《微型计算机通信与接口技术(第二版)》第6章.ppt

第6章总线技术 本章重点 什么是总线 总线的分类总线有哪几种类型及其结构特点PCI总线的结构和信号定义PCI总线仲裁和传输协议 6 1概述 总线 是连接计算机中各部件 以实现各部件之间数据传输的一组连线 在物理上是一组平行的导线 总线是若干互连信号线的集合 是计算机各部件之间传输数据 地址和控制信息的标准信息通路 标准总线应具有以下特点 1 可以简化计算机软件和硬件的设计 2 可以简化系统的结构 3 易于系统的扩展 4 便于系统的更新 5 便于系统的调试和维修 6 1 1总线结构 1 面向处理器的总线结构 2 面向总线的结构 6 1 2总线的分类 1 按总线的功能分类 1 数据总线DB DataBus 2 地址总线AB AddressBus 3 控制总线CB ControlBus 2 按总线的层次结构分类 按总线的层次结构可把总线分为 微处理器芯片总线 内总线 外部总线 3 按总线的通信方式分类并行总线串行总线两 6 1 3微机总线技术性能指标及功能 1 总线技术性能指标 1 总线宽度 2 总线频率 3 总线传输速率 2 微机总线主要功能 1 数据传输功能 2 中断功能 3 多主设备支持功能 4 错误处理功能 ISA总线 IndustryStandardArchitecure工业标准结构体系 EISA ExtendedIndustryStandardArchitecure扩展工业标准架构 总线MCA总线 MicroChannelArchitecure微通道结构体系 VESA总线 VideoElectronicsStandardAssociation视频电子标准协会 PCI总线 PerpheralComponentInternet外围部件互连 6 1 4常见总线标准 6 2 1PCI总线结构和性能 6 2PCI总线 2 PCI总线的主要特点 1 突出的性能 2 良好的兼容性 3 即插即用 4 低成本 5 多主能力 6 定义了3 3V和5V两种信号环境 5 3 3V的组件技术可以使电压平滑过渡 7 高速缓存 Cache 支持 6 2 2PCI总线信号定义 PCI总线各信号的主要功能如下 1 系统信号2 地址和数据信号 3 接口控制4 仲裁信号5 出错报告信号6 接口控制中断信号 6 2 3总线操作周期 总线操作周期分成三种类型 分别是 存取周期 accesscycle 特殊周期 specialcycle 中断确认周期 interruptacknowledgecycle 6 2 4PCI总线仲裁 协议基本要求 对总线所有权提出申请的设备必须具备立刻开始总线周期的能力 被授予总线所有权的主设备应在8个CLK 推荐为2 3个 周期内 驱动AD 31 00 和C BE 3 00 信号线至1个稳定电平 在9个CLK 推荐为3 4个 周期内驱动PAR信号至1个稳定电平 3 当1个主设备拥有总线所有权时 REQ 和GNT 都有效 如果中央仲裁器想把总线所有权转给另外一个主设备 它将置当前设备的GNT 无效 此时有2种情况 A当前主设备正在进行操作 FRAME 有效 那么当前主设备完成操作后 交回总线所有权 B当前主设备处于空闲期 FRAME 和IDRY 均无效 它将立刻交回所有权 4 PCI主设备可在任何需要时刻对总线提出申请 REQ 有效后 也可在任何时刻撤回申请 5 如果总线不是在空闲状态 1个主设备的GNT 无效和下1个主设备的GNT 有效之间至少应有1个CLK周期 否则会在AD和PAR信号线上出现时序冲突 6 2 5PCI总线技术 1 PCI总线与处理器的关系 PCI总线与处理器是否相对独立 这很大程度地影响了处理器是否能升级 从而影响到整个系统升级的问题 2 PCI总线仲裁控制方式 PCI总线仲裁采取了依赖于任务访问的突发式 每一次任务访问都必须通过握手信号连接才能成功 而承认每一次任务访问对总线的占用 主要用中央控制器的仲裁器部分完成 3 PCI总线的时延 一个设备对时延的效果我们需要从以下几个方面考虑 设备的内部运行机能设备的外部运行机能设备的花费和花销 PCI总线时延包括以下几个部分 仲裁时延 总线承认时延 目标模块时延 4 排它性访问 排它性访问可以有完全PCI总线排它性访问 PCI总线资源排它性访问 1 完全PCI总线排它性访问是对PCI总线整个上锁 控制权交给某一设备或某一次任务访问 它可以说对一个系统运行具有深远影响 特别是视频子系统方面 所有非排它性访问在上锁过程中都无法进行 2 PCI总线资源排它性访问 只是宿主部件通过总线将所要访问的目标模块资源锁定 只供给该部件或该任务使用 其它任务访问无法再使用该目标资源 但和完全总线排它性访问不同点在于其它部件可以获得总线使用权访问其它总线资源 这种上锁方法 覆盖面小 影响其它设备程度小 而且设计的软硬件较为简单 PCI总线则两者兼而有之 因此一些实时处理中 对时延敏感的设备就可以通过上锁方式 以避免时延较长的访问占用PCI总线或资源 5 PCI总线的容错性 总线最基本的功能就是数据传递 因此传递过程中错误的检测和纠正 是总线应具有的特性 6 支持快速存取的PCI总线性能 一般来说内部总线速度较高 外部总线速度较慢 尤其是超距离的网络传输部分总线速度更慢 因此和计算机系统的中央处理部分速度不匹配 形成瓶颈效应 特别是在进行存储访问时尤为突出 因此在PCI总线访问中专门规定一种快速存取的访问对于大批量业务 图形图像处理 显得十分必要 PCI总线就是通过SDONE 和SBO 两种信号来实现快存取访问 PCI总线提供了更具吸引力的面向未来的技术通道 PCI总线和其它的局部总线 VESA总线 比较 它可以处理系统中更多的负载 因而更可靠 它支持即插即用 它具有较少的管脚 6 2 6PCI总线的传输协议概述 主设备 InitiatororBusMaster 启动传输的设备称之为主设备 从设备 TargetorSlave 被主设备寻址完成当前传输的设备称之为从设备 PCI CompliantAgents 指所有PCI主设备和从设备 1 总线信号分类 PCI总线信号可划分为十大类型 如表7 3所示 传输控制信号 2 总线命令描述 表7 4列举了所有PCI总线命令 PCI命令集 2 总线传输协议 PCI总线传输协议是同步传输协议 所有PCI操作均同步于PCI时钟 PCI总线的基本传输规则是突发传输方式 1 PCI总线传输周期 PCI总线传输周期由一个地址阶段加上一个或多个数据阶段构成 基本的PCI传输是由FRAME IRDY 和TRDY 三个信号控制 2 PCI总线传输 PCI总线传输包含读 写和中止三个内容 1 读传输图7 4显示了读操作的传输过程 2 写传输 图7 5显示了写操作的传输过程 3 传输中止 在某些情形下 主设备或从设备需要中止当前的总线传输 主设备启动的中止 主设备要求PCI总线中止当前的传输 有下列三种情况 正常完成超时异