微机原理与接口技术第5章系统总线

掌握总线组成

掌握总线的交换

掌握PC、ISA总线

了解PCI总线和USB总线主要知识点当前1页，总共121页。5.1概述

微型计算机系统大都采用总线结构。这种结构的特点是采用一组公共的信号线作为微型计算机各部件之间的通信线，这种公共信号线就称为总线。

当前2页，总共121页。

小系统单板计算机各芯片之间，组成微型计算机的插件板之间，微型计算机系统之间，都有各自的总线。这些总线把各部件组织起来，组成一个能彼此传递信息和对信息进行加工处理的整体。因此总线是各部件联系的纽带，在接口技术中扮演着重要的角色。随着微型计算机硬件的发展，总线也不断地发展与更换。5.1概述当前3页，总共121页。5.1.1

总线的分类

1.总线的分类 根据所处的位置不同，总线可以分为：(1)片内总线 片内总线位于微处理器芯片的内部，用于算术逻辑单元ALU与各种寄存器或者其他功能单元之间的相互连接。

当前4页，总共121页。(2)局部（片）总线 片总线又称元件级总线或局部总线，是一台单板计算机或一个插件板的板内总线，用于各芯片之间的连接。它是微型机系统内的重要总线，在连接接口芯片与CPU时就涉及这样的总线。片总线一般是CPU芯片引脚的延伸，往往需要增加锁存、驱动等电路，以提高CPU引脚的驱动能力。5.1.1

总线的分类

当前5页，总共121页。(3)系统（内）总线

内总线又称为微型计算机总线或板级总线，一般称为系统总线，用于微型计算机系统各插件板之间的连接，是微型计算机系统的最重要的一种总线。一般微型计算机总线，指的就是这种总线。

5.1.1

总线的分类

当前6页，总共121页。

(4)外总线外总线又称通信总线，用于系统之间的连接，如微机系统之间，微机系统与仪器、仪表或其他设备之间的连接。常用的外总线有RS232C、IEEE488、USB、IEEE1394、SCSI、SATA等总线。

5.1.1

总线的分类

当前7页，总共121页。5.1.1

总线的分类

当前8页，总共121页。 1.总线特性总线必须在以下几方面做出规定：

(1)物理特性

物理特性指的是总线物理连接的方式。包括总线的根数、总线的插头、插座是什么形状的、引脚是如何排列的等。例如，IBMPC／XT的总线共62根线，分两列编号。

5.1.2

总线的组成

当前9页，总共121页。(2)功能特性功能特性描写的是这一组总线中，每一根线的功能是什么。从功能上划分，总线分为三组(即三总线)：地址总线、数据总线和控制总线。5.1.2

总线的组成

当前10页，总共121页。(3)电气特性：电气特性定义每一根线上信号的传送方向、有效电平范围。一般规定送入CPU的信号称作输入信号(IN)，从CPU送出的信号称作输出信号(OUT)。5.1.2

总线的组成

当前11页，总共121页。

(4)时间特性：时间特性定义了每根线在什么时间有效，也就是每根线的时序。

5.1.2

总线的组成

当前12页，总共121页。

2.总线组成

总线大体可以分成以下部分组成：（1）传输线1)地址总线

地址总线是微型计算机用来传送地址的信号线。地址线的数目决定了直接寻址的范围。8088(8086)CPU有20根地址线，可寻址1MB。80286有24根地址线，可寻址16MB。80386CPU以上的芯片有32根地址线可寻址4GB。5.1.2

总线的组成

当前13页，总共121页。P6以上处理器有36根地址线，可寻址64GB。目前，正在开发64位CPU，其寻址范围就更大了。地址总线均为单向、三态总线，即信号只有一个传送方向，三态是指除了可输出高电平或低电平外，还可处于断开(高阻)状态。5.1.2

总线的组成

当前14页，总共121页。2)数据总线 数据总线是传送数据和代码的总线，一般为双向信号线，既可输入也可输出。数据总线也采用三态逻辑。 数据总线已由8条、16条、32条，扩展为64条。

5.1.2

总线的组成

当前15页，总共121页。3)控制总线 控制总线是传送控制信号的总线。用来实现命令、状态的传送，中断、直接存储器传送的请求与控制信号的传送，以及提供系统使用的时钟和复位信号等。5.1.2

总线的组成

当前16页，总共121页。

4)电源线和地线电源线和地线决定了总线使用的电源种类以及地线的分布和用法。

5)备用线备用线留作功能扩充和用户的特殊要求使用。5.1.2

总线的组成

当前17页，总共121页。（2）接口逻辑就是连接物理导线的发送器和接收器以及数据交换的定时逻辑。

（3）总线控制器

主要用于决定总线的使用权，总线的申请及应答等。5.1.2

总线的组成

当前18页，总共121页。

总线还要定义连接器，系统总线一般都做成多个插槽的形式，各插槽相同的引脚都连在一起，总线就连到这些引脚上。 总线接口引脚的定义、传输速率的设定、驱动能力的限制、信号电平的规定、时序的安排以及信息格式的约定等。

外总线则使用标准的接口插头，其结构和通信约定也都是标准的。5.1.2

总线的组成

当前19页，总共121页。 系统总线上的数据传输是在主控模块的控制下进行的，主控模块是有控制总线能力的模块，例如CPU、DMA控制器。总线从属模块则没有控制总线的能力,它可以对总线上传来的信号进行地址译码，并且接受和执行总线主控模块的命令信号。总线完成一次数据传输周期，一般分为以下四个阶段：5.1.2

总线的操作

当前20页，总共121页。

(1)申请阶段 当系统总线上有多个主控模块时，需要使用总线的主控模块提出申请，由总线仲裁部件确定把下一传输周期的总线使用权授给哪个模块。若系统总线上只有一个主控模块，就无需这一阶段。

5.1.2

总线的操作

当前21页，总共121页。

(2)寻址阶段 取得总线使用权的主控模块通过总线发出本次打算访问的从属模块的地址及有关命令，以启动参与本次传输的从属模块。5.1.2

总线的操作

当前22页，总共121页。(3)传数阶段 主控模块和从属模块之间进行数据传输，数据由源模块发出经数据总线流入目的模块。(4)结束阶段 主控模块的有关信息均从系统总线上撤除，让出总线。5.1.2

总线的操作

当前23页，总共121页。 主控模块和从属模块之间的数据传送有以下几种传输方式：5.1.2

总线的数据传输

当前24页，总共121页。(1)同步式传输 此方式用“系统时钟”作为控制数据传送的时间标准。主设备与从设备进行一次传送所需要的时间(称为传输周期或总线周期)是固定的，其中每一个步骤的起止时刻，也都有严格的规定，都以系统时钟来统一步伐。

5.1.2

总线的数据传输

当前25页，总共121页。5.1.2

总线的数据传输

当前26页，总共121页。

同步传输要求主模块严格地按系统时钟规定的时刻发出地址、命令，也要求从模块严格地按系统时钟的规定读出数据或完成写入操作。主模块和从模块之间的时间配合是强制同步的。

5.1.2

总线的数据传输

当前27页，总共121页。

同步传输优点：同步传输动作简单，但要解决各种速率的模块的时间匹配，控制简单。

同步传输缺点：

当把一个慢速设备连接至同步系统上，就要求降低时钟速率来迁就此慢速设备，灵活性较差，可靠性差。5.1.2

总线的数据传输

当前28页，总共121页。(2)异步式传输 异步式传输采用“应答式”传输技术。用“请求REQ(Request)”和“应答ACK(Acknowledge)”两条信号线来协调传输过程，而不依赖于公共时钟信号。它可以根据模块的速率自动调整响应的时间，接口任何类型的外围设备都不需要考虑该设备的速度，从而避免同步式传输的上述缺点。5.1.2

总线的数据传输

当前29页，总共121页。5.1.2

总线的数据传输

当前30页，总共121页。5.1.2

总线的数据传输

当前31页，总共121页。

异步式传输，利用REQ和ACK的呼应关系来控制传输过程，其主要特点是： ①应答关系完全互锁，即REQ和ACK之间有确定的制约关系，主设备的请求REQ有效，由从设备的ACK来响应；ACK有效，允许主设备撤消REQ；只有REQ已撤消，才最后撤消ACK；只有ACK已撤消，才允许下一个传输周期的开始。这就保证了数据传输的可靠进行。5.1.2

总线的数据传输

当前32页，总共121页。②数据传送的速度不是固定不变的，它取决于从模块的存取速度。因而同一个系统中可以容纳不同存取速度的模块，每个模块都能以其最佳可能的速度来配合数据的传输。

5.1.2

总线的数据传输

当前33页，总共121页。

异步传输的缺点是不管从模块存取时间的快、慢，每次都要经过4个步骤：请求、响应、撤消请求、撤消响应。因此影响效率。5.1.2

总线的数据传输

当前34页，总共121页。(3)半同步式传输 此种方式是前两种方式的折衷。仍用系统时钟来定时，利用某一时钟脉冲的前沿或后沿判断某一信号的状态，或控制某一信号的产生或消失，使传输操作与时钟同步。但是，它又不像同步传输那样传输周期固定。对于慢速的从模块，其传输周期可延长时钟脉冲周期的整数倍。其方法是增加一条信号线(WAIT或nREADY)。5.1.2

总线的数据传输

当前35页，总共121页。5.1.2

总线的数据传输

当前36页，总共121页。nREADY信号线无效时，表示选中的从设备尚未准备好数据传输(写时，未作好接收数据的准备；读时，数据未放至数据总线上)。系统用一适当的状态时钟检测此线，若nREADY为无效，系统就自动地将传输周期延长一个时钟周期(通过插入等待周期来实现)，强制主模块等待。5.1.2

总线的数据传输

当前37页，总共121页。5.1.2

总线的数据传输

当前38页，总共121页。

在多微处理机系统和带有DMA控制器的单处理器系统中，对中线的控制权在同一时刻只能被一个部件所拥有，因此，必需有一个仲裁机构对在有多个部件提出总线请求时，仲裁总线给那个部件使用。1.链式查询方式2.计数定时查询方式3.平行方式5.1.3

总线仲裁当前39页，总共121页。

从微型计算机系统的第一条标准总线S-100出现至今，微机系统发展了多种总线系统。1.S-100S-100是16位总线，该总线首先是由MITS公司提出的，后被定为国际标准IEEE696。

5.1.4

标准总线当前40页，总共121页。2.Multibus

分为MultibusI和MutilbusII，前者为16位总线，后者为32位总线，有Intel公司提出，后定为国际标准IEEE1296，MultibusI传输速率10MB/s，MutilbusII传输速率40MB/s。

5.1.4

标准总线当前41页，总共121页。3.STDbusSTD最早为8位总线，由美国PROLOG公司提出，是一个高靠性工业控制总线，国际标准为IEEE961。后发展为16位，1989年又升为32位总线STD32。

5.1.4

标准总线当前42页，总共121页。4.PCbus

在第一代个人计算机上使用的系统总线，是8位总线，是IBM在PC/XT上使用的总线。5.ISAbus

在第二代个人计算机上使用的系统总线，是16位总线，是IBM在PC/AT上使用的总线。

5.1.4

标准总线当前43页，总共121页。6.EISAbusEISAbus是32位总线，用在服务器上的，由COMPAQ、HP、AST、AT&T等9家公司提出。7.VISAbusVISAbus是32位总线，是针对486CPU设计的，由视频电子协会（VESA）提出，用于486的个人计算机上。

5.1.4

标准总线当前44页，总共121页。8.PCIbusPCIbus是32位总线，可扩展到64位，由Intel、IBM、COMPAQ、APPLE、DEC等公司提出，独立于微处理器。

5.1.4

标准总线当前45页，总共121页。

一、标准总线规范

标准总线规范包含如下几个方面。1.机械结构规范

确定模板尺寸，总线插座，连接器等。2.功能规范

确定每个引脚信号的名称与功能，对他们相互作用的协议进行说明。

5.1.4

标准总线当前46页，总共121页。3.电气规范

规定信号工作室的高低电平，转换时间，负载能力及最大额定值。

各类总线在线数上有差异，但大致可分为：

（1）数据传输

包括地址线、数据线、读写控制线及按传输方式的应答线等。

5.1.4

标准总线当前47页，总共121页。

（2）中断

中断请求线、中断应答线。

（3）仲裁

总线请求线、总线应答线。

（4）其他

系统时钟、复位及电源线等。

5.1.4

标准总线当前48页，总共121页。

二、标准总线的性能指标

总线的主要功能是部件间的通信，因而总线能否保证部件间的通信通畅是衡量总线性能的关键指标。1.总线的定时协议

总线的通信方式时同步、异步或半同步。

5.1.4

标准总线当前49页，总共121页。2.总线频宽

总线能达到的最高传输率MB/s。

频宽取决于：

（1）总线驱动器和接收器性能；

（2）总线长度；

（3）连接在总线上的部件数。

5.1.4

标准总线当前50页，总共121页。5.2PC总线

IBM-PC及XT使用的总线称为PC总线。PC总线不是CPU引脚的延伸，而是通过了8282锁存器、8286发送接收器、8288总线控制器、8259中断控制器、8237DMA控制器以及其他逻辑的重新驱动和组合控制而成。当前51页，总共121页。1.引脚定义

它共有62条引线，全部引到系统板8个双列扩充槽插座上，每个插座相对应的引脚连在一起，再连到总线的相应信号线上，引脚排列如图所示。5.2PC总线当前52页，总共121页。5.2PC总线A19-A0:地址线D7-D0：数据线AEN:地址允许信号，有效表示正处于DMA控制周期中。ALE：地址锁存信号，同CPU。nIOR：I/O读命令nIOW：I/O写命令nMEMR：存储器读nMEMW：存储器写T/C：DMA计数完成，有效表明DMA数据传送已完成。DRQ3-DRQ1：DMA请求信号，DMA0优先级最高。DACK3-DACK0：DMA响应信号。当前53页，总共121页。5.2PC总线IRQ2-IRQ7:中断请求信号，IRQ2优先级最高。RESET：系统复位nIOCHK:I/O通道检查，有效表明板卡出错。IOCHRDY:I/O通道就绪，功能同READY。OSC：时钟(14.31818MHz)该信号与系统时钟CLK不同步。nCARDSLCTD：插件卡选中信号，当它有效时，表明CPU可对该卡进行读写操作。当前54页，总共121页。5.2PC总线

写时序

2.时序

当前55页，总共121页。5.3ISA总线

ISA(IndustyStandardArchitecture)即工业标准体系结构总线，又称AT总线。是IBMAT机推出时使用的总线，逐步演变为一个事实上的工业标准，得到广泛的使用。

当前56页，总共121页。AT机是以80286为CPU，它具有16位数据宽度，24条地址线，可寻址16MB地址单元，它是在PC总线的基础上扩展一个36条引线插槽形成的。同一槽线的插槽分成62线和36线两段，共计98条引线。其62条引线插槽的引脚排列与定义，PC总线和ISA总线是兼容的，扩展的部分在于36线插槽，其引脚如图所示。5.3ISA总线

当前57页，总共121页。nMEMCS16：16位存储器片选，有效表明数据传送使用的是LA23:LA17地址线译码来驱动16位存储周期。,nIOCS16:16位IO片选，有效表明数据传送使用SA15:SA0地址线译码来驱动。nMEMR,nMEMW：对整个存储空间的读写信号nMASTER:总线忙信号：有效表示目前总线在使用。SBHE：高位数据有效LA23-LS17:高位地址线nOWS：零等待，由一个总线从设备驱动使其拉低说明不插入任何额外等待状态即可完成一个总线周期。nREFRESH:该信号为低时表明正在进行内存刷新操作。当前58页，总共121页。5.4PCI总线

随着CPU的迅速发展，主振频率不断提高，数据总线的宽度也由8位到16位、32位甚至64位，总线也随之不断发展。 伴随着Pentium芯片的出现和发展，一种新的总线——PCI总线也得到广泛的应用，已经成为总线的主流。

PCI(PeripheralComponentInterconnect)总线称为外部设备互连总线，它能与其他总线互连，如图所示。当前59页，总共121页。当前60页，总共121页。

它把一个计算机系统的总线分为几个档次。速度最高的为处理器总线，可连接主存储器等高速部件；第二级为PCI总线，可直接连接工作速度较高的卡，如图形加速卡、高速网卡等，也可以通过IDE控制器、SCSI控制器连接高速硬盘等设备；第三级通过PCI总线的桥，可以与目前常用的ISA总线的设备相连，以提高兼容性。5.4PCI总线当前61页，总共121页。5.4PCI总线64位总线用当前62页，总共121页。5.4PCI总线（1）地址与数据接口信号AD31-AD0：32位地址数据复用线,AD1、AD0不传送地址，表示突发方式。C/nBE3-0：总线命令和字节有效信号，在总线周期地址阶段，用于传送命令，其他阶段用于传送字节有效信号。PAR:奇偶校验信号，作为AD31-AD0与C/nBE3-0的校验。（2）接口信号nFRAME:帧信号，由主设备驱动，表示一次存取的开始和持续期。nTRDY:从设备就绪信号，表示目标设备就绪。当前63页，总共121页。5.4PCI总线nIRDY:主设备就绪信号，表示总线主设备准备就绪。nSTOP:停止交换信号，从设备驱动，表示当前从设备要求主设备停止交换。nDEVSEL:设备选择信号，当某设备的地址译码被选中时，该设备驱动本信号有效，其他设备作为输入，表示总线上有设备被选中。nIDSEL:设备初始化信号，在读写自动配置空间时，用作为芯片的选择信号。nLOCK:锁定信号，表示当前使用总线设备要独占总线资源，需进行多次数据传送。当前64页，总共121页。5.4PCI总线（3）出错信号nPERR:奇偶校验错误信号，由数据接收设备驱动。nSERR:系统错误信号，表示系统产生致命错误。（4）仲裁信号nREQ:总线请求信号，当总线上设备要使用总线时，使nREQ有效，该信号送到总线判优控制器。nGNT:总线应答信号，表示总线请求设备获得总线使用权。（5）时钟与复位信号CLK:总线时钟，在总线上的设备都作为输入。nRET:复位信号，当前65页，总共121页。5.4PCI总线（6）中断信号nINT0-3：中断请求信号。（7）测试信号TDI:测试数据输入信号，表示测试数据输入。TDO:测试数据输出信号，表示测试数据输出。TCK:测试时钟。TMS:测试模式。nTRST:测试复位。（8）支持Cache信号nSBO:指出对修改Cache行的监听命中。SDONE：指出Cache行监听结束。当前66页，总共121页。5.4PCI总线（9）64位地址与数据接口信号AD63-AD32：64位地址数据信号，传送高32位地址和数据。（10）64位控制信号nREQ64：64位总线请求信号。nACK64:64位总线应答信号。PAR64：64位奇偶校验信号，作为AD63-AD0和C/nBE7-0的校验位。当前67页，总共121页。5.4PCI总线当前68页，总共121页。5.4PCI总线C/BE3-C/BE0命令说明0000INTA序列在中断响应序列期间，访问中断控制器，得到中断向量。0001特殊周期特殊周期用于将数据传输给所有的PCI器件。0010I/O读周期从I/O设备读取数据，但I/O设备不支持突发读出。0011I/O写周期将数据写入I/O设备，但I/O设备不支持突发写入。0100-0101保留

0110存储器读周期从PCI总线上的存储器读取数据，猝发方式读1-2个32位数据。0111存储器写周期将数据写入PCI总线上的存储器。1000-1001保留

1010配置读出读出PCI设备中的配置信息。1011配置写入将配置信息写入PCI设备。1100存储器多重读此命令通常用于访问多于12个32位数据。1101双寻址周期用于将地址信息传送给只包含32位数据通路的64位PCI设备。1110线性存储器访问用于从PCI总线上读出3-12个以上的32位数据。1111存储器写和使无效周期与存储器写周期的区别在于，不仅保证一个完整的Cache行被写入，而且在总线上广播“无效”信息，命令其他Cache中的同一行地址变为无效。当前69页，总共121页。

PCI总线周期的操作过程有如下特点：

(1)采用同步时序协议。总线上所有事件，即信号电平转换出现在时钟信号的下跳沿时刻，而对信号的采样出现在时钟信号的上跳沿时刻。

(2)总线周期由被授权的主方启动，以帧、/FRAME信号变为有效来指示一个总线周期的开始。5.4PCI总线当前70页，总共121页。

(3)一个总线周期由一个地址期和一个或多个数据期组成。在地址期内除给出目标地址外，还在C//BE线上给出总线命令以指明总线周期类型。5.4PCI总线当前71页，总共121页。

(4)地址期为一个总线时钟周期，一个数据期在没有等待状态下也是一个时钟周期。一次数据传送是在挂钩信号/IRDY和/TRDY都有效情况下完成，任一信号无效(在时钟上跳沿被对方采样到)，都将加入等待状态。5.4PCI总线当前72页，总共121页。

(5)总线周期长度由主方确定。在总线周期期间/FRAME持续有效，但在最后一个数据期开始前撤除。由此可见，PCI的数据传送以猝发式传送为基本机制，且PCI具有无限制的猝发能力，猝发长度由主方确定，没有对猝发长度加以固定限制。5.4PCI总线当前73页，总共121页。

(6)主方启动一个总线周期时要求目标方确认。即在/FRAME变为有效和目标地址送上AD线后，目标方在延迟一个时钟周期后必须以/DEVSEL信号有效予以响应。否则，主设备中止总线周期。

(7)主方结束一个总线周期时不要求目标方确认。目标方采样到/FRAME信号已变为无效时，即知道下一数据传送是最后一个数据期。5.4PCI总线当前74页，总共121页。(8)PCI总线采用集中式仲裁方式，每个PCI主设备都有独立的/REQ(总线请求)和/GNT(总线授权)两条信号线与中央仲裁器相连。由中央仲裁器根据一定的算法对各主设备的申请进行仲裁，决定把总线使用权授予谁。但PCI标准并没有规定仲裁算法。5.4PCI总线当前75页，总共121页。 PCI总线优点：

（1）PCI总线时钟位33MHz/66MHz

（2）总线宽度32位/64位

（3）支持无限读写突发（猝发）方式

（4）兼容性好

（5）自动配置5.4PCI总线当前76页，总共121页。5.4PCI总线名称PC/XTISAEISAVISAPCISTD适用机型80888086-8048680386-80486服务器80486个人机、服务器工控机最大传输率MB/s41633132132/2642总线宽度/位816323232/648工作频率/MHz488.336633/662交换方式半同步半同步同步同步同步异步仲裁方式集中集中集中集中集中集中地址宽度2024323232/6420负载能力88663无限制信号线数629814390124/18856自动配置无无有无有无猝发工作无无无无有无规范性差差好差很好好复杂性简单简单复杂简单复杂简单当前77页，总共121页。5.5USB总线

近年来又出现了一种全新的接口方式－USB接口，目前，一般主流微机主板都可以支持2－4个USB接口。与此同时，USB设备的数量逐渐增多，鼠标、键盘、游戏杆、显示器、扫描仪、打印机、麦克风、MODEM、摄像头、数字相机等等可以根据用户的爱好随意选择，USB接口由于其领先的特征,将是新世纪最为流行、应用最广泛的接口技术。当前78页，总共121页。 USB即UniversalSerialBus，通用串行接口。它是由Intel、Microsoft、IBM、DEC、Compaq、NorTel等共同提出的。它虽然叫串行接口，但与以往的串行接口是有许多不同。它是一种全新的串行总线式接口，可以完成输入／输出的功能。

5.5USB总线当前79页，总共121页。它具有以下的特点：（1）因为使用了总线的设计，所以可以在一个USB接口上接多个设备。理论上USB接口可以共同支持连接127个设备，这是普通串口不能比拟的。

5.5USB总线当前80页，总共121页。

（2）USB接口可以为设备提供＋5V的电源供应，所以只要所接外设没有高耗电的设备，如电机等（＋12V），那么就可以由USB口直接供给电源，而无需另接电源了。对于移动办公的设备来说，USB接口设备将是一个上佳的选择。5.5USB总线当前81页，总共121页。（3）USB接口的速度十分快，数据传输速率可以高达1.5－12MBps，而普通串口却只能达到115200Bps，这样大的传输量可以胜任许多工作，所以USB接口可以连接一些高数据量的存储设备，比如外置存储器等。在1999年2月发布的USB规范版本2.0草案中已建议将12Mbps的带宽提升到120-240Mbps，传输速度又提高了10倍。5.5USB总线当前82页，总共121页。（4）因为USB是一种独立的串口总线，所以它在驱动设备的时候不需要占用中断和DMA通道，USB接口的设备具有真正的即插即用（PNP）功能。5.5USB总线当前83页，总共121页。USB连接了USB设备和USB主机，USB的物理连接是有层次性的星型结构。每个网络集线器是在星型的中心，每条线段是点点连接。从主机到集线器或其功能部件，或从集线器到集线器或其功能部件。

5.5.1USB总线体系结构当前84页，总共121页。5.5.1USB总线体系结构

当前85页，总共121页。5.5.2USB物理接口引脚号1234信号VBUS-D+DGND颜色红白绿黑TypeATypeB当前86页，总共121页。5.5.2USB物理接口引脚号12345信号VBUS-D+DIDGND颜色红白绿黑MiniTypeAMiniTypeB当前87页，总共121页。USB总线属一种轮讯方式的总线，主机控制端口初始化所有的数据传输。

每一总线执行动作最多传送三个数据包。在每次传送开始时，主机控制器发送一个描述传输运作的种类、方向，USB设备地址和终端号的USB数据包，这个数据包通常称为标志包(tokenpacket)。5.5.3USB总线协议当前88页，总共121页。

然后发送端开始发送包含信息的数据包或表明没有数据传送，接收端也要相应发送一个握手的数据包表明是否传送成功。

USB有四种基本的数据传输类型：

5.5.3USB总线协议当前89页，总共121页。1.控制数据传送

控制传输是双向传输，主要用于命令/状态操作。发送控制命令，设置设备地址，设置设备属性，读取设备配置信息及设备状态等功能。

5.5.3USB总线协议当前90页，总共121页。2.批量数据传送

批量数据传输用于对时间没有要求的非周期性的大量数据传输，仅全速/高速设备支持块数据传输；单向传输，如果一个外设需要双向传输，则必须使用另一个端点；仅当总线带宽有效时，才进行块数据传输，每次传输最大有效负荷为64个字节；没有带宽保证，只要总线空闲，就允许传输数据(优先级小于控制传输)；具有数据传输保证，在必要时可以重试，可供打印机、调制解调器、数字音响等设备使用。

5.5.3USB总线协议当前91页，总共121页。3.中断数据传输

中断传输用于支持偶然需要对少量数据进行通信，但服务时间却受限的设备，如键盘、鼠标。全速设备的中断传输周期可为1ms～255ms，每次传输的有效负荷最大可为64个字节；而低速设备的中断传输周期为10ms～255ms，每次传输的有效负荷仅为8个字节

5.5.3USB总线协议当前92页，总共121页。4.同步传输

同步传输是单向传输，仅适用于全速/高速设备，是一种周期的、连续的传输方式。同步传输每毫秒进行一次传输，有较大的带宽保证，并已保持数据传输的速率恒定(每个同步管道每帧传输一个数据包)，常用于与时间有密切关系的信息传输，主要用于数码相机、扫描仪等，每次传输的最大有效负荷可为1023个字节。。

5.5.3USB总线协议当前93页，总共121页。

数据编码USB通信时，使用一对摆幅为3.3V的差动信号(D＋，D－)，采用NRZI(NotReturntoZeroInvert不归零翻转)传送各种数据，它定义用电压保持不变表示二进制数字序列中的1码，用电压跳变(0V～3.3V的跳变或者3.3V～0V跳变)表示二进制数字序列中的0码。。

5.5.3USB总线协议当前94页，总共121页。

接收端对数据的正确性进行检查，发现错误通过“握手包”通知发送者，要求重新发送。检测、通知和再发送都由硬件来完成，不需要任何程序。。

5.5.3USB总线协议当前95页，总共121页。5.5.4CPU与USB芯片连接当前96页，总共121页。CH375是一个USB总线的通用接口芯片，支持USB-HOST主机方式和USB-DEVICE/SLAVE设备方式。在本地端，CH375具有8位数据总线和读、写、片选控制线以及中断输出，可以方便地挂接到CPU、DSP、MCU、MPU等控制器的系统总线上。

5.5.5CH375当前97页，总共121页。

在USB主机方式下，CH375还提供了串行通讯方式，通过串行输入、串行输出和中断输出与CPU、DSP、MCU、MPU等相连接。CH375的USB主机方式支持常用的USB全速设备，外部单片机可以通过CH375按照相应的USB协议与USB设备通讯。

5.5.5CH375当前98页，总共121页。CH375还内置了处理Mass-Storage海量存储设备的专用通讯协议的固件，外部单片机可以直接以扇区为基本单位读写常用的USB存储设备（包括USB硬盘/USB闪存盘/U盘）。

5.5.5CH375当前99页，总共121页。

特点：●低速和全速USB-HOST主机接口，兼容USBV2.0，外围元器件只需要晶振和电容。●低速和全速USB设备接口，完全兼容CH372芯片，支持动态切换主机与设备方式。●主机端点输入和输出缓冲区各64字节，支持12Mbps全速USB设备和1.5Mbps低速设备。●支持USB设备的控制传输、批量传输、中断传输。

5.5.5CH375当前100页，总共121页。●自动检测USB设备的连接和断开，提供设备连接和断开的事件通知。●内置控制传输的协议处理器，简化常用的控制传输。●内置固件处理海量存储设备的专用通讯协议，包括USB硬盘/USB闪存盘/U盘/USB读卡器。●通过U盘文件级子程序库实现处理器读写USB存储设备中的文件。

5.5.5CH375当前101页，总共121页。●并行接口包含8位数据总线，4线控制：读选通、写选通、片选输入、中断输出。●串行接口包含串行输入、串行输出、中断输出，支持通讯波特率动态调整。●支持5V电源电压和3.3V电源电压，支持低功耗模式。

5.5.5CH375当前102页，总共121页。5.5.5CH375引脚号引脚名称类型引脚说明28VCC电源正电源输入端，需要外接0.1uF电源退耦电容12、23GND电源公共接地端，需要连接USB总线的地线9V3电源在3.3V电源电压时连接VCC输入外部电源，在5V电源电压时外接容量为

0.01uF退耦电容13XI输入晶体振荡的输入端，需要外接晶体及振荡电容14XO输出晶体振荡的反相输出端，需要外接晶体及振荡电容10UD+USB信号USB总线的D+数据线11UD-USB信号USB总线的D-数据线22～15D7～D0双向三态8位双向数据总线，内置弱上拉电阻当前103页，总共121页。5.5.5CH3754nRD输入读选通输入，低电平有效，内置弱上拉电阻3nWR输入写选通输入，低电平有效，内置弱上拉电阻27nCS输入片选控制输入，低电平有效，内置弱上拉电阻1nINT输出在复位完成后为中断请求输出，低电平有效8A0输入地址线输入，区分命令口与数据口，内置弱上拉电阻，当A0=1时可以写命令，当A0=0时可以读写数据24nACT输出在内置固件的USB设备方式下是USB设备配置完成状态输出，低电平有效。

在

USB主机方式下是USB设备连接状态输出，低电平有效5TXD输入

输出仅用于USB主机方式，设备方式只支持并口，在复位期间为输入引脚，内置弱上拉电阻，如果在复位期间输入低电平那么使能并口，否则使能串口，复位完成后为串行数据输出6RXD输入串行数据输入，内置弱上拉电阻当前104页，总共121页。5.5.5CH3752RSTI输入外部复位输入，高电平有效，内置下拉电阻25RST输出电源上电复位和外部复位输出，高电平有效26nRST输出电源上电复位和外部复位输出，低电平有效7NC.空脚空脚，必须悬空当前105页，总共121页。5.5.6CPU与CH375连接当前106页，总共121页。5.5.7USB与1394比较总线USBIEEE1394传输速率MB/s12/480100/200/400/800/3200接外设数12763线数4（2电源，2信号）6（2电源，4信号）传输距离/m54.5同步、异步传输支持支持设备类型低速设备高速设备当前107页，总共121页。附录FSB前端总线频率FSB是在CPU和北桥之间传输数据的总线FSB的带宽(datawidth)由它传输数据的宽度和频率的乘积决定CPU的频率由FSB和时钟倍频的乘积决定。一个FSB400MHz并带有8x倍频的处理器频率为3.2G当前108页，总共121页。附录FSB前端总线频率Transferrate[MB/s]Frequency[MHz]CPU46-15312-40Intel8038661-19116-50Intel80486381-50350-66IntelPentium503-6