嵌入式总线技术的原理、分类及技术指标

时间：2019-07-23 17:19:27

关键字： i2c总线 pci总线 spi总线嵌入式总线与接口

[导读]总线是用来连接微机各功能部件而构成一个完整微机系统的。

总线是用来连接微机各功能部件而构成一个完整微机系统的。同时是计算机各种功能部件之间传送信息的公共通信干线，它是由导线组成的传输线束，按照计算机所传输的信息种类，计算机的总线可以划分为数据总线、地址总线和控制总线，分别用来传输数据、数据地址和控制信号。总线是一种内部结构，它是CPU、内存、输入、输出设备传递信息的公用通道，主机的各个部件通过总线相连接，外部设备通过相应的接口电路再与总线相连接，从而形成了计算机硬件系统。在计算机系统中，各个部件之间传送信息的公共通路叫总线，微型计算机是以总线结构来连接各个功能部件的。

1. 总线的工作原理

当总线空闲(其他器件都以高阻态形式连接在总线上)且一个器件要与目的器件通信时，发起通信的器件驱动总线，发出地址和数据。其他以高阻态形式连接在总线上的器件如果收到(或能够收到)与自己相符的地址信息后，即接收总线上的数据。发送器件完成通信，将总线让出(输出变为高阻态)。

2. 总线的分类

A. 按功能和规范分。

(1) 片总线(Chip Bus， C-Bus) 又称元件级总线，是把各种不同的芯片连接在一起构成特定功能模块(如CPU模块)的信息传输通路，它的宽度可以是8、16、32或64位。目前比较流行的几种内部总线技术：I2C总线、SCI总线等。

(2) 内总线(Internal Bus， I-Bus) 又称系统总线或板级总线，是微机系统中各插件(模块)之间的信息传输通路。例如CPU模块和存储器模块或I/O接口模块之间的传输通路。常用的有PC总线、AT总线(ISA总线)、PCI总线等。

(3) 外总线(External Bus， E-Bus)

又称通信总线，是微机系统之间或微机系统与其他系统(仪器、仪表、控制装置等)之间信息传输的通路，如EIA RS-232C、IEEE-488等。

B. 按传输数据的方式划分

可以分为串行总线和并行总线。串行总线中，二进制数据逐位通过一根数据线发送到目的器件;并行总线的数据线通常超过2根。常见的串行总线有SPI、I2C、USB及RS232等。常见并行总线有VME总线和PCI总线等。串行总线传输速度比并行快，并行总线的时钟一般为33MHz或66MHz。

C. 按时钟信号是否独立分

可以分为同步总线和异步总线。同步总线的时钟信号独立于数据，而异步总线的时钟信号是从数据中提取出来的。I2C总线、SPI总线、PCI总线、CPCI总线是同步串行总线，SCI总线、IEEE 488和ANSI X3.131-1986 SCSI总线、VME总线、RS232采用异步串行总线。

3. 总线的主要技术指标

(1)总线的带宽(总线数据传输速率)

总线的带宽指的是单位时间内总线上传送的数据量，即每钞钟传送MB的最大稳态数据传输率。与总线密切相关的两个因素是总线的位宽和总线的工作频率，它们之间的关系：总线的带宽=总线的工作频率*总线的位宽/8 或者总线的带宽=(总线的位宽/8 )/总线周期

(2)总线的位宽

总线的位宽指的是总线能同时传送的二进制数据的位数，或数据总线的位数，即32位、64位等总线宽度的概念。总线的位宽越宽，每秒钟数据传输率越大，总线的带宽越宽。

(3)总线的工作频率

总线的工作时钟频率以MHZ为单位，工作频率越高，总线工作速度越快，总线带宽越宽。

4. 总线的优缺点

采用总线结构的主要优点：

（1）简化了硬件的设计。便于采用模块化结构设计方法，面向总线的微型计算机设计只要按照这些规定制作cpu插件、存储器插件以及I/O插件等，将它们连入总线就可工作，而不必考虑总线的详细操作。

（2）简化了系统结构。整个系统结构清晰。连线少，底板连线可以印制化。

（3）系统扩充性好。一是规模扩充，规模扩充仅仅需要多插一些同类型的插件。二是功能扩充，功能扩充仅仅需要按照总线标准设计新插件，插件插入机器的位置往往没有严格的限制。

（4）系统更新性能好。因为cpu、存储器、I/O接口等都是按总线规约挂到总线上的，因而只要总线设计恰当，可以随时随着处理器的芯片以及其他有关芯片的进展设计新的插件，新的插件插到底板上对系统进行更新，其他插件和底板连线一般不需要改。

（5）便于故障诊断和维修。用主板测试卡可以很方便找到出现故障的部位，以及总线类型。

采用总线结构的缺点：