总线

112 阅读6分钟

大纲

(一)总线概述
1、总线的基本概念
2、总线的分类
3、总线的组成及性能指标
(二)总线仲裁
1、集中仲裁方式
2、分布仲裁方式
(三)总线操作和定时
1、同步定时方式
2、异步定时方式
(四)总线标准

一、基本概念

1.总线

总线是一组进行互连和传输信息(指令、数据和地址)的信号线,是系统多个功能部件信息交换的公共通路。

2.总线主模块

一个总线操作过程完成两个模块之间的一次信息传送,启动操作过程的是主模块,另外一个是从模块。某一时刻总线上只能有一个主模块占用总线,如CPU

3.总线从模块

处于受控方式,只能在主模块控制下工作的模块或设备。

4.突发式总线事务

总线上完成一次数据交换的过程,称为一次总线事务,如存储器读、存储器写、I/O读等。一次总线事务一般是先把地址信息送总线,然后进行一次数据传送。突发式总线事务是指一次总线事务中可连续传多个数据。

5.总线宽度

指数据总线宽度,即一次总线操作中通过总线传送的数据位数,一般有8位、16位、32位和64位。

6.总线周期

指一次总线操作所用的时间。

7.总线额率

总线的工作频率,单位是MHz。

8.总线带宽(标准传输率)

指单位时间内总线上可传送的数据量,常用每秒多少兆字节(MB/s)表示。

总线带宽=总线宽度/8×总线工作频率MB/s

9.总线定时

指事件出现在总线上的时序关系。总线定时协议可保证数据传输的双方操作同步,传输正确。

10.总线标准

总线标准主要规定总线的机械结构规范、功能结构规范和电气规范。

二、总线的分类

1.按照总线传递的内容分类

地址总线、数据总线、控制总线。

1)数据总线用来传输各功能部件之间的数据信息,它是双向传输总线,其位数与机器字长、存储字长有关。

2)地址总线用来指出数据总线上的源数据或目的数据所在的主存单元或IO端口的地址,它是单向传输总线,地址总线的位数与主存地址空间的大小有关。

3)控制总线传输的是控制信息,包括CPU送出的控制命令和主存(或外设)返回CPU的反馈信号。

2.按数据传送方式分类

并行总线、串行总线。

3.按照总线所处的位置分类

片内总线:连接芯片内部各个功能模块。如CPU中用于在寄存器、ALU以及控制部件之间传输信号的总线。AXI/AHB/APB都属于片内总线。

片间总线:其实还是属于片内总线。微处理器与各外围芯片(如存储器RAM/ROM、I/O接口)之间通信的总线,属于芯片级互连。

系统总线:各插件板与系统板之间的总线;属于插件板级的互连。

外部(通信)总线:设备间互连,比如IEEE488、RS232、RS485、USB等;属于设备级的互连。通信总线是用于计算机系统之间或计算机系统与其他系统(如远程通信设备、测试设备)之间信息传送的总线,通信总线也称为外部总线。

三、总线的组成和性能指标

总线由以下三部分组成:

(1)传输线(地址线、数据线、控制/时序和中断信号线、电源线)。

(2)接口逻辑:总线与各部件常需要三态门和缓冲寄存器等作为它们之间的接口。

(3)总线控制器:对总线的使用进行合理的分配和管理以实现多个部件共享。

总线的性能指标

四、总线的连接结构

1.单总线结构

只有系统总线

使用一组单一的系统总线来连接CPU、主存和IO设备。因所有信息都在一组系统总线上传送,故信息传输的吞吐量受到限制。

2.双总线结构

CPU---主存---主存总线

IO总线

除了系统总线外,为了提高数据传送的吞吐量,在CPU与存储器之间建立一条专门高速直接通道,使CPU可与主存迅速交换信息。

3.多总线结构

DMA总线

Cache/桥

高速总线

扩展总线

系统中有两套以上总线连接不同模块。例如,为高速的视频设备、网络、硬盘等设备设立一条单独的高速总线,将低速设备(如打印机、低速串口设备)接在另一条低速总线上。

注意:在三总线结构中,任一时刻只能使用一种总线。主存总线与DMA总线不能同时对主存进行存取。IO总线只有在CPU执行IO指令时才能用到。

五、总线的特性

1.机械特性

又称物理特性,它指总线在机械上的连接方式,如插头与插座所使用的标准,包括几何尺寸、形状、引脚数及排列顺序等,以便能正确无误地连接。

2.电气特性

指总线的每一根线上信号的传递方向及有效电平范围。

3.功能特性

用以描述总线中每一根线的功能。如读/写、中断信号、DMA控制信号等。

4.时间特性

定义总线上各信号有效的时序关系,一般用信号时序图来描述。

六、总线控制

1.总线判优控制(总线仲裁)

分为集中仲裁方式和分式仲裁方式两种。

集中仲裁方式分为链式查询、计数器定时查询、独立请求方式。

链式查询

计数器定时查询

独立请求方式

分布仲裁方式

2.总线通信控制

总线的一次信息传送过程经历如下四个阶段。

同步通信

异步通信

半同步通信

分离式通信

开启掘金成长之旅!这是我参与「掘金日新计划 · 2 月更文挑战」的第 18 天,点击查看活动详情