嵌入式系统总线技术概述

1、嵌入式系统总线技术概述嵌入式系统是一种专用的计算机系统，它是软件和硬件的综合体。一般，嵌入式系统的构架可以分成四个部分：处理器、存储器、输入输出（I/O）和软件。嵌入式系统中的各个部件之间是通过一条公共信息通路连接起来的，这条信息通路称为总线。为了简化硬件电路设计、简化系统结构，常用一组线路，配置以适当的接口电路，与各部件和外围设备连接，即总线。采用总线结构便于部件和设备的扩充，尤其制定了统一的总线标准则容易使不同设备间实现互连。微机中总线一般有内部总线、系统总线和外部总线。内部总线是微机内部各外围芯片与处理器之间的总线；而系统总线是微机中各插件板与系统板之间的总线；外部总线则是微机和外部设备

2、之间的总线，微机通过该总线和其他设备进行信息与数据交换。另外，处理器的通信方式有并行通信和串行通信，相应的通信总线被称为并行总线和串行总线。并行通信速度快、实时性好，但由于占用的口线多，不适于小型化产品；而串行通信速率虽低，但在数据通信吞吐量不大的微处理电路中则显得更加简易、方便、灵活。 下面仅对微机各类总线中目前比较流行的总线技术分别加以介绍。一、内部总线1、I2C总线I2C总线10多年前由PHILIPS公司推出，是近年来在微电子通信控制领域广泛采用的一种新型总线标准。它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IC总线

3、器件同时接到IC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总线技术是MOTOROLA公司推出的一种同步串行接口。MOTOROLA公司生产的绝大多数MCU（微控制器）都配有SPI硬件接口，如68系列MCU。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也是由MOTOROLA公司推出的。它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。二、系统总线1、ISA总线ISA总线标准是对XT总线的扩展，以适应8/16位数据总线要求。它在80286至8048

4、6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。在实际使用中，EISA总线兼容ISA总线信号。3、VESA总线VESA总线系统考虑到CPU与主存、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

5、作。是一种高22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PCI总线定义了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总线，但它不受制于处理器。5、Compact PCICompact PCI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。Compact

6、PCI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。三、外部总线1、RS-232-C总线RS-232-C总线标准设有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

7、此电容限制，例如，采用150pF/m的通信电缆时，最大通信距离为15m；若每米电缆的电容量减小，通信距离可以增加。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

8、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。IEEE-488总线用来连接系统，如微计算机、数字电压表、数码显示器等设备及其他仪器仪表。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

9、、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，而不像普通的使用串、并口的设备需要单独的供电系统。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。但是不能通过USB进行计算机的互连5、IEEE1394Apple 公司的FireWire基础上由IEEE制定的标准。与USB有很大的相似性。采用树形或菊花链结构，以级连方式在一个接口上最多可连接63个不同种类的设备。传输速率高，最高可达3.2Gb/s；实时性好，总线提供电源，系统中各设备之间的关系是平等的，连接方便，允许热插拔和即插即用。四、现场总线1

10、、LonWorks 总线LonWorks的通信协议 LonTalk 支持 ISO/OSI 的全部 7 层模型，这是 Lon 总线最杰出的特点。LonTalk 协议通过神经元芯片(Neuron Chip)上的硬件和固件实现，提供介质存取、事物确认和对等通信服务；还有一些先进服务如接收认证、优先级传输、单一/广播/组播消息发送等。另外，它采用面向对象的设计方法，通过网络变量把网络通信设计简化为参数设置，其通信速率从 300bps 至1.5Mbps 不等，直接通信距离可达 2700m(78Kbps，双绞线)；持双绞线、同轴电缆、光纤、射频、红外线、电力线等多种通信介质，并开发了相应的本质安全防爆产品

11、。其编址方法提供了巨大的网络寻址能力。2、Profibus 总线Profibus 在实际应用中成绩斐然，广泛用于各种行业。Profibus 主要有 3 种系列：Profibus-DP、Profibus-FMS 和 Profibus-PA。Profibus-DP应用于现场级，是一种高速低成本通信，适用于设备级控制系统与分散式 I/O 的实时通信；Profibus-FMS 用于车间级监控网络，是一个令牌结构、实时多主网络；Profibus-PA专为过程自动化设计，其采用IEC1158-2传输技术，实现总线供电和本质安全防爆。3、基金会现场总线基金会现场总线以ISO/OSI开放系统互联模型为基础，并

12、在应用层上增加了用户层。用户层主要针对自动化测控应用的需要，定义了信息存取的统一规则，采用设备描述语言规定了通用的功能块集。基金会现场总线分低速 H1 和高速 H2 两种通信速率。H1的传输速率为31.25Kbps，通信距离可达1900m。H2的传输速率可为1Mbps和2.5Mbps两种，其通信距离分别为750m 和 500m。4、CAN 总线CAN 协议遵循 ISO/OSI 模型，采用了其中的物理层、数据链路层与应用层。它采用多主工作方式，节点之间不分主从，但节点之间有优先级之分，通信方式灵活，可实现点对点、一点对多点及广播方式传输数据，无需调度。CAN总线可采用双绞线，同轴电缆或光纤作力传输介质。通信速率可达 1Mbps/40m，直接通信距离最远可达 10km/5Kbps。可挂接设备数最多可达 110 个。CAN 的信号传输采用短帧结构，每帧有效字节为 8 个，传输距离短，受干扰的概率低。当节点严重错误时，具有自动关闭功能，以切断该节点与总线的联系，使总线上的其它节点及通信不受影响。可见，CAN 是所有总线中最为可靠的。5、HART 总线HART是种被称为可寻址远程传感器高速通道的开放通信协议，其特点是在现有模拟信号传输线上实现数字信号通信，属于模拟系统向数字系统转变过程中的过渡性产品，然而在当前的过渡时期具有较强的市场竞争能力，得到了较快发展。HART 采