通讯方式。（二） 串行接口的工作方式第九章第九章 串行通信与总线技串行通信与总线技术术数据采集系统课件数据采集系统课件1.一帧为11位：9位数据位，1个起始位(0)，1个停止位(1)。第9位数据位在TB8/RB8中，常用作校验位和多机通讯标识位。2.RXD：接收数据端，TXD：发送数据端。3.波特率： 方式2：B=(2SMOD fosc)/64 。 方式3：B=(2SMOD T1溢出率)/32 。4.发送：先装入TB8，写入SBUF并启动发送，发送结束，TI=1。 接收：REN=1，允许接收。接收完一帧，若RI=0且第9位为1 (或SM2=0)，将接收数据装入接收SBUF，第9位装入RB8，使RI=1；否则丢弃接收数据，不置位RI。9.1 串行通信接口串行通信接口(3) 方式2和方式3：9 9位数据异步通讯方式位数据异步通讯方式。（二） 串行接口的工作方式第九章第九章 串行通信与总线技串行通信与总线技术术数据采集系统课件数据采集系统课件发送时序写入SBUFTXD输出TIRXD输入接收时序RID0D1D2D3D4D5D6TB8停止位起始位D7D0D1D2D3D4D5D6RB8停止位起始位D7检测负跳变9.1 串行通信接口串行通信接口(3) 方式2和方式3：9位数据异步通讯方式。（二） 串行接口的工作方式第九章第九章 串行通信与总线技串行通信与总线技术术数据采集系统课件数据采集系统课件9.1 串行通信接口串行通信接口（4）波特率的计算方式0为固定波特率：B=fosc/12方式2可选两种波特率： B=(2SMODfosc)/64 方式1、3为可变波特率，用T1作波特率发生器。 B=(2SMODT1溢出率)/32溢出时间： t= (28 -X)T = (28 -X)12/ fosc 其中， X是T1为方式2的时间常数：t/T = 28-XT1溢出率=1/t= fosc /12(2n -X) 波特率B=(2SMODfosc)/(12(28-X)32) 串行口方式1、3，根据波特率选择T1工作方式，计算时间常数。T1选方式2： TH1=X= 28-（fosc2SMOD ）/（1232B）（二） 串行接口的工作方式第九章第九章 串行通信与总线技串行通信与总线技术术数据采集系统课件数据采集系统课件四、串行口的应用四、串行口的应用串行口初始化编程格式：SIO：MOV SCON，#控制状态字 ；写方式字且TI=RI=0 (MOV PCON，#80H) ；波特率加倍 ( MOV TMOD，#20H ) ；T1作波特率发生器 ( MOV TH1，#X ) ；选定波特率 ( MOV TL1，#X ) ( SETB TR1) ( SETB EA) ；开串行口中断 ( SETB ES)9.1 串行通信接口串行通信接口第九章第九章 串行通信与总线技串行通信与总线技术术数据采集系统课件数据采集系统课件发送程序：先发送一个字符，等待TI=1后再发送下一个字符。1.查询方式：TRAM：MOV A，R0 ；取数据 MOV SBUF，A ；发送一个字符WAIT：JBCTI，NEXT ；等待发送结束SJMP WAITNEXT：CLR TIINCR0 ；准备下一次发送SJMP TRAM9.1 串行通信接口串行通信接口四、串行口的应用四、串行口的应用第九章第九章 串行通信与总线技串行通信与总线技术术数据采集系统课件数据采集系统课件发送程序：先发送一个字符，等待TI=1后再发送下一个字符。2.中断方式： ORG 0023H ；串行口中断入口 AJMP SINTMAIN： ；初始化编程TRAM： MOV A，R0 ；取数据MOV SBUF，A ；发送第一个字符H：SJMP H ；其它工作SINT：CLR TI ；中断服务程序INC R0MOV A，R0 ；取数据MOV SBUF，A ；发送下一个字符RETI9.1 串行通信接口串行通信接口四、串行口的应用四、串行口的应用第九章第九章 串行通信与总线技串行通信与总线技术术数据采集系统课件数据采集系统课件接收程序：REN=1、RI=0等待接收，当RI=1，从SBUF读取数据。1.查询方式： WAIT：JBCRI，NEXT；查询等待SJMP WAITNEXT：CLR RIMOV A，SBUF ；读取接收数据MOV R0，A；保存数据INCR0 ；准备下一次接收SJMP WAIT9.1 串行通信接口串行通信接口四、串行口的应用四、串行口的应用第九章第九章 串行通信与总线技串行通信与总线技术术数据采集系统课件数据采集系统课件接收程序：REN=1、RI=0等待接收，当RI=1，从SBUF读取数据。2.中断方式：ORG0023HAJMP RINTMAIN： ；初始化编程H：SJMP H ；其它任务RINT：CLRRI ；清中断标志MOV A，SBUF ；读取接收数据MOV R0，A；保存数据INCR0RETI9.1 串行通信接口串行通信接口四、串行口的应用四、串行口的应用第九章第九章 串行通信与总线技串行通信与总线技术术数据采集系统课件数据采集系统课件异步通讯程序举例 1.发送程序：将片内RAM 50H起始单元的16个数由串行口发送。要求发送波特率为系统时钟的32分频，并进行奇偶校验。MAINT： MOV SCON，#80H；串行口初始化MOV PCON，#80H；波特率SETBEASETBES；开串行口中断MOV R0，#50H ；设数据指针MOV R7，#10H ；数据长度LOOP： MOV A，R0 ；取一个字符MOV C，P ；加奇偶校验MOV TB8，CMOV SBUF，A ；启动一次发送HERE：SJMPHERE；CPU执行其它任务9.1 串行通信接口串行通信接口五、串行口的应用实例五、串行口的应用实例第九章第九章 串行通信与总线技串行通信与总线技术术数据采集系统课件数据采集系统课件ORG 0023H ；串行口中断入口AJMP TRANI TRANI：PUSH A；保护现场PUSH PSWCLR TI ；清发送结束标志DJNZ R7，NEXT；是否发送完？ CLR ES；发送完，关闭串行口中断SJMP TENDNEXT： INC R0 ；未发送完，修改指针MOV A，R0 ；取下一个字符MOV C，P ；加奇偶校验MOV TB8，CMOV SBUF，A ；发送一个字符POP PSW ；恢复现场POP ATEND：RETI ；中断返回第九章第九章 串行通信与总线技串行通信与总线技术术数据采集系统课件数据采集系统课件2. 接收程序：串行输入16个字符，存入片内RAM的50H起始单元，串行口波特率为2400(设晶振为11.0592MHz)，。RECS： MOV SCON，#50H ；串行口方式1允许接收MOV TMOD，#20H ；T1方式2定时MOV TL1，#0F4H ；写入T1时间常数MOV TH1，#0F4HSETB TR1 ；启动T1MOV R0，#50H ；设数据指针MOV R7，#10H ；接收数据长度 WAIT: JBC RI，NEXT ；等待串行口接收SJMP WAITNEXT:MOV A，SBUF ；读取接收字符MOV R0，A ；保存一个字符INC R0 ；修改指针DJNZ R7，WAIT ；全部字符接收完?RET9.1 串行通信接口串行通信接口五、串行口的应用实例五、串行口的应用实例第九章第九章 串行通信与总线技串行通信与总线技术术数据采集系统课件数据采集系统课件3. 接收程序：串行输入16个字符，进行奇偶校验。RECS： MOV SCON，#0D0H ；串行口方式3允许接收MOV TMOD，#20H ；T1方式2定时MOV TL1，#0F4H ；写入T1时间常数MOV TH1，#0F4HSETB TR1 ；启动T1MOV R0，#50H ；设数据指针MOV R7，#10H ；接收数据长度 WAIT: JBC RI，NEXT ；等待串行口接收SJMP WAITNEXT:MOV A，SBUF ；取一个接收字符JNB P，COMP ；奇偶校验JNB RB8，ERR ；PRB8，数据出错SJMP RIGHT ；P=RB8，数据正确COMP: JB RB8，ERR9.1 串行通信接口串行通信接口五、串行口的应用实例五、串行口的应用实例第九章第九章 串行通信与总线技串行通信与总线技术术数据采集系统课件数据采集系统课件3. 接收程序：串行输入16个字符，进行奇偶校验。RIGHT: MOV R0，A ；保存一个字符INC R0 ；修改指针DJNZ R7，WAIT ；全部字符接收完?CLR F0 ；F0 =0，接收数据全部正确RETERR： SETB F0 ；F0 =1，接收数据出错RET9.1 串行通信接口串行通信接口五、串行口的应用实例五、串行口的应用实例第九章第九章 串行通信与总线技串行通信与总线技术术数据采集系统课件数据采集系统课件一、一、 总线与接口概述总线与接口概述 （一）（一） 总线和接口及其标准的概念总线和接口及其标准的概念 总线：是在模块和模块之间或设备与设备之间的一组进行总线：是在模块和模块之间或设备与设备之间的一组进行互连和传输信息的互连和传输信息的信号线信号线信号线信号线，信息包括指令、数据和地址。，信息包括指令、数据和地址。 9.2 总线技术总线技术 总线标准总线标准 指芯片之间、扩展卡之间以及系统之间，通过总线进行连指芯片之间、扩展卡之间以及系统之间，通过总线进行连接和传输信息时，应该遵守的一些协议与规范。接和传输信息时，应该遵守的一些协议与规范。 接口标准接口标准 外设接口的规范，涉及接口信号线定义、信号传输速率、传外设接口的规范，涉及接口信号线定义、信号传输速率、传输方向和拓扑结构，以及电气特性和机械特性等多个方面。输方向和拓扑结构，以及电气特性和机械特性等多个方面。 第九章第九章 串行通信与总线技串行通信与总线技术术数据采集系统课件数据采集系统课件1) 按总线功能或信号类型划分为：按总线功能或信号类型划分为： 数据总线数据总线数据总线数据总线：双向三态逻辑，线宽表示了总线数据传输的能：双向三态逻辑，线宽表示了总线数据传输的能力。力。 地址总线地址总线地址总线地址总线：单向三态逻辑，线宽决定了系统的寻址能力。：单向三态逻辑，线宽决定了系统的寻址能力。 控制总线控制总线控制总线控制总线：就某根来说是单向或双向。控制总线最能体现：就某根来说是单向或双向。控制总线最能体现总线特点，决定总线功能的强弱和适应性。总线特点，决定总线功能的强弱和适应性。一、一、 总线与接口概述总线与接口概述 （二）（二） 总线的分类总线的分类 9.2 总线技术总线技术第九章第九章 串行通信与总线技串行通信与总线技术术数据采集系统课件数据采集系统课件2) 按总线的层次结构分为：按总线的层次结构分为： CPUCPU总线总线总线总线：微机系统中速度最快的总线，主要在：微机系统中速度最快的总线，主要在CPU内部，内部，连接连接CPU内部部件，在内部部件，在CPU周围的小范围内也分布该总线，周围的小范围内也分布该总线，提供系统原始的控制和命令。提供系统原始的控制和命令。 局部总线局部总线局部总线局部总线：在系统总线和：在系统总线和CPU总线之间的一级总线，提供总线之间的一级总线，提供CPU和主板器件之间以及和主板器件之间以及CPU到高速外设之间的快速信息通到高速外设之间的快速信息通道。道。 系统总线系统总线系统总线系统总线：也称为：也称为I/O总线，是传统的通过总线扩展卡连接外总线，是传统的通过总线扩展卡连接外部设备的总线。由于速度慢，其功能已经被局部总线替代。部设备的总线。由于速度慢，其功能已经被局部总线替代。 通信总线通信总线通信总线通信总线：也称为外部总线，是微机与微机，微机与外设之：也称为外部总线，是微机与微机，微机与外设之间进行通信的总线。间进行通信的总线。一、一、 总线与接口概述总线与接口概述 （二）（二） 总线的分类总线的分类 8.2 总线技术总线技术第九章第九章 串行通信与总线技串行通信与总线技术术数据采集系统课件数据采集系统课件1总线频率：总线频率：MHz表示的工作频率，是总线速率的一个重要参表示的工作频率，是总线速率的一个重要参数。数。2总线宽度：指数据总线的位数。总线宽度：指数据总线的位数。3总线的数据传输率总线的数据传输率 总线的数据传输率总线的数据传输率总线的数据传输率总线的数据传输率=(=(总线宽度总线宽度总线宽度总线宽度/8/8位位位位)总线频率总线频率总线频率总线频率 例：例：PCI总线的总线频率为总线的总线频率为33.3MHz，总线宽度为，总线宽度为64位的情况下，位的情况下，总线数据传输率为总线数据传输率为266MB/s 。 一、一、 总线与接口概述总线与接口概述 （三）（三） 总线的主要性能参数总线的主要性能参数 8.2 总线技术总线技术第九章第九章 串行通信与总线技串行通信与总线技术术数据采集系统课件数据采集系统课件1物理特性物理特性:2功能特性功能特性:3电器特性电器特性:4时间特性时间特性:总线物理连接方式总线物理连接方式(电缆式、蚀刻式），总线根电缆式、蚀刻式），总线根数、插头和插座形状，引脚排列等。数、插头和插座形状，引脚排列等。描述一组总线中每一根线的功能。描述一组总线中每一根线的功能。定义每一根线在什么时候有效，这和总线操作定义每一根线在什么时候有效，这和总线操作的时序有关。的时序有关。定义每根线上信号的传递方向以及有效电平范围。定义每根线上信号的传递方向以及有效电平范围。一般定义送入一般定义送入CPU的信号为输入信号，从的信号为输入信号，从CPU中中送出的信号是输出信号。送出的信号是输出信号。低电平有效的信号用信低电平有效的信号用信低电平有效的信号用信低电平有效的信号用信号名上一横线或信号名后带号名上一横线或信号名后带号名上一横线或信号名后带号名上一横线或信号名后带# #来表示。如来表示。如来表示。如来表示。如CSCS、REQ#REQ#一、一、 总线与接口概述总线与接口概述 （四）（四） 总线标准的特性总线标准的特性 8.2 总线技术总线技术第九章第九章 串行通信与总线技串行通信与总线技术术数据采集系统课件数据采集系统课件总线操作的总线操作的4个阶段个阶段 1总线请求和仲裁阶段总线请求和仲裁阶段总线请求和仲裁阶段总线请求和仲裁阶段： 主模块向总线仲裁机构提出总线使用申请，总线仲裁机构决定主模块向总线仲裁机构提出总线使用申请，总线仲裁机构决定使用总线的主模块。使用总线的主模块。2寻址阶段寻址阶段寻址阶段寻址阶段： 拥有总线使用权的主模块发出本次要访问的从模块的地址及有拥有总线使用权的主模块发出本次要访问的从模块的地址及有关命令，该从模块被选中并启动。关命令，该从模块被选中并启动。3数据传送阶段数据传送阶段数据传送阶段数据传送阶段： 主模块和从模块间进行双（单）向数据传送。主模块和从模块间进行双（单）向数据传送。4结束阶段结束阶段结束阶段结束阶段： 主、从模块均撤出总线。主、从模块均撤出总线。一、一、 总线与接口概述总线与接口概述 （五）（五） 总线操作和总线传送控制总线操作和总线传送控制 8.2 总线技术总线技术第九章第九章 串行通信与总线技串行通信与总线技术术数据采集系统课件数据采集系统课件1同步方式同步方式 优点：优点：1）电路简单）电路简单 2）适合高速设备的数据传输）适合高速设备的数据传输缺点：高速设备和低速设备间只能用低速设备的速度来传输数据缺点：高速设备和低速设备间只能用低速设备的速度来传输数据主主clk从从2半同步方式半同步方式 主主clk从从wait/readywait/ready信号是单信号是单向的，不是互锁的。向的，不是互锁的。一、一、 总线与接口概述总线与接口概述 （五）（五） 总线操作和总线传送控制总线操作和总线传送控制 8.2 总线技术总线技术总线传送控制总线传送控制第九章第九章 串行通信与总线技串行通信与总线技术术数据采集系统课件数据采集系统课件总线总线读周期读周期读周期读周期分成两个子周期分成两个子周期 寻址子周期寻址子周期 数据传送子周期数据传送子周期在两子周期之间，退出总线，从设备准备数据。在两子周期之间，退出总线，从设备准备数据。4分离方式分离方式clkaddressdata主主从从3异步方式异步方式 REQACK比同步方式慢比同步方式慢总线频带窄总线频带窄总线传输周期长总线传输周期长一、一、 总线与接口概述总线与接口概述 （五）（五） 总线操作和总线传送控制总线操作和总线传送控制 8.2 总线技术总线技术总线传送控制总线传送控制第九章第九章 串行通信与总线技串行通信与总线技术术数据采集系统课件数据采集系统课件C18外内A1B1A31B31C1D1D182.5410.16138.5图图3.1 ISA总线插槽示意图总线插槽示意图 工业标准体系结构，在工业标准体系结构，在PC总线基础上发展而来，最高工作总线基础上发展而来，最高工作频率为频率为8MHz，24根地址线，根地址线，16位数据线，拥有大量接口卡，历位数据线，拥有大量接口卡，历经经286、386、486和和Pentium几代微机。几代微机。二、二、 ISA总线总线8.2 总线技术总线技术第九章第九章 串行通信与总线技串行通信与总线技术术数据采集系统课件数据采集系统课件ISAISA总线的信号总线的信号总线的信号总线的信号 第九章第九章 串行通信与总线技串行通信与总线技术术数据采集系统课件数据采集系统课件（一）（一）（一）（一） PCI PCI总线的特点总线的特点总线的特点总线的特点 1)独立于处理器独立于处理器2)2) 传输效率高传输效率高3) 多总线共存多总线共存4) 支持突发传输支持突发传输 5) 支持总线主控方式支持总线主控方式6) 采用同步操作采用同步操作 7) 支持两种电压下的扩展卡支持两种电压下的扩展卡 8) 具有即插即用功能具有即插即用功能 9) 合理的管脚安排合理的管脚安排 10) 预留扩展空间预留扩展空间 三、三、PCI 总线与接口概述总线与接口概述 8.2 总线技术总线技术第九章第九章 串行通信与总线技串行通信与总线技术术数据采集系统课件数据采集系统课件1. 1.系统接口信号系统接口信号系统接口信号系统接口信号 2. CLK IN：PCI系统总线时钟系统总线时钟 最高最高最高最高33MHz/66MHz33MHz/66MHz，最低最低最低最低0Hz0Hz。PCIPCI大部分信号在大部分信号在大部分信号在大部分信号在CLKCLK的的的的上升沿有效。上升沿有效。上升沿有效。上升沿有效。（二）（二）（二）（二） PCI PCI信号定义信号定义信号定义信号定义 三、三、PCI 总线与接口概述总线与接口概述 8.2 总线技术总线技术在在在在FRAME#FRAME#有效的第有效的第有效的第有效的第1 1个时钟，个时钟，个时钟，个时钟，AD31:00AD31:00上传送的是上传送的是上传送的是上传送的是3232位位位位地址，称为地址，称为地址，称为地址，称为地址期地址期地址期地址期 。2. 2.地址与数据接口信号地址与数据接口信号地址与数据接口信号地址与数据接口信号 AD31:00 T/S：它们是地址、数据多路复用的输入：它们是地址、数据多路复用的输入/输出信号输出信号第九章第九章 串行通信与总线技串行通信与总线技术术数据采集系统课件数据采集系统课件 C/BE3:0# T/S：它们是总线命令和字节使能多路复用信号线：它们是总线命令和字节使能多路复用信号线 PAR T/S：针对：针对AD31:00和和C/BE3:0#进行奇偶校验的校验进行奇偶校验的校验位位 地址期内是总线命令，数据期内是字节使能信号。地址期内是总线命令，数据期内是字节使能信号。地址期内是总线命令，数据期内是字节使能信号。地址期内是总线命令，数据期内是字节使能信号。 （二）（二）（二）（二） PCI PCI信号定义信号定义信号定义信号定义 三、三、PCI 总线与接口概述总线与接口概述 8.2 总线技术总线技术在在在在IRDY#IRDY#和和和和TRDY#TRDY#同时有效时，同时有效时，同时有效时，同时有效时，AD31:00AD31:00上传送的为上传送的为上传送的为上传送的为3232位位位位数据，称为数据，称为数据，称为数据，称为数据期数据期数据期数据期。第九章第九章 串行通信与总线技串行通信与总线技术术数据采集系统课件数据采集系统课件3. 3.接口控制信号接口控制信号接口控制信号接口控制信号FRAME# S/T/S：帧周期信号帧周期信号FRAME#FRAME#信号无效表示传输进入最后一个数据期。信号无效表示传输进入最后一个数据期。信号无效表示传输进入最后一个数据期。信号无效表示传输进入最后一个数据期。IRDY# S/T/S：主设备准备好信号主设备准备好信号TRDY# S/T/S：从设备准备好信号从设备准备好信号 STOP# S/T/S：设备发出的要主设备终止当前数据传送的信号设备发出的要主设备终止当前数据传送的信号LOCK# S/T/S：锁定信号锁定信号 IDSEL IN：初始化设备选择信号，访问配置空间时作为片选初始化设备选择信号，访问配置空间时作为片选DEVSEL# S/T/S：设备选择信号，由常规访问期间被选中的从设备选择信号，由常规访问期间被选中的从设备驱动设备驱动（二）（二）（二）（二） PCI PCI信号定义信号定义信号定义信号定义 三、三、PCI 总线与接口概述总线与接口概述 8.2 总线技术总线技术第九章第九章 串行通信与总线技串行通信与总线技术术数据采集系统课件数据采集系统课件4. 4.仲裁接口信号仲裁接口信号仲裁接口信号仲裁接口信号 REQ# T/S：总线占用请求信号：总线占用请求信号 GNT# T/S：总线占用允许信号：总线占用允许信号 5. 5.错误报告接口信号错误报告接口信号错误报告接口信号错误报告接口信号 PERR# S/T/S：数据奇偶校验错误报告信号：数据奇偶校验错误报告信号 SERR# O/D：系统错误报告信号：系统错误报告信号 6. 6.中断接口信号中断接口信号中断接口信号中断接口信号 PCI有有4条中断线，分别是条中断线，分别是INTA#、INTB#、INTC#、INTD# ，电平触发，电平触发，多功能设备可以任选一或多个中断线，单功能设备只能用多功能设备可以任选一或多个中断线，单功能设备只能用INTA#。（二）（二）（二）（二） PCI PCI信号定义信号定义信号定义信号定义 三、三、PCI 总线与接口概述总线与接口概述 8.2 总线技术总线技术第九章第九章 串行通信与总线技串行通信与总线技术术数据采集系统课件数据采集系统课件7. 647. 64位总线扩展信号位总线扩展信号位总线扩展信号位总线扩展信号 AD63:32 T/S：扩展的：扩展的32位地址和数据多路复用线位地址和数据多路复用线 C/BE7:4# T/S：总线命令和字节使能多路复用扩展信号线：总线命令和字节使能多路复用扩展信号线 REQ64# S/T/S，64位传输请求信号位传输请求信号 ACK64# S/T/S：64位传输允许信号位传输允许信号 PAR64 T/S：奇偶双字节校验：奇偶双字节校验 （二）（二）（二）（二） PCI PCI信号定义信号定义信号定义信号定义 三、三、PCI 总线与接口概述总线与接口概述 8.2 总线技术总线技术第九章第九章 串行通信与总线技串行通信与总线技术术数据采集系统课件数据采集系统课件1.PCI插槽插槽 5V 32位插槽位插槽5V 64位插槽位插槽3.3V 32位插槽位插槽3.3V 64位插槽位插槽连连 接接卡口卡口a. 4种种PCI卡插槽卡插槽A1外内A49A52B1B49B52A62B621.273.8277.48b. 5V32位位PCI插槽插槽（三）（三）（三）（三） PCIPCI插槽和插槽和PCIPCI扩展卡扩展卡三、三、PCI 总线与接口概述总线与接口概述 8.2 总线技术总线技术第九章第九章 串行通信与总线技串行通信与总线技术术数据采集系统课件数据采集系统课件2.PCI插卡插卡 ICICIC1.9160.9612.741.680外边里边（三）（三）（三）（三） PCIPCI插槽和插槽和PCIPCI扩展卡扩展卡三、三、PCI 总线与接口概述总线与接口概述 8.2 总线技术总线技术第九章第九章 串行通信与总线技串行通信与总线技术术数据采集系统课件数据采集系统课件表表 PCI总线命令表总线命令表C/BE3:0#命令类型说明命令类型说明C/BE3:0#命令类型说明命令类型说明0000中断响应中断响应1000保留保留0001特殊周期特殊周期1001保留保留0010I/O读读(从从I/O端口地址中读数据端口地址中读数据)1010配置读配置读0011I/O写写(向向I/O端口地址中写数据端口地址中写数据)1011配置写配置写0100保留保留1100存储器多行读存储器多行读0101保留保留1101双地址周期双地址周期0110存储器读存储器读(从内存空间映像中读数从内存空间映像中读数)1110存储器行读存储器行读0111存储器写存储器写(向内存空间映像中写向内存空间映像中写)1111存储器写并无效存储器写并无效（四）（四）（四）（四） PCIPCI总线命令总线命令三、三、PCI 总线与接口概述总线与接口概述 8.2 总线技术总线技术第九章第九章 串行通信与总线技串行通信与总线技术术数据采集系统课件数据采集系统课件1 1PCIPCI总线的传输控制遵循的管理规则：总线的传输控制遵循的管理规则：总线的传输控制遵循的管理规则：总线的传输控制遵循的管理规则：(1) FRAME#和和IRDY#定义了总线的忙定义了总线的忙/闲状态。闲状态。 1111空闲、空闲、空闲、空闲、0000数据、数据、数据、数据、1010最后一个数据、最后一个数据、最后一个数据、最后一个数据、0101等待状态。等待状态。等待状态。等待状态。(2) 一旦一旦FRAME#信号被置为无效，在同一传输期间不能重新信号被置为无效，在同一传输期间不能重新设置。设置。(3) 除非设置除非设置IRDY#信号，一般情况下不能设置信号，一般情况下不能设置FRAME# 信号信号无效。无效。(4) 一旦主设备设置了一旦主设备设置了IRDY#信号，直到当前数据期结束为止，信号，直到当前数据期结束为止，主设备一般不能改变主设备一般不能改变IRDY#信号和信号和FRAME#信号的状态。信号的状态。（五）（五）（五）（五） PCIPCI总线协议总线协议三、三、PCI 总线与接口概述总线与接口概述 8.2 总线技术总线技术第九章第九章 串行通信与总线技串行通信与总线技术术数据采集系统课件数据采集系统课件2 2PCIPCI总线的寻址（采用分散地址译码技术）总线的寻址（采用分散地址译码技术）总线的寻址（采用分散地址译码技术）总线的寻址（采用分散地址译码技术）表表 AD1:0和和C/BE3:0#对应关系表对应关系表AD1AD0C/BE3#C/BE2#C/BE1#C/BE0#000010110011110111(1) I/O地址空间地址空间 在在在在I/OI/O地址空间，地址空间，地址空间，地址空间，3232位位位位ADAD线全部被用来提供一个完整的线全部被用来提供一个完整的线全部被用来提供一个完整的线全部被用来提供一个完整的地址编码（字节地址）。地址编码（字节地址）。地址编码（字节地址）。地址编码（字节地址）。 AD1:0AD1:0和和和和C/BE3:0C/BE3:0指明传输的最低有效字节。指明传输的最低有效字节。指明传输的最低有效字节。指明传输的最低有效字节。（五）（五）（五）（五） PCIPCI总线协议总线协议三、三、PCI 总线与接口概述总线与接口概述 8.2 总线技术总线技术第九章第九章 串行通信与总线技串行通信与总线技术术数据采集系统课件数据采集系统课件(2) 内存地址空间内存地址空间 (3) 配置地址空间配置地址空间 3101双字边界对齐的起始地址双字边界对齐的起始地址200地址递增地址递增01Cache行切换行切换1X保留保留701双字边界对齐的起始地址双字边界对齐的起始地址200选择该设备选择该设备01访问该桥路后设备访问该桥路后设备1X保留保留2 2PCIPCI总线的寻址（采用分散地址译码技术）总线的寻址（采用分散地址译码技术）总线的寻址（采用分散地址译码技术）总线的寻址（采用分散地址译码技术）（五）（五）（五）（五） PCIPCI总线协议总线协议三、三、PCI 总线与接口概述总线与接口概述 8.2 总线技术总线技术第九章第九章 串行通信与总线技串行通信与总线技术术数据采集系统课件数据采集系统课件3 3字节对齐字节对齐字节对齐字节对齐 4 4PCIPCI总线的驱动与过渡总线的驱动与过渡总线的驱动与过渡总线的驱动与过渡 PCI总线上不能进行字节的交换。但是，具有总线上不能进行字节的交换。但是，具有64位通道的主位通道的主设备可以进行设备可以进行DWORD（双字）的交换。（双字）的交换。 主设备可以在主设备可以在每个新数据期开始的时钟前沿每个新数据期开始的时钟前沿每个新数据期开始的时钟前沿每个新数据期开始的时钟前沿改变字节使能改变字节使能信号，且在整个数据期中保持不变。信号，且在整个数据期中保持不变。 读缓冲中的数据可以不考虑字节使能信号，而传送所有的字读缓冲中的数据可以不考虑字节使能信号，而传送所有的字节。节。 从一个设备驱动总线到另一个设备驱动从一个设备驱动总线到另一个设备驱动PCI总线之间设置一个总线之间设置一个过渡期过渡期过渡期过渡期，又称为交换周期，以防止总线访问冲突。在每个地址，又称为交换周期，以防止总线访问冲突。在每个地址（数据）期中，所有的（数据）期中，所有的AD线都必须被驱动到稳定的状态（数据）线都必须被驱动到稳定的状态（数据），包括那些字节使能信号表明无效的字节所对应的，包括那些字节使能信号表明无效的字节所对应的AD线。线。（五）（五）（五）（五） PCIPCI总线协议总线协议三、三、PCI 总线与接口概述总线与接口概述 8.2 总线技术总线技术第九章第九章 串行通信与总线技串行通信与总线技术术数据采集系统课件数据采集系统课件5 5设备选择设备选择设备选择设备选择 CLKFRAME#IRDY#TRDY#DEVSEL#12345678FAST MED SLOW图图3.6 设备选择的时序关系设备选择的时序关系注意注意DEVSEL#与与FRAME#、TRDY#的关系，无的关系，无DEVSEL#信信号时的处理。号时的处理。DEVSEL#由从设备共享使用，并由被选中的从设备驱动。由从设备共享使用，并由被选中的从设备驱动。第九章第九章 串行通信与总线技串行通信与总线技术术数据采集系统课件数据采集系统课件 1 1总线上的读操作总线上的读操作总线上的读操作总线上的读操作 CLKFRAME#123456789ADC/BE#IRDY#TRDY#DEVSEL#ADDRESSADDRESSDATA1DATA1DATA2DATA2DATA3DATA3BUSCMDBUSCMDBE#sBE#s地址期地址期数据期数据期数据期数据期数据期数据期PCI读操作时序读操作时序（六）（六）（六）（六） PCIPCI总线数据传输过程总线数据传输过程三、三、PCI 总线与接口概述总线与接口概述 8.2 总线技术总线技术第九章第九章 串行通信与总线技串行通信与总线技术术数据采集系统课件数据采集系统课件2 2总线上的写操作总线上的写操作总线上的写操作总线上的写操作 CLKFRAME#123456789ADC/BE#IRDY#TRDY#DEVSEL#ADDRESADDRESS SDATA2DATA2DATA1DATA1DATA3DATA3BUSCMDBUSCMD地址期地址期数据期数据期数据期数据期数据期数据期PCI写操作时序写操作时序BEs1BEs1 BEs2BEs2BEs3BEs3（六）（六）（六）（六） PCIPCI总线数据传输过程总线数据传输过程三、三、PCI 总线与接口概述总线与接口概述 8.2 总线技术总线技术第九章第九章 串行通信与总线技串行通信与总线技术术数据采集系统课件数据采集系统课件 3传输的终止过程传输的终止过程 (1) 由主设备提出的终止由主设备提出的终止 (2) 由从设备提出的终止由从设备提出的终止 传输结束传输结束传输结束传输结束 超时超时超时超时(GNT#(GNT#信号在内部延时计数器满后仍无效信号在内部延时计数器满后仍无效信号在内部延时计数器满后仍无效信号在内部延时计数器满后仍无效) ) 死锁后重试死锁后重试死锁后重试死锁后重试 断开（断开（断开（断开（8 8个时钟周期内从设备不能对主设备做出响应）。个时钟周期内从设备不能对主设备做出响应）。个时钟周期内从设备不能对主设备做出响应）。个时钟周期内从设备不能对主设备做出响应）。撤消撤消撤消撤消FRAME#FRAME#，建立，建立，建立，建立IRDY#IRDY#，直到，直到，直到，直到TRDY#TRDY#有效后传输完最有效后传输完最有效后传输完最有效后传输完最后一个数据后一个数据后一个数据后一个数据发出发出发出发出STOP#STOP#信号并保持其有效，直到信号并保持其有效，直到信号并保持其有效，直到信号并保持其有效，直到FRAME#FRAME#撤消为止。撤消为止。撤消为止。撤消为止。（六）（六）（六）（六） PCIPCI总线数据传输过程总线数据传输过程三、三、PCI 总线与接口概述总线与接口概述 8.2 总线技术总线技术第九章第九章 串行通信与总线技串行通信与总线技术术数据采集系统课件数据采集系统课件PCI总线上的所有传输操作中，总线上的所有传输操作中，FRAME#、IRDY#、TRDY#和和STOP#遵循的规则：遵循的规则： 当当当当STOP#STOP#信号有效时，信号有效时，信号有效时，信号有效时，FRAME#FRAME#应该在其后的应该在其后的应该在其后的应该在其后的2323个时钟个时钟个时钟个时钟周期内尽快撤消，但撤消时应使周期内尽快撤消，但撤消时应使周期内尽快撤消，但撤消时应使周期内尽快撤消，但撤消时应使IRDY#IRDY#有效，从设备应无有效，从设备应无有效，从设备应无有效，从设备应无条件的保持条件的保持条件的保持条件的保持STOP#STOP#的有效状态直到的有效状态直到的有效状态直到的有效状态直到FRAME#FRAME#撤消为止。撤消为止。撤消为止。撤消为止。FRAME#FRAME#撤消后，撤消后，撤消后，撤消后，STOP#STOP#也应该紧跟着撤消。也应该紧跟着撤消。也应该紧跟着撤消。也应该紧跟着撤消。 在任何时钟的上升沿，如果在任何时钟的上升沿，如果在任何时钟的上升沿，如果在任何时钟的上升沿，如果STOP#STOP#和和和和TRDY#TRDY#同时有效，同时有效，同时有效，同时有效，就表示是传输的最后周期，就表示是传输的最后周期，就表示是传输的最后周期，就表示是传输的最后周期，IRDY#IRDY#要在下一个时钟的上升要在下一个时钟的上升要在下一个时钟的上升要在下一个时钟的上升沿之前撤消，表示传输的结束。沿之前撤消，表示传输的结束。沿之前撤消，表示传输的结束。沿之前撤消，表示传输的结束。 对于被目标设备终止的传输，主设备要继续完成它，就必对于被目标设备终止的传输，主设备要继续完成它，就必对于被目标设备终止的传输，主设备要继续完成它，就必对于被目标设备终止的传输，主设备要继续完成它，就必须用下一个未传输的数据的地址来重试访问。须用下一个未传输的数据的地址来重试访问。须用下一个未传输的数据的地址来重试访问。须用下一个未传输的数据的地址来重试访问。 3传输的终止过程传输的终止过程 （六）（六）（六）（六） PCIPCI总线数据传输过程总线数据传输过程三、三、PCI 总线与接口概述总线与接口概述 8.2 总线技术总线技术第九章第九章 串行通信与总线技串行通信与总线技术术数据采集系统课件数据采集系统课件PCI总线采用集中式的同步仲裁方法总线采用集中式的同步仲裁方法中央中央仲裁器仲裁器PCI主设主设备备APCI主设主设备备BREQ#REQ#GNT#GNT#（七）（七）（七）（七）总线仲裁总线仲裁三、三、PCI 总线与接口概述总线与接口概述 8.2 总线技术总线技术第九章第九章 串行通信与总线技串行通信与总线技术术数据采集系统课件数据采集系统课件CLKFRAME#1234567ADGNT#-BIRDY#TRDY#GNT#-A地址地址地址地址数据数据数据数据A存取存取B存取存取 两个主设备之间的两个主设备之间的PCI总线仲裁总线仲裁REQ#-BREQ#-A地址地址地址地址数据数据数据数据cabdefg8.2 总线技术总线技术第九章第九章 串行通信与总线技串行通信与总线技术术数据采集系统课件数据采集系统课件1、PCI设备的配置空间设备的配置空间 定义一个定义一个PCI总线配置空间的目的在于提供一套适当的配置措施，总线配置空间的目的在于提供一套适当的配置措施，使之实现完全的设备再定位而使之实现完全的设备再定位而无需用户干预安装、配置和引导无需用户干预安装、配置和引导无需用户干预安装、配置和引导无需用户干预安装、配置和引导，并由与设备无关的软件进行系统地址映射。并由与设备无关的软件进行系统地址映射。 所有所有PCI设备都必须实现设备都必须实现PCI协议规定必需的配置寄存器，以协议规定必需的配置寄存器，以便系统加电的时候利用这些寄存器的信息来进行系统配置。对便系统加电的时候利用这些寄存器的信息来进行系统配置。对PCI的配置访问实际上就是访问设备的配置寄存器。的配置访问实际上就是访问设备的配置寄存器。 在系统启动的时候由在系统启动的时候由BIOS代码执行设备配置。一旦即插即用代码执行设备配置。一旦即插即用OS（如（如Windows2000/XP）启动后，控制就传递给）启动后，控制就传递给OS，OS接管设接管设备管理。备管理。 （八）（八）（八）（八） PCIPCI总线配置总线配置三、三、PCI 总线与接口概述总线与接口概述 8.2 总线技术总线技术第九章第九章 串行通信与总线技串行通信与总线技术术数据采集系统课件数据采集系统课件2、配配置置空空间间头头区区域域及及功功能能 第九章第九章 串行通信与总线技串行通信与总线技术术数据采集系统课件数据采集系统课件(1)设备识别设备识别设备识别设备识别 头区域有头区域有7个寄存器（字段）用于设备的识别。个寄存器（字段）用于设备的识别。(2)设备控制设备控制设备控制设备控制 表现在命令寄存器为发出和响应表现在命令寄存器为发出和响应PCI总线命令提供了对设备粗总线命令提供了对设备粗略的控制。略的控制。 (3)设备状态设备状态设备状态设备状态 状态寄存器用于记录状态寄存器用于记录PCI总线有关操作的状态信息。总线有关操作的状态信息。注意：该注意：该注意：该注意：该寄存器的有些位是只可清不可置，对这些位的写，被解释为对寄存器的有些位是只可清不可置，对这些位的写，被解释为对寄存器的有些位是只可清不可置，对这些位的写，被解释为对寄存器的有些位是只可清不可置，对这些位的写，被解释为对该位清零。该位清零。该位清零。该位清零。例如，为了清位例如，为了清位14而不影响其他位，应向该寄存器而不影响其他位，应向该寄存器写写0100 0000 0000 0000B （七）（七）（七）（七）总线仲裁总线仲裁三、三、PCI 总线与接口概述总线与接口概述 8.2 总线技术总线技术2、配置空间头区域及功能、配置空间头区域及功能 第九章第九章 串行通信与总线技串行通信与总线技术术数据采集系统课件数据采集系统课件(4)基址寄存器基址寄存器基址寄存器基址寄存器 PCI设备的配置空间可以在微处理器决定的地址空间中浮动，设备的配置空间可以在微处理器决定的地址空间中浮动，以便简化设备的配置过程。以便简化设备的配置过程。系统初始化代码在引导操作系统之系统初始化代码在引导操作系统之系统初始化代码在引导操作系统之系统初始化代码在引导操作系统之前，必须建立一个统一的地址映射关系，以确定系统中有多少前，必须建立一个统一的地址映射关系，以确定系统中有多少前，必须建立一个统一的地址映射关系，以确定系统中有多少前，必须建立一个统一的地址映射关系，以确定系统中有多少存储器和存储器和存储器和存储器和I/OI/O控制器，它们需要占用多少地址空间。控制器，它们需要占用多少地址空间。控制器，它们需要占用多少地址空间。控制器，它们需要占用多少地址空间。当确定这些当确定这些信息之后，系统初始化代码便可以把信息之后，系统初始化代码便可以把I/O控制器映射到合理的地控制器映射到合理的地址空间并引导系统。址空间并引导系统。 为了使这种映射能够做到与相应的设备无关，在配置空间的为了使这种映射能够做到与相应的设备无关，在配置空间的头区域中安排了一组供映射时使用的基址寄存器。头区域中安排了一组供映射时使用的基址寄存器。 （七）（七）（七）（七）总线仲裁总线仲裁三、三、PCI 总线与接口概述总线与接口概述 8.2 总线技术总线技术2、配置空间头区域及功能、配置空间头区域及功能 第九章第九章 串行通信与总线技串行通信与总线技术术数据采集系统课件数据采集系统课件10I/O空间指针空间指针 规范规定每个规范规定每个规范规定每个规范规定每个I/OI/O基地址基地址基地址基地址下的端口数不得大于下的端口数不得大于下的端口数不得大于下的端口数不得大于256256。31 2 1 0基基 地地 址址0预取使能预取使能存储空间指针存储空间指针0000 32位地址空间任意映射位地址空间任意映射0101 32位地址空间位地址空间1M字节以内映射（已经不用）字节以内映射（已经不用）10 10 64位地址空间任意映射位地址空间任意映射 1111 保留保留31(63) 3 2 1 0基基 地地 址址保留保留第九章第九章 串行通信与总线技串行通信与总线技术术数据采集系统课件数据采集系统课件具体实现的过程中，除了低四位满足上述要求外，高位部分实际具体实现的过程中，除了低四位满足上述要求外，高位部分实际设置位数视映射多大地址空间范围而定，根据地址范围，决定高设置位数视映射多大地址空间范围而定，根据地址范围，决定高多少位需要设置，这些位被设置成可写，高位部分的其它位用硬多少位需要设置，这些位被设置成可写，高位部分的其它位用硬件使其为件使其为0，并只可读。基地址设置过程：，并只可读。基地址设置过程：系统初始化程序向基地址寄存器写全系统初始化程序向基地址寄存器写全1系统初始化程序读出基地址寄存器的内容系统初始化程序读出基地址寄存器的内容系统初始化程序判断设备需要的地址空间大小系统初始化程序判断设备需要的地址空间大小系统初始化程序分配基地址并写回到该基地址寄存器系统初始化程序分配基地址并写回到该基地址寄存器如设备需要使用如设备需要使用如设备需要使用如设备需要使用1MB1MB的存储空间，硬件实现基地址寄存器的时候应的存储空间，硬件实现基地址寄存器的时候应的存储空间，硬件实现基地址寄存器的时候应的存储空间，硬件实现基地址寄存器的时候应该使位该使位该使位该使位0 0，位，位，位，位4 4位位位位1919由硬件使其保持为由硬件使其保持为由硬件使其保持为由硬件使其保持为0 0第九章第九章 串行通信与总线技串行通信与总线技术术数据采集系统课件数据采集系统课件举例举例1：系统初始化向基址寄存器写全系统初始化向基址寄存器写全1后读出的值后读出的值=FFF00000h位位0=0，表示是一个存储器地址空间映射，表示是一个存储器地址空间映射位位2:1=00b，它是，它是32位存储器映射位存储器映射位位3=0，表示它不是预取存储器。，表示它不是预取存储器。位位31:4 第一个为第一个为1的是位的是位20，表示映射的存储空间为，表示映射的存储空间为2201MB。这这意味着存储映射的基地址应该起始于意味着存储映射的基地址应该起始于1MB、2MB、3MB等等的边界上。的边界上。系统经过权衡后再向该基址寄存器写入实际映射的空间基址，系统经过权衡后再向该基址寄存器写入实际映射的空间基址，系统经过权衡后再向该基址寄存器写入实际映射的空间基址，系统经过权衡后再向该基址寄存器写入实际映射的空间基址，该基址应该是该基址应该是该基址应该是该基址应该是1MB1MB边界的，如：边界的，如：边界的，如：边界的，如：FFF00000H, FFE00000H, FFF00000H, FFE00000H, FE000000HFE000000H等。等。等。等。问：问：问：问：FFF10000HFFF10000H地址能不能做该设备存储基址？地址能不能做该设备存储基址？地址能不能做该设备存储基址？地址能不能做该设备存储基址？8.2 总线技术总线技术第九章第九章 串行通信与总线技串行通信与总线技术术数据采集系统课件数据采集系统课件举例举例2：基址寄存器的值基址寄存器的值=FFFFFF01h位位0=1，表示是一个，表示是一个I/O地址空间映射地址空间映射位位31:2第一个为第一个为1的是位的是位8，表示映射的，表示映射的I/O空间为空间为28256。这这意味着意味着I/O映射的基地址应该是映射的基地址应该是256的整数倍的整数倍。第九章第九章 串行通信与总线技串行通信与总线技术术数据采集系统课件数据采集系统课件最大最大/最小映射地址空间是多少？最小映射地址空间是多少？最大最大最大最大/ /最小存储映射地址空间最小存储映射地址空间最小存储映射地址空间最小存储映射地址空间最小存储映射地址空间最小存储映射地址空间=16字节（字节（24）最大存储映射地址空间最大存储映射地址空间=2GB（231）最大最大最大最大/ /最小最小最小最小I/OI/O映射地址空间映射地址空间映射地址空间映射地址空间最小最小I/O映射地址空间映射地址空间=4字节（字节（22）最大存储映射地址空间最大存储映射地址空间=256字节（协议规定）字节（协议规定）第九章第九章 串行通信与总线技串行通信与总线技术术数据采集系统课件数据采集系统课件扩展扩展ROM访问允许访问允许31 11 10 1 0基基 地地 址址保保 留留扩展扩展ROM基地址寄存器基地址寄存器扩展扩展ROM基地址基地址=FFFF0001h位位0=1，表示扩展，表示扩展ROM访问允许访问允许位位31:11第一个为第一个为1的是位的是位16，表示映射的存储空间为，表示映射的存储空间为64K。这这意味着意味着ROM映射的基地址应该起始于映射的基地址应该起始于64KB的边界的边界第九章第九章 串行通信与总线技串行通信与总线技术术数据采集系统课件数据采集系统课件(5)头区域中其它寄存器头区域中其它寄存器头区域中其它寄存器头区域中其它寄存器 中断引脚寄存器中断引脚寄存器中断引脚寄存器中断引脚寄存器 8位只读寄存器，指明设备使用了位只读寄存器，指明设备使用了PCI的哪个中断引脚。的哪个中断引脚。1代代表表INTA#，2为为INTB#中断请求线寄存器中断请求线寄存器中断请求线寄存器中断请求线寄存器 8位可读位可读/写寄存器，指明设备的中断引脚和写寄存器，指明设备的中断引脚和PC机的机的 8259A的的哪个中断输入线连。哪个中断输入线连。Min_Gnt/Max_latMin_Gnt/Max_lat寄存器寄存器寄存器寄存器 Min_Gnt用来指定设备需要多长的突发传输时间。用来指定设备需要多长的突发传输时间。 Max_lat用来表示对用来表示对PCI总线进行访问的频繁程度。总线进行访问的频繁程度。第九章第九章 串行通信与总线技串行通信与总线技术术数据采集系统课件数据采集系统课件2配置空间的访问配置空间的访问 (1) (1) 配置空间访问时目标设备的选择配置空间访问时目标设备的选择配置空间访问时目标设备的选择配置空间访问时目标设备的选择 对于某一对于某一PCI设备，设备，1)1)1)1)只有当输入它的只有当输入它的只有当输入它的只有当输入它的IDSELIDSEL信号有效，信号有效，信号有效，信号有效，2)2)2)2)并且在地址期内并且在地址期内并且在地址期内并且在地址期内AD1AD1: : : :00为为为为0000时时时时， 才能被作为配置访问的目标设备。才能被作为配置访问的目标设备。 第九章第九章 串行通信与总线技串行通信与总线技术术数据采集系统课件数据采集系统课件(2) 配置空间访问的类型配置空间访问的类型 0 0类配置空间访问类配置空间访问类配置空间访问类配置空间访问对（正在运行的）对（正在运行的）当前当前当前当前PCI总线上的目标设备配置寄存器所进总线上的目标设备配置寄存器所进行的访问。行的访问。被配置访问的目标设备必须在地址期采样到其被配置访问的目标设备必须在地址期采样到其IDSEL输入信号输入信号有效，且有效，且AD1 0必须为必须为00。地址期地址期地址期地址期， AD1AD1 00必须为必须为必须为必须为0000； AD10 8用于选择物理设备的八用于选择物理设备的八种功能之一种功能之一 ；AD 7 2为选择该功能设备的配置寄存器号为选择该功能设备的配置寄存器号(双双字号）。字号）。AD31:11可用于连接各设备的可用于连接各设备的IDSEL信号信号数据期数据期数据期数据期， AD31 0传送的是配置读传送的是配置读/写数据。写数据。第九章第九章 串行通信与总线技串行通信与总线技术术数据采集系统课件数据采集系统课件 1 1类配置空间访问类配置空间访问类配置空间访问类配置空间访问对（通过对（通过PCI/PCI桥连接的）桥连接的）下一级下一级下一级下一级PCI总线上的目标设备总线上的目标设备(配置寄存器配置寄存器)所进行的访问。所进行的访问。 地址期地址期地址期地址期 ，AD1AD1 00必须为必须为必须为必须为0101；AD10 8作为选择物理设备的作为选择物理设备的八种功能之一八种功能之一 。AD7 2为选择该功能设备的配置寄存器号；为选择该功能设备的配置寄存器号； AD1511用于存放第二级总线上被选中设备的用于存放第二级总线上被选中设备的IDSEL号号，AD2316 放放总线号。总线号。桥片中也有桥配置空间寄存器，存放有总线号和次级总线号桥片中也有桥配置空间寄存器，存放有总线号和次级总线号等信息。等信息。一旦一旦PCI/PCI桥检测到桥检测到1类配置访问，就有三种情况，须分别类配置访问，就有三种情况，须分别进行处理。进行处理。第九章第九章 串行通信与总线技串行通信与总线技术术数据采集系统课件数据采集系统课件桥桥桥桥A A桥桥桥桥B B设备设备设备设备设备设备设备设备CPUCPU总总总总线线线线PCIPCI总总总总线线线线0 0PCIPCI总总总总线线线线1 1如果要访问的总线号既不同于桥的第如果要访问的总线号既不同于桥的第二级总线号，也不在桥的第二级总线二级总线号，也不在桥的第二级总线号的下级总线范围内，那么桥将忽略号的下级总线范围内，那么桥将忽略本次访问。本次访问。如果总线号不同于桥的第二级总线，如果总线号不同于桥的第二级总线，但在桥的第二级总线号的下级总线范但在桥的第二级总线号的下级总线范围内，那么桥将本次访问作为围内，那么桥将本次访问作为1类配置类配置访问传递给第二级总线。配置命令从访问传递给第二级总线。配置命令从第一级传递到第二级第一级传递到第二级C/BE#总线。总线。 如果总线号与桥的第二级总线号相同，那么桥将本次访问作为如果总线号与桥的第二级总线号相同，那么桥将本次访问作为0类类配置访问传递给第二级总线。配置访问传递给第二级总线。AD10:2直接从桥的第一级传递到直接从桥的第一级传递到第二级第二级AD总线。总线。AD15:11 的设备号用于决定第二级总线上哪个的设备号用于决定第二级总线上哪个设备的设备的IDSEL信号被设置有效。配置命令从第一级传递到第二级信号被设置有效。配置命令从第一级传递到第二级C/BE#总线。总线。第九章第九章 串行通信与总线技串行通信与总线技术术数据采集系统课件数据采集系统课件 针对针对x86兼容的系统，兼容的系统，PCI协议定义了将处理器发出的协议定义了将处理器发出的I/O访访问识别为配置访问，或将处理器发出的存储器访问转换为配问识别为配置访问，或将处理器发出的存储器访问转换为配置访问的转换机构，称为置访问的转换机构，称为配置机构配置机构配置机构配置机构。(3) 配置访问的访问方法配置访问的访问方法 配置机构是利用两个配置机构是利用两个32位的位的I/O端口寄存器来访问端口寄存器来访问PCI设备的设备的配置空间的。配置空间的。 配置配置地址地址地址地址端口寄存器（端口寄存器（I/O地址为地址为0CF8H0CFBH） 配置配置数据数据数据数据端口寄存器（端口寄存器（I/O地址为地址为0CFCH0CFFH） 第一步，将要访问的总线号、设备号、功能号和双字号写第一步，将要访问的总线号、设备号、功能号和双字号写第一步，将要访问的总线号、设备号、功能号和双字号写第一步，将要访问的总线号、设备号、功能号和双字号写到配置地址端口寄存器。（到配置地址端口寄存器。（到配置地址端口寄存器。（到配置地址端口寄存器。（3232位写）位写）位写）位写） 第二步，执行一次对配置数据端口寄存器的读第二步，执行一次对配置数据端口寄存器的读第二步，执行一次对配置数据端口寄存器的读第二步，执行一次对配置数据端口寄存器的读/ /写。写。写。写。 第九章第九章 串行通信与总线技串行通信与总线技术术数据采集系统课件数据采集系统课件3.3.9 PCI BIOS 初始化程序只能通过初始化程序只能通过PCI BIOS才能访问才能访问PCI配置寄存器。配置寄存器。 PCI BIOS再通过再通过配置地址端口寄存器和配置数据端口寄存器实配置地址端口寄存器和配置数据端口寄存器实现其功能。现其功能。1 1、1616位位位位PCI BIOSPCI BIOS的调用的调用的调用的调用 通过通过INT 1AH实现：实现：AH=B1H，AL为子功能号为子功能号。2 2、3232位位位位PCI BIOSPCI BIOS的调用的调用的调用的调用 确认确认32位位BIOS是否存在；是否存在； 确认确认BIOS是否支持是否支持PCI BIOS，取得，取得PCI BIOS入口地址；入口地址； 通过对通过对PCI BIOS入口地址的远程调用来实现：入口地址的远程调用来实现：AH=B1H，AL为子功能号。为子功能号。第九章第九章 串行通信与总线技串行通信与总线技术术数据采集系统课件数据采集系统课件3.3.10 PCI总线的继承者总线的继承者PCI Express1. 1. 主要关键技术：主要关键技术：主要关键技术：主要关键技术：在两个设备之间在两个设备之间点对点点对点点对点点对点串行互联串行互联双通道，高带宽，传输速度快双通道，高带宽，传输速度快灵活扩展性灵活扩展性低电源消耗，并有电源管理功能低电源消耗，并有电源管理功能支持设备热拨插和热交换支持设备热拨插和热交换在软件层保持与在软件层保持与PCI以及以及PCI-X总线兼容总线兼容使用小型连接，节约空间，减少串扰使用小型连接，节约空间，减少串扰采用类似于网络通信中的采用类似于网络通信中的OSI分层模式，具有数据包和层协议分层模式，具有数据包和层协议架构架构第九章第九章 串行通信与总线技串行通信与总线技术术数据采集系统课件数据采集系统课件2. PCI-Express2. PCI-Express的拓扑结构的拓扑结构的拓扑结构的拓扑结构北桥集成北桥集成根组件根组件终终端端PCI ExpressPCI桥桥终终端端终终端端终终端端终终端端终终端端端端点点PCI插槽插槽交换器交换器存存储储器器第九章第九章 串行通信与总线技串行通信与总线技术术数据采集系统课件数据采集系统课件1. USB的硬件的硬件 USB主控制器主控制器/根集线器根集线器 主控制器负责将并行数据转换成串行，并将数据传给根集线器。根集线器控主控制器负责将并行数据转换成串行，并将数据传给根集线器。根集线器控主控制器负责将并行数据转换成串行，并将数据传给根集线器。根集线器控主控制器负责将并行数据转换成串行，并将数据传给根集线器。根集线器控制制制制USBUSB端口的电源，激活和禁止端口，识别与端口相连的设备，设置和报告端口的电源，激活和禁止端口，识别与端口相连的设备，设置和报告端口的电源，激活和禁止端口，识别与端口相连的设备，设置和报告端口的电源，激活和禁止端口，识别与端口相连的设备，设置和报告与每个端口相连的状态事件。与每个端口相连的状态事件。与每个端口相连的状态事件。与每个端口相连的状态事件。 USB集线器集线器(USB Hub) 完成完成完成完成USBUSB设备的添加（扩展）、删除和电源管理等。设备的添加（扩展）、删除和电源管理等。设备的添加（扩展）、删除和电源管理等。设备的添加（扩展）、删除和电源管理等。 USB设备设备 HUBHUB设备和功能设备（外设），外设含一定数量独立的寄存器端口（端点）设备和功能设备（外设），外设含一定数量独立的寄存器端口（端点）设备和功能设备（外设），外设含一定数量独立的寄存器端口（端点）设备和功能设备（外设），外设含一定数量独立的寄存器端口（端点）。外设有一个惟一的地址。通过这个地址和端点号，主机软件可以和每个端。外设有一个惟一的地址。通过这个地址和端点号，主机软件可以和每个端。外设有一个惟一的地址。通过这个地址和端点号，主机软件可以和每个端。外设有一个惟一的地址。通过这个地址和端点号，主机软件可以和每个端点通信。数据的传送是在主机软件和点通信。数据的传送是在主机软件和点通信。数据的传送是在主机软件和点通信。数据的传送是在主机软件和USBUSB设备的端点之间进行的。设备的端点之间进行的。设备的端点之间进行的。设备的端点之间进行的。8.3通用串行总线通用串行总线USB一、USB系统组成第九章第九章 串行通信与总线技串行通信与总线技术术数据采集系统课件数据采集系统课件USB设备驱动程序设备驱动程序 在在在在USBUSB外设中，通过外设中，通过外设中，通过外设中，通过I/OI/O请求包将请求发送给请求包将请求发送给请求包将请求发送给请求包将请求发送给USBUSB设备中的设备中的设备中的设备中的USBUSB（从）控从）控从）控从）控制器。制器。制器。制器。USB驱动程序驱动程序 在主机中，当设置在主机中，当设置在主机中，当设置在主机中，当设置USBUSB设备时读取描述器以获取设备时读取描述器以获取设备时读取描述器以获取设备时读取描述器以获取USBUSB设备的特征，并根设备的特征，并根设备的特征，并根设备的特征，并根据这些特征，在发生请求时组织数据传输。据这些特征，在发生请求时组织数据传输。据这些特征，在发生请求时组织数据传输。据这些特征，在发生请求时组织数据传输。 USBUSB驱动程序可以是捆绑在操驱动程序可以是捆绑在操驱动程序可以是捆绑在操驱动程序可以是捆绑在操作系统中，也可以是以可装载的驱动程序形式加入到操作系统中。作系统中，也可以是以可装载的驱动程序形式加入到操作系统中。作系统中，也可以是以可装载的驱动程序形式加入到操作系统中。作系统中，也可以是以可装载的驱动程序形式加入到操作系统中。USB主控制器驱动程序主控制器驱动程序 完成对完成对完成对完成对USBUSB事务交换的调度，并通过根事务交换的调度，并通过根事务交换的调度，并通过根事务交换的调度，并通过根HubHub或其他的或其他的或其他的或其他的HubHub完成对交换的完成对交换的完成对交换的完成对交换的初始化。初始化。初始化。初始化。 2. USB的软件的软件 8.3通用串行总线通用串行总线USB一、USB系统组成第九章第九章 串行通信与总线技串行通信与总线技术术数据采集系统课件数据采集系统课件PCI总线总线宿主机宿主机USB主控制器主控制器/根根Hub高速高速电话电话高速高速显示器显示器高速高速集线器集线器高速高速麦克风麦克风扬声器扬声器高速高速扬声器扬声器高速高速键盘键盘高速高速低速低速麦克风麦克风麦克风麦克风低速低速高速高速=480Mb/s全速全速=12Mb/s低速低速=1.5Mb/s USB的层次拓扑图的层次拓扑图8.3通用串行总线通用串行总线USB一、USB系统组成3. USB的拓扑结构的拓扑结构第九章第九章 串行通信与总线技串行通信与总线技术术数据采集系统课件数据采集系统课件1.接口信号线接口信号线 USB集成器和设备的电阻连接集成器和设备的电阻连接高高/低速低速USB收收发器发器(主机或集主机或集线器端口线器端口)高速高速USB收发收发器器(主机端口或主机端口或高速设备高速设备)+5vdcD+D-地地15K15K+3.03.6vdc1.5KD+D-高高/低速低速USB收收发器发器(主机或集主机或集线器端口线器端口)低速低速USB收发收发器器(低速设备低速设备)+5vdcD+D-地地15K15K+3.03.6vdc1.5KD+D-USB数据线数据线USB数据线数据线8.3通用串行总线通用串行总线USB二、USB系统的接口信号和电气特性第九章第九章 串行通信与总线技串行通信与总线技术术数据采集系统课件数据采集系统课件USB常用信号电平（高速设备，低速设备电平相反）常用信号电平（高速设备，低速设备电平相反） 总线状态总线状态信信 号号 电电 平平发送端发送端接受器端接受器端差分差分“1”D+2.8V并且并且D-200mV且且D+2.0V差分差分“0”D-2.8V并且并且D+200mV且且D-2.0V单端点单端点0(SE0)D+和和D-0.3VD+和和D-2.7V并且并且D-0.8V8.3通用串行总线通用串行总线USB二、USB系统的接口信号和电气特性第九章第九章 串行通信与总线技串行通信与总线技术术数据采集系统课件数据采集系统课件设备从端口上断开过程设备从端口上断开过程设备从端口上断开过程设备从端口上断开过程D+和和D-的电压全部下降到的电压全部下降到0.8V并维持并维持2.5 s连接连接连接连接状态状态状态状态断开断开断开断开状态状态状态状态设备接入到端口上的过程设备接入到端口上的过程设备接入到端口上的过程设备接入到端口上的过程D+或或D-的电压上升到的电压上升到2.5(2.7)V断开断开断开断开状态状态状态状态闲置闲置闲置闲置状态状态状态状态维持维持2.5 s以以上上连接连接连接连接状态状态状态状态8.3通用串行总线通用串行总线USB二、USB系统的接口信号和电气特性第九章第九章 串行通信与总线技串行通信与总线技术术数据采集系统课件数据采集系统课件数据包传送结束过程数据包传送结束过程数据包传送结束过程数据包传送结束过程保持信号线保持信号线2个位传输时间的个位传输时间的SE0状态，状态，之后保持之后保持1个位传输时间的个位传输时间的J状态。状态。传送传送传送传送状态状态状态状态闲置闲置闲置闲置状态状态状态状态信号线跳变到其信号线跳变到其反向逻辑电平反向逻辑电平数据数据数据数据KK状态状态状态状态闲置闲置闲置闲置状态状态状态状态数据包传送开始过程数据包传送开始过程数据包传送开始过程数据包传送开始过程差分数据线按传送差分数据线按传送数据变换数据变换传送传送传送传送状态状态状态状态8.3通用串行总线通用串行总线USB二、USB系统的接口信号和电气特性第九章第九章 串行通信与总线技串行通信与总线技术术数据采集系统课件数据采集系统课件 2.电气特性电气特性 对地电源对地电源电压为电压为4.755.25V，设备吸入的最大电流值为，设备吸入的最大电流值为500mA 。第一次被主机检测到时，设备吸入的电流。第一次被主机检测到时，设备吸入的电流100mA。 自给供电自给供电 总线供给总线供给8.3通用串行总线通用串行总线USB二、USB系统的接口信号和电气特性第九章第九章 串行通信与总线技串行通信与总线技术术数据采集系统课件数据采集系统课件 3.NRZI编码编码 ：不需独立的时钟信号和数据一起发送，电平跳变电平跳变代表代表“0 0”，没有电平跳变代表没有电平跳变代表“1 1”。在数据被编码前，在数据流中每每6 6个连续的个连续的“1 1”后插入后插入1 1个个“0 0”，从而强迫NRZI码发生变化，也顺便让收发双方对准一次时钟，接收端必须去掉这个插入的0。 原始原始数据数据空闲空闲填充填充数据数据填充位填充位NRZI码码0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 1 10 0 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 1 1位填充和位填充和NRZI编码编码0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 8.3通用串行总线通用串行总线USB二、USB系统的接口信号和电气特性第九章第九章 串行通信与总线技串行通信与总线技术术数据采集系统课件数据采集系统课件 USBUSB数据流类型有四种：数据流类型有四种：控制信号流、块数据流、中断数据流、实时数据流。 USBUSB有有4 4种基本的传输类型种基本的传输类型 2批传输批传输：单/双向，用于大批数据大批数据传输，要求准确，出错重传。时间性不强。 1控制传输控制传输： 双向，用于配置设备或特殊用途用于配置设备或特殊用途，发生错误需重传。 当USB主机检测时，设备必须要用端点0完成和主机交换信息的控制传送。 3中断传输中断传输 ：单向入主机，用于随机少量随机少量传送。采用查询中断方式，出错下一查询周期重新传。4等时传输等时传输：单/双向，用于连续实时连续实时的数据传输，时间性强，但出错无需重传。传输速率固定。8.3通用串行总线通用串行总线USB三、 USB数据流类型和传输类型第九章第九章 串行通信与总线技串行通信与总线技术术数据采集系统课件数据采集系统课件标志包标志包数据包数据包握手包握手包一次交换（事务处理）一次交换（事务处理）等时传输无握手包等时传输无握手包每次交换均由主机发起每次交换均由主机发起，对中断传输，亦由主机发送查询包取得中断信息。帧结束间隔帧结束间隔区区8.3通用串行总线通用串行总线USB四、 USB交换的包格式交换完毕，进入帧结束间隔区帧结束间隔区发送方把D+和D-上的电压降低到0.8V以下，并保持2个位的传输时间，然后维持1个位传输时间的J状态表示包结束，之后进入闲置状态。第九章第九章 串行通信与总线技串行通信与总线技术术数据采集系统课件数据采集系统课件表表-包的类型包的类型(阴影部分是阴影部分是USB2.0规范规范)PID类型类型PID名称名称PID3:0描述描述标志包标志包OUT0001b具具有有PID、类类型型检检查查、设设备备地地址址、端端点点号号和和CRC域域的的宿宿主主到到功功能能设设备备的的发发送送包包IN1001b功功能能设设备备到到宿宿主主的的接接收收包包，具具有有和和发发送包一样的域送包一样的域SOF0101b帧开始包帧开始包SETUP1101b主主机机发发给给设设备备的的设设置置包包，用用于于控控制制传传输的设置。输的设置。数据包数据包DATA00011b数据包数据包0DATA11011b数据包数据包1DATA20111b帧中高速、高带宽的等时交换数据包帧中高速、高带宽的等时交换数据包MDATA1111b分离高速和高带宽等时交换的数据包分离高速和高带宽等时交换的数据包8.3通用串行总线通用串行总线USB四、 USB交换的包格式第九章第九章 串行通信与总线技串行通信与总线技术术数据采集系统课件数据采集系统课件握手包握手包ACK0010b接收设备发的接受数据正确的应答包接收设备发的接受数据正确的应答包NAK1010b接接收收设设备备无无法法接接受受数数据据或或没没有有数数据据返返回个宿主回个宿主STALL1110b设设备备已已经经被被挂挂起起，需需要要主主机机插插手手解解决决故障故障NYET0110b接收器无应答接收器无应答特殊包特殊包PRE1100b(Token)预预告告包包，预预告告下下面面将将以以低低速速方方式和低速设备通信式和低速设备通信ERR1100b(Handshake)分离交换错误的握手信号分离交换错误的握手信号SPLIT1000b高速分离交换标志高速分离交换标志PING0100b为为批批或或控控制制端端点点传传输输而而设设置置的的高高速速流流控制探测控制探测Reserved0000b保留保留8.3通用串行总线通用串行总线USB四、 USB交换的包格式第九章第九章 串行通信与总线技串行通信与总线技术术数据采集系统课件数据采集系统课件包的一般格式包的一般格式SYNCPID 包特定信息包特定信息CRC8位位8位位n位位5位或位或16位位SYNCSYNC：同步序列同步序列PIDPID：包标识别，发送从低位到高位包标识别，发送从低位到高位所有数据发发送都时从低位开始向高位发送所有数据发发送都时从低位开始向高位发送数据为数据为10000000bPID0PID1LSbPID2PID3PID0# PID1# PID2# PID3#MSb低低4位放位放PID高高4位放位放PID的反码的反码8.3通用串行总线通用串行总线USB四、 USB交换的包格式第九章第九章 串行通信与总线技串行通信与总线技术术数据采集系统课件数据采集系统课件1. 包的种类及格式包的种类及格式 (1) (1) 帧开始包（帧开始包（帧开始包（帧开始包（SOFSOF）（一帧持续时间为）（一帧持续时间为）（一帧持续时间为）（一帧持续时间为1ms1ms）SYNCPID FRAME NUMBERCRC8位位 帧开始包格式帧开始包格式8位位11位位5位位编码编码数据数据0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 1 0 1LSbMSb8.3通用串行总线通用串行总线USB四、 USB交换的包格式第九章第九章 串行通信与总线技串行通信与总线技术术数据采集系统课件数据采集系统课件SYCNPIDADDRENDPCRC8位位 接受和发送包的格式接受和发送包的格式8位位7位位4位位5位位 (2) (2) 接受包（接受包（接受包（接受包（ININ）接受交换包括了全部接受交换包括了全部4种传输类型种传输类型(3)(3)发送包（发送包（发送包（发送包（OUTOUT）发送交换包括了除中断传输外的其他发送交换包括了除中断传输外的其他3种传种传输类型输类型接受交换接受交换接受交换接受交换:根根Hub广播接受包广播接受包目标设备返回数据包目标设备返回数据包根根Hub发握手包。发握手包。（等时传输无握手包等时传输无握手包等时传输无握手包等时传输无握手包）发送交换发送交换发送交换发送交换:根根Hub广播发送包广播发送包根根Hub发数据包发数据包目标设备发握手包（目标设备发握手包（批传批传批传批传输才有握手包输才有握手包输才有握手包输才有握手包）1. 包的种类及格式包的种类及格式 8.3通用串行总线通用串行总线USB四、 USB交换的包格式第九章第九章 串行通信与总线技串行通信与总线技术术数据采集系统课件数据采集系统课件2数据包数据包DATACRCSYNCPID8位位USB 1.1数据包格式数据包格式8位位01023位位16位位SYNCPIDDATACRC8位位USB 2.0数据包格式数据包格式8位位08192位位16位位(4)(4)设置包（设置包（设置包（设置包（SETUPSETUP） 控制传输开始由主机发设置包，后面可能由一个或多个IN或OUT交换，或只包含一个从端点传到主机的状态1. 包的种类及格式包的种类及格式 8.3通用串行总线通用串行总线USB四、 USB交换的包格式第九章第九章 串行通信与总线技串行通信与总线技术术数据采集系统课件数据采集系统课件SYCNPID8位位 握手包的格式握手包的格式8位位3握手包握手包 数据接受方发向数据发送方数据接受方发向数据发送方8.3通用串行总线通用串行总线USB四、 USB交换的包格式第九章第九章 串行通信与总线技串行通信与总线技术术数据采集系统课件数据采集系统课件4 特殊包特殊包只有只有SYNC和和PID组成组成 主机主机主机主机希望与低速设备进行低速传输的时候发此包希望与低速设备进行低速传输的时候发此包PID域应该高速（全速）发送。域应该高速（全速）发送。PID之后，在低速数据包传输之前要延迟之后，在低速数据包传输之前要延迟4个高速字节时间个高速字节时间低速设备只支持控制传输与中断传输低速设备只支持控制传输与中断传输与低速设备交换数据只有与低速设备交换数据只有8字节字节8.3通用串行总线通用串行总线USB四、 USB交换的包格式第九章第九章 串行通信与总线技串行通信与总线技术术数据采集系统课件数据采集系统课件主主 机机HUB设设备备1.1 设备接入设备接入 连接状态连接状态连接状态连接状态 1.2 通知有设备接入通知有设备接入2 检测检测Hub,确认有接入确认有接入3 使能该端口，发使能该端口，发RESET命令命令4 发发RESET信号，供电信号，供电 上电状态上电状态上电状态上电状态 5.1 利用默认端点利用默认端点0读设备描述器读设备描述器6.2 分发地址分发地址 地址状态地址状态地址状态地址状态 7.2 读配置信息读配置信息7.1 按地址读设备配置信息按地址读设备配置信息8.2 写配置信息写配置信息 配置状态配置状态配置状态配置状态 8.1 按地址设设备配置信息按地址设设备配置信息6.1 给设备分发地址给设备分发地址5.2 读设备描述器读设备描述器 地址默认状态地址默认状态地址默认状态地址默认状态 8.3通用串行总线通用串行总线USB五、USB设备状态和总线枚举第九章第九章 串行通信与总线技串行通信与总线技术术数据采集系统课件数据采集系统课件 USB On-The-Go(OTG)是对USB 2.0规范的有益的扩充。这类设备既可以作为USB设备与PC机相连，又可以作为USB主机连接其它USB设备。因此，这类设备可以抛弃PC，直接进行设备与设备之间的点对点(pear to pear)通信。 USB On-The-Go 在在USB 规范基础上增加了以下几点规范基础上增加了以下几点 双重功能。设备既可用作主机也可用作外设双重功能。设备既可用作主机也可用作外设双重功能。设备既可用作主机也可用作外设双重功能。设备既可用作主机也可用作外设 主机交流协议主机交流协议主机交流协议主机交流协议HNP HNP 用于转换用于转换用于转换用于转换USB USB 主机和外设功能主机和外设功能主机和外设功能主机和外设功能 对话请求协议对话请求协议对话请求协议对话请求协议 除小和大功率之外增加了微功率选择除小和大功率之外增加了微功率选择除小和大功率之外增加了微功率选择除小和大功率之外增加了微功率选择 超小连接器超小连接器超小连接器超小连接器8.3通用串行总线通用串行总线USB六、USB2.0的补充OTG技术第九章第九章 串行通信与总线技串行通信与总线技术术数据采集系统课件数据采集系统课件USB On-The-Go 设备定义了一个新的称之为mini-AB 的袖珍插孔，它能接入mini-A 和mini-B 插头。连接器的不同定义设备的初始功初始功能能。VBUSD+D-GNDID1: Slave B设备设备0: Master A设备设备mini-B 插头插头mini-A 插头插头VCCVCC六、USB2.0的补充OTG技术8.3通用串行总线通用串行总线USB第九章第九章 串行通信与总线技串行通信与总线技术术数据采集系统课件数据采集系统课件两个两个OTG RTR(主主/从双角色从双角色)设备相连，可以用主机交流协议设备相连，可以用主机交流协议(HNP)随时切换主机角色。步骤如下：随时切换主机角色。步骤如下：1.A设备发出SET_FEATURE命令后，B设备可请求总线控制权。2.A设备挂起总线，通知B设备可占用总线。3.B设备发送信号，断开A设备连接。4.A设备启动D+线本方的上拉电阻，将D+置高。此时A设备成为外设，B设备成为主机。5.B设备完成对总线控制后，启动D+线本方的上拉电阻，放弃对总线的控制。6.在以上电平变换的同时，通过软件实现真正的对总线的控制权变化。六、USB2.0的补充OTG技术8.3 通用串行总线通用串行总线USB