（机械电子工程专业论文）网络式仪器总线的研究.pdf

浙江人学硕士学位论文 y6 8 0 1 49 摘要 针对目前各种常用仪器总线在通信方式、实时性、接口复杂性等方面的不足， 本文在最新的多点低电压差分信令( m l v d s ，m u l t i p o i n tl o w v o l t a g ed i f f e r e n t i a l s i g n a l i n g ) 技术的基础上，提出了一种新的多主结构的仪器总线，即网络式仪器 总线的设计方案。总线的物理层基于l v d s m l v d s 器件，数据链路层采用高速 f p g a 实现。它不仅实现了真正的多主通信，而且具有通信速率高、实时性强、 总线结构简单、数据传输效率高、功耗小等诸多优点。 本文分为七章； 第一章对现有的各种常用仪器总线进行分析比较，指出其中的缺点。接着引 入最新的m - l v d s 技术，提出基于l v d s m l v d s 技术的网络式仪器总线的设 计思想。 第二章阐述网络式仪器总线硬件平台的设计。首先根据l v d s m l v d s 技术 适用的总线拓扑，确定总线体系结构的设计方案，接着讨论总线数据节点和时钟 节点的电路设计，最后探讨高速数字电路的信号完整性设计。 第三章详细阐述了网络式仪器总线协议的设计，包括物理层和数据链路层的 设计。最后还提到了应用层的设计要点。 第四章讨论总线管理，阐述了数据传输、流量控制和差错控制在网络式仪器 总线中的实现。 第五章阐述总线管理器的f p g a 实现。总线管理器主要完成数据链路层以及 总线管理的功能，其核心部分是总线数据收发的实现。 第六章描述网络式仪器总线的测试实验包括总线的一致性和互操作性实 验、总线的通信功能实验和总线的通信性能实验，验证了总线设计的正确性。 第七章对全文进行简明的总结，并提出了进一步研究的内容。 本文的创新之处在于提出了利用最新的m l v d s 技术构建网络式仪器总线 的设计思想，并充分利用m l v d s 技术的优点独立设计了总线协议，使总线满 足实时信号分析仪等高性能仪器在数据通信速率和实时性等方面的较高要求。 关键词：仪器总线、m l v d s 、总线协议、总线仲裁 + 浙江大学硕士学位论文 a b s t r a c t a i m i n g a tt 1 1 ed e f i c i e n c i e so f t h e p o p u l a r i n s t n n n e n tb u s e si nt h ec o m m u n i c a t i o n m o d e ，r e a lt i m ep e r f o r m a n c e ，i n t e r f a c ec o m p l e x i t y , e t c ，t h ed e s i g ns c h e m eo fan e w , m u l t i m u s t e ri n s t r u m e n tb u s ，i e t h en e t w o r k - s t y ei n s t r u m e n tb u s ，i sp r e s e n t e di nt h i s t h e s i s t h a n k st ot h en e w l yd e v e l o p e dt e c h n o l o g yo fm l v d s i d s m l v d s d e v i c e s o p e r a t e a st h e p h y s i c a ll a y e r o ft h e b u s ，w h i l et h ed a t a l i n k l a y e r i s i m p l e m e n t e db yh i g h - s p e e df p g a s i n t h en e t w o r k s t y ei n s t r u m e n tb u s n o to n l yt h e r e a lm u l t i m a s t e rc o m m u n i c a t i o ni s i m p l e m e n t e d ，b u s a l s ot h e a d v a n t a g e s o f h i g h - s p e e d ，h i g hr e a l t i m e p e r f o r m a n c e ，s i m p l eb u sc o n f i g u r a t i o n ，h i g ht r a n s f e r e f f i c i e n c y , l o wp o w e rc o n s u m p t i o n ，e t c ，a r ea t t a i n e d 1 1 1 et h e s i si sd i v i d e di n t os e v e n c h a p t e r s i n c h a p t e ro n e ，c o m p a r e st h ep o p u l a ri n s t r u m e n tb u s e s ，a n dc o n c l u d e st h e r e s p e c t i v ed i s a d v a n t a g e s t h e n t h en e w l yd e v e l o p e d m - l v d st e c h n o l o g yi s i n t r o d u c e d ，a n dt h en e t w o r k - s t y ei n s t r u m e n tb u so nt h eb a s i so fm l v d si s p r e s e n t e d i n c h a p t e rt w o ，d e s c r i b e sh a r d w a l s y s t e md e s i g no f t h en e t w o r k - s t y ei n s t r u m e n t b u s f i r s t ，b a s e do nt h ea p p l i c a b l eb u st o p o l o g i e so fi d s 加- 【d s ，t h ed e s i g n s c h e m eo f t h eb u sa r c h i t e c t u r ei sd e t e r m i n e d 1 1 l e n ，t h ec i r c u i td e s i g no f t h eb u sn o d e s i n c l u d i n gt h ed a t an o d ea n dt h ec l o c kn o d ei sd i s c u s s e d l a s t l y , t h es i g n a li n t e 舒t y d e s i g no f h i g h - s p e e dd i g i t a lc i r c u i t si sd i s c u s s e d i nc h a p t e r t h r e e ，e x p o u n d st h ed e s i g no f t h eb u s p r o t o c o l ，i n c l u d i n gt h ep h y s i c a l l a y e ra n dt h e d a t al i n k l a y e r n ed e s i g nn o t e so ft h ea p p l i c a t i o nl a y e ri s a l s o d i s c u s s e d i n c h a p t e rf o u r , d e s c r i b e s t h eb u s m a n a g e m e n t , m a d d i s c u s s e dt h e i m p l e m e n t a t i o no f d a t at r a n s f e r , f l o wc o n t r o la n de r r o rc o n t r o li nt h en e t w o r k - s t y e i n s t r u m e n tb u s i nc h a p t e rf i v e ，d e s c r i b e st h ei m p l e m e n t a t i o no ft h eb u sm a n a g e rw i t hf p g a s t h eb u sm a n a g e re x e c u t e st h ef u n c t i o n so f t h ed a t al i n k l a y e ra n d b u s m a n a g e m e n t o f w h i c ht h ei m p l e m e n t a t i o no f d a t at r a n s m i ta n dr e c e i v ei st h ec o r e p a r t i n c h a p t e rs i x ，e x p l a i n s t h e e x p e r i m e n t so f t h eb u s ，i n v o l v i n gt h ec o i n c i d e n c et e s t a n dc o - o p e r a t i o nt c s t , t h et e s to fb u sc o m m u n i c a t i o nf u n c t i o n sa n dt h et e s to fb u s c o m m u n i c a l i o n p e r f o r m a n c e d e s i g nc o r r e c t n e s s i sv e r i f i e dw i t ht h e s ee x p e r i m e n t s i nc h a p t e rs e v e n ，s i 啪锄i z e st h ew h o l e t h e s i s ，a n dg i v e se x p e c t i o n sf o rf 2 n t h e r r e s e a r c h 1 1 1 ei n n o v a t i o ni nt h i st h e s i s i s ：p r e s e n tt h ed e s i g ns p i r i to ft h en e t w o r k - s t y e i n s t r u m e n tb u sf o u n d e do nt h e n e w l yd e v e l o p e d m i d s t e c h n o l o g y , a n d i n d e p e n d e n t l yd e s i g nt h eb u sp r o t o c o lw i t hf i l i l u s eo fi t , w h i c hm e e t st h et h i r s t y r e q u i r e m e n t so fh i g hp e r f o r m a n c ei n s t r u m e n t ss u c ha sr e a lt i m es i g m aa n a l y z e ri n d a t as i g n a l i n g r a t e ，r e a lt i m ec a p a c i t y , e t c k e yw o r d s ：i n s t r u m e n tb u s ，m - l v d s ，b u sp r o t o c o l ，b u sa r b i t r a t i o n 2 浙江大学硕士学位论文 图1 1 图1 2 图1 3 图1 4 图1 s 图1 6 图1 7 图1 - 8 图1 - 9 图1 1 0 图1 1 1 图2 1 图2 - 2 图2 3 图2 4 图2 5 图2 6 图2 7 图2 - 8 图2 - 9 图2 1 0 图2 1 l 图2 1 2 图2 1 3 图2 1 4 图2 1 5 图2 1 6 图2 1 7 图2 1 8 图2 1 9 图2 2 0 图2 2 l 图2 2 2 图3 1 图3 2 图3 3 图3 _ 4 图3 5 图3 - 6 图3 7 图片目录 总线型网拓扑结构1 1 o s i 参考模型的七层体系结构1 2 几种常用总线通信速率与通信距离的对比1 3 不同的高速互连方案15 i e e e 8 0 2 标准的文本内容1 5 局域网模式与o s i 参考模型的关系1 6 “冲突”检测方法原理18 总线协议体系结构模式18 差分信号负载功率比较2 3 t i a e i a 标准电压范围2 3 网络式仪器总线在实时信号分析仪中的应用2 4 同步时序分析的重要参数2 8 偏移定义2 8 同步时序设计图2 9 中央时钟模式原理2 9 源时钟模式原理3 0 源同步模式时序分析3 0 点到点结构实例3 4 多分支结构实例3 5 多点结构实例3 5 网络式仪器总线体系结构3 6 总线数据节点原理图3 7 数据节点的实验实物照片3 7 总线时钟节点原理图3 8 各种终端匹配技术4 3 微带线布局4 4 带状线布局4 4 四层电路板4 5 六层电路板4 5 单端和差分信号走线的3 w 原则( 俯视图) 4 6 交叉布线4 7 地过孔位置( 侧视图) 4 7 有利于减小串扰的接头布局4 7 网络式仪器总线协议的分层结构4 9 差分输入阙值比较5 3 n r z 和n r z i 数据编码方式5 4 f m o 和f m l 数据编码方式5 5 曼彻斯特数据编码方式5 5 眼图有关定义5 7 测试原理5 7 浙江大学硕士学位论文 图3 8m l v d s 通信速率与距离的关系一s n 6 5 m l v d 2 0 l 5 7 图3 - 9m - l v d s 通信速率与距离的关系一s n 6 5 m l v d 2 0 7 5 8 图3 1 0h d l c 协议的帧结构5 9 图3 一1 1l l c 数据帧6 1 图3 1 2l l c 数据请求帧6 1 图3 一1 3 媒体访问控制功能6 2 图3 。1 4m a c 数据帧6 3 图3 1 5m a c 数据请求帧6 3 图3 一1 6 线或门原理6 4 图3 一1 7m l v d s 驱动器的线或操作6 5 图3 1 8 基于m l v d s 的多主站结构总线原理图6 5 图3 - 1 9 利用控制总线进行总线控制示意图6 6 图3 2 0 网络式仪器总线非破坏性逐位仲裁过程示意图6 7 图4 1网络式仪器总线标识符的分配例子6 9 图4 - 2 帧内应答示意图7 0 图4 3 网络式仪器总线流量控制示意图7 1 图4 - - 4c r c - c c i t t 7 3 图4 - 5c r c 3 2 7 4 图4 - 6c r c 校验基本工作原理7 5 图5 - lx i l i n xi s e 5 2 开发环境7 8 图5 2 网络式仪器总线管理器功能框图7 9 图5 3 总线管理器地址分配8 1 图5 - 4 产生中断的v h d l 源代码8 4 图5 - 5 总线发送控制状态机8 5 图5 - 6 总线接收控制状态机8 6 图5 - 7c o r eg e n e r a t o r t 提供的同步f i f o 原理符号8 7 图6 - 1t i a e i a 6 4 4 - a 驱动器满负载测试电路8 9 图6 - 2t i a e i a - 8 9 9 驱动器测试电路9 l 图6 3 网络式仪器总线实验实物照片9 2 图6 - 4 实验环境9 4 图6 - 5 帧起始9 4 图6 - 6 帧结束9 5 图6 - 7 网络式仪器总线的非破坏性逐位伸裁实验图9 5 图6 - 8 帧应答9 6 图6 - 9 相邻两帧9 6 图6 1 0 为增加低电平噪声容限而对终端的改进9 8 图6 l l 实验眼图9 8 图6 1 29 嘲络式仪器总线通信性能测试原理框图9 9 浙江大学硕士学位论文 表格目录 表1 1总线接口选择指南1 3 表1 2 仪器总线比较2 1 表2 - 1 不同时钟模式下并行总线的比较3 1 表2 - 2l v d s 驱动器和接收器的主要参数3 8 表2 - 3m l v d s 收发器的主要参数3 8 表2 - 4 其它器件的主要参数3 9 表2 5 串扰的种类4 1 表2 - 6 终端匹配技术比较4 3 表2 7p c b 材料的比较4 4 表2 - 8 常见信号完整性问题及解决办法4 8 表3 - l 物理层各子层的功能5 0 表3 2l v d s 标准主要参数的比较5 1 表3 - 3网络式仪器总线的总线逻辑判别电平5 3 表3 - 4 网络式仪器总线的媒体访问控制子层功能6 2 表5 1 微控制器端接口定义7 9 表5 - 2 总线端接口定义8 0 表5 - 3 总线管理器寄存器配置8 1 表5 - 4 控制寄存器( 相对地址o ) 8 2 表5 5 命令寄存器( 相对地址1 ) 8 3 表5 - 6 状态寄存器( 相对地址2 ) 8 3 表5 7c o r eg e n e r a t o r t 提供的同步f i f o 信号定义8 8 表6 - l 时钟总线一致性测试：差动负逻辑输出电压测试结果9 0 表6 - 2 时钟总线一致性测试：差动正逻辑输出电压测试结果9 0 表6 - 3 数据，控制总线一致性测试：差动隐性输出电压测试结果9 1 表6 4 数据，控制总线一致性测试：差动显性输出电压测试结果9 1 表6 - 5 总线互操作性测试：差动显性输出电压测试结果9 3 表6 - 6 通讯性能测试结果1 0 0 9 浙江大学硕十学位论文 第一章绪论弟一早三；酉下匕 计算机和网络技术正改变着人类的生存空间。信息时代离不开信息的采集、 传输和处理，其中信息采集的重要手段或者说信息获取的源头，主要靠测量和仪 器。随着测试领域对仪器处理能力等方面要求的提高，现代仪器正从单机智能化 逐步升级为通用模块化，从而推动了仪器总线的快速发展。 当前，l v d s ( l o wv o l t a g ed i f f e r e n t i a ls i g n a l i n g ，低电压差分信令) 技术是 数据传输领域的一大热点。l v d s 技术具有高数据传输率、低功耗、电磁兼容性 良好等突出优点，最新推出的m l v d s ( m u l t i p o i n tl v d s ，多点低电压差分信令) 技术更是将其拓展到多点应用的场合，成为一种新的高速多点总线，非常适合应 用于高性能的现代仪器【i j i “。 本课题着眼于传统仪器在通信方式、实时性等方面的不足，对基于m l v d s 技术的多主仪器总线进行研究，重点是总线协议的设计以及硬件实现。此外，为 了验证理论研究的结果，还进行了一些实验。 1 1 1 总线与协议 1 1 研究背景 在计算机数据传输领域内，总线在拓扑结构上是计算机网络的一种，更具体 地讲，是计算机局域网的一种。在介绍总线及其协议之前，有必要对计算机网络 及其协议有一个总体的了解【3 1 。 1 1 1 1 计算机网络和协议 计算机网络一般是指在协议控制下，利用某种传输介质和通信手段，把地理 上分散的计算机、通信设备和终端等互相连接在一起，达到相互通信且共享资源 的计算机复合系统。所谓传输介质，是指诸如同轴电缆、双绞线、光纤及大气等 传输导体：所谓通信手段，是指通过激光、电磁波、电报、电话、卫星等，实现 交换信息的通信设旌。所谓资源共享，是指每个使用网络的用户，可以使用网络 上硬件( 包括主机c p u 、存储器、打印机、硬磁盘及通信设备等) 和软件( 包括 系统软件、应用软件等) 及各种公用的数据等。 按照网络跨度分类，计算机网络可分为广域网和局域网两种类型。 按照拓扑结构分类，计算机网络可分为点到点信道结构和广播信道结构。 点到点信道结构是指每条传输线都连接一对节点，通信双方要传输数据，从 源节点出发沿传输线路( 或依次经过中间节点) ，最后达到目的节点。在传输过 程中，数据每经过一个中间节点必须存储转发，因此又称为存储转发网络。多数 广域网络都用这种方式构造通信子网。点到点信道结构包括星型、环形、树型、 全连型、不规则型等。 广播信道结构是指网上所有节点共享一条传输线( 信道) ，即网上任何节点 1 0 浙江大学硕士学位论文 发送数据都经过这条传输线。且每个节点发送数据时，网上其它节点都可收到。 所以每个节点发送数据时，必须标明目的节点地址和源节点地址。广播信道的拓 扑结构主要有总线型和卫星通信型等。 局域网常用的拓扑结构有三种：星型、环形、总线树型。 总线网是最常用的一种网络拓扑形式，它的网络拓扑最简单。所有通信站经 过网络适配器直接挂在总线上。数据传播采用广播方式，即任何一个通信站发出 的到达适配器后沿总线向两个相反方向传输，可以为所有通信站接收到。如图 1 - 1 所示。 图卜1 总线型网拓扑结构 树型结构是一种广义的总线结构，传输媒体是一条无回路的分支电缆。任何 站发送的信息在媒体上传播，均可被所有其它站接收。总线树型结构中，传输 媒体称为多点访问( m u l t i p o i n t ) 媒体或广播( b r o a d c a s t ) 媒体。 在总线树型网中，所有节点共享一条传输链路。因此，在任一时刻，网络 上只允许一个节点发送信息，一旦有两个或两个以上的节点同时发送信息时，就 会发生冲突。为此应对媒体访问规定相关的协议。 总线树型网适于传输距离较短、地域有限的组网环境。目前，局域网多采 用这种方式。 1 1 1 2 计算机网络协议 在计算机网络中，两个实体要想成功地通信，它们必须“说同样的语言”， 并按既定控制法则来保证相互的配合。具体地说，在通信内容、怎样通信以及何 时通信等方面，两个实体要遵从相互可以接受的一组约定和规则。这些约定和规 则的集合称为协议【4 】。 每个具体的协议都是具有针对性的，用于特定的目的，所以各协议的功能是 不一样的。但是，有些公共的功能是大多数协议都具有的，这些功能包括四个 方面： 1 差错检测和纠正 2 分块和重装 3 排序 4 流量控制 为了减少协议设计的复杂性，大多数协议都按层( 1 a y e r ) 或级( 1 e v e l ) 的 浙江大学硕士学位论文 方式来组织，每一层都建立在它的下层之上，每一层的目的都是向它的上一层提 供一定的服务，而把如何实现这一服务的细节对上一层加以屏蔽。作为国际标准 的i s oo s i 开放系统互联参考模型把整个网络分成七个独立的功能层。其中物理 层、数据链路层和网络层构成通信子网，如图卜2 所示。 开放系统 开放系统 1 1 1 3 总线 中继开放系统 图1 - 2o s i 参考模型的七层体系结构 总线的概念可以描述为：是连接多个智能节点的一组信号线，是智能节点间 用来传送信息代码的公共通道。大多数总线的拓扑结构为总线树型或者菊花链 型。例如，i e e e1 3 9 4 的拓扑结构为树型或菊花链型，u s b 的拓扑结构为菊花链 型。 总线有多种不同的分类方法，按照系统中所处的层次位置，总线可以分为片 内总线、片总线、系统总线和设备总线。片内总线位于微处理器或i o 芯片内部。 片总线也叫元件级总线、芯片总线，用于单板计算机或一块c p u 插件板的电路板 内部，用于芯片一级的连接。系统总线也叫内总线、板级总线，用于系统中各板 卡之间的信息传输。设备总线也叫外总线、通信总线，用于系统之间的连接，如 p c 机与外设或仪器之间的连接，如通用串行总线r s 一2 3 2 c 、智能仪表总线 i e e e 一4 8 8 、并行打印机总线c e n t r o n i c s 、并行外部设备总线s c s i 和通用串行总 线u s b 等5 】嘲【7 1 i s 。 在此文中，我们讨论的总线主要是指系统总线和设备总线，而且把重点放在 高速总线上。有些总线由于具有很高的通信速率适合用作系统总线，在物理连接 上多采用背板连接，例如p c i 总线、v m e 总线等；有些则因为具备较远的传输距 离而适合用作设备总线，在物理连接上多采用电缆连接，例如r s 一4 2 2 4 8 5 、u s b 总线等；而有些总线既可用作系统总线，也可用作设备总线，例如i e e e1 3 9 4 、 l v d s 等。图卜3 显示了数据传输领域几种常用总线通信速率与通信距离的对比。 表卜1 详细列出了各种总线的传输类型、传输方式、通信速率、通信距离、相关 浙江大学硕士学位论文 标准以及现有产品。图卜4 显示了高速总线的不同物理互连方式【9 】【1 0 】 1 1 】 1 2 】i t 3 【1 4 1 。 图1 - 3 几种常用总线通信速率与通信距离的对比 表卜1 总线接口选择指南 传 通信距 类 输数据率数据率 型方，线，器作 离相关标准 产品家族 式 ( 米) 2 5 ，5 0 i e e e l 3 9 4 1 5l e e e l 3 9 4 1 9 9 5 m b p s 背板 1 0 0 - 4 0 0l e e e l 3 9 4 - 1 9 9 5i e e e l 3 9 4 4 5 多 m b p s p 1 3 9 4 a 电缆 点 1 2 m b p s 5u s b l 1u s b t i a e i a4 8 5 3 5 m b p s 1 0 ( 1 2 0 0 ) t i a e l a4 8 5 ( i s 0 8 4 8 2 ) 审 2 5 0 m b l m 8j 1 1 道：2 g b p so 5t i a 皿i a 艄哆 m i v d s 行 t i a ，e 1 a - 4 2 2 多 1 0 m b p s 1 0 ( 1 2 0 0 )t l a ，e l a - 4 2 2 ( i n j tv 1 1 ) 分 t l v e i a 6 4 4 a 【d s ， 支 2 0 0 ，1 0 0 4 通道： o 5 ，1 0( u ，d s ) m b p s8 0 0 4 0 0 m b p s m i d s 厂r l a ，e i a - 8 9 9 点 t l a 1 2 1 a - 2 3 2 到 5 1 2 k b p s 2 0t l a ，e i a - 2 3 2 点 ( i t u - tv 2 8 ) 1 3 浙江大学硕士学位论文 由 点 4 0 0 2 0 04 通道： t i a e i a 6 4 4 到 1 ，1 0t i a 但i a - 6 4 4 al v d s 行m b p s1 6 0 0 8 0 0 m b p s 点 ( l v d s ) 并 4 通道： t i a ，e i a 6 4 4 l v d s 1 0t i a ，e i a - 6 4 4 a 4 5 5 m b p s 1 8 3 ( 3 p b s s e r d e s f l a t l i n k 到 点 ( l v d s ) 由 富 到1 2 5 g b p s 到 点 1 2 5 g b p s 1 0l e e ep 8 0 2 3 z g i g a b “e t h e m e t 全双工 2 5 g b p s i e e ep 8 0 2 。3 zs e d f lg i g a b i t 并 2 5 g b p s 1 0 全双工e x t e n d e d 2 g b p s c m o s t i a e i a4 8 5 3 5 m b p s 1 0 ( 1 2 0 0 )t i a ，e i a4 8 5 ( i s 0 8 4 8 2 ) 9 通道： s c s i 4 0 ，2 0 m h z1 2 2 5s c s i 3 6 0 1 8 0 m b p s( i s o i e c 9 3 1 6 ) 9 通道： l v l ) - 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- s e r v e ra c c e s sp o i n t ) ，一个服务访 问点是两个相邻层的逻辑接口； 2 、在传输时，将数据装配成带有地址或和c r c 字段的帧； 3 、在接收时，拆帧并执行地址识别和c r c 校验： 4 、管理链路的通信。 这些都是与数据链路层相关的功能，前三项功能组成了i e e e 8 0 2 提出的逻辑 链路控制( l l c ) ；最后一项单独一层处理，称为媒体访问控制( m a c ) 。这样做的 原因是： 1 、在传统的第二层链路控制中没有对访问一条多源站、多目的站链路进行 管理所需的逻辑； 2 、由于局域网采用的传输媒体和拓扑结构不同，所以m a c 的种类较多，同 1 6 浙江大学硕士学位论文 一个l l c 可采用几种不同的m a c 。 最低层是与物理层相关的功能，这些功能包括： 1 、号的编码解码； 2 、导码的产生消除( 用于同步) ； 3 、位传输接收。 与o s i 参考模型一样，这些功能被归并到i e e e 8 0 2 标准的物理层中。 设置m a c 子层是为了向逻辑链路控制层提供一个与物理传输媒体和网络拓 扑结构无关的信道访问服务界面。对于传输媒体或拓扑结构不同的网络，m a c 子 层也将不同。即使传输媒体和拓扑结构相同的网络，由于应用范围不同，也可能 采用不同的m a c 子层。以下仅就总线树型拓扑结构介绍m a c 子层，目前这种方 法已成熟，并已被定为国际标准。 在介绍m a c 具体方案前，先介绍m a c 子层的地址表示。局域网中的传输媒体 具有多站共享、多点访问的性质，因此，定义了两类m a c 地址：一类是单地址 ( i n d i v i d u a la d d r e s s ) ，这类地址唯一指定局域网中的一个站点；另一类是组 地址( g r o u pa d d r e s s ) 或称多终点站地址，这类地址指定局域网中一组站点。 它又可分成多站地址和广播地址。多站地址指向一组逻辑上相关的站，这种站间 逻辑关系是由高层协议( 管理) 给出的：广播地址指向网络中所有的站。 在总线树型网上，由于各站间距离较近，传播延时较小，当一个站发送数 据后，其它站几乎同时就可以知道，若各站都有检测功能，则等待第一个站发送 完毕后再发送，这就降低了由于多站同时发送而产生的数据在公共传输媒体上相 互干扰现象的发生概率。我们称这种现象为“冲突”( c o l l i s i o n ) ，这种媒体访 问的技术称为c s m a ( c a r r i e rs e n s em u l t i p l ea c c e s s ) 载波侦听多路访问。 c s m a 方法只有在帧传输时间远大于传播延迟时间的，才是有效的。因为某站仅 在传播延迟时间内，无法判别其它站发出的帧，若同时也发送本站的数据，将会 引起冲突。 当采用c s m a 时，若信道忙碌，则可以采用三个处理方案：非坚持c s m a 、1 一坚持c s m a 和p 一坚持c s m a 。c s m a 控制方法的不足之处是：当鼹个站发送“冲 突”后，两站仍然继续占用信道，发送已经无效的数据帧。若发送的帧很长，则 信道的浪费相当大。c s m a c 卜带有冲突检测的载波侦听多路访问的控制方法 解决了这个问题。c s m a c d 要求某站发送数据时继续侦听信道，判别信道上是否 出现“冲突”。它在c s m a 规则的基础上，增加以下两条： 1 、如果发送时检测到“冲突”，立即终止传输过程，同时发送一个“冲突强 化”信号，保证“冲突”被网上所有站检测到； 2 、发送“冲突强化”信号后，执行“退避算法”，等待一段随机时间后再使 用c s m a 发送。 c s m a c d 控制方法仅适用于总线树型网，俗