第6章I-O接口和总线II课件

2023/7/25微机原理与接口技术5/48知识扩展

PCIExpress资料PCI.orgUSB资料usb-driverscypress-chinese/usb/datasheets.html2023/7/25微机原理与接口技术6/486.6.1总线与接口概述

一、总线和接口及其标准的概念

总线定义：是在模块和模块之间或设备与设备之间的一组进行互连和传输信息的信号线，信息包括指令、数据和地址。

总线标准：指芯片之间、扩展卡之间以及系统之间，通过总线进行连接和传输信息时，应该遵守的一些协议与规范。

接口标准：外设接口的规范，涉及接口信号线定义、信号传输速率、传输方向和拓扑结构，以及电气特性和机械特性等多个方面。2023/7/25微机原理与接口技术7/482023/7/25微机原理与接口技术8/48二、总线的分类2023/7/25微机原理与接口技术9/482023/7/25微机原理与接口技术10/48三、总线的主要性能参数2023/7/25微机原理与接口技术11/48四、总线标准的特性2023/7/25微机原理与接口技术12/48五、总线操作与控制（一）总线操作的四个阶段2023/7/25微机原理与接口技术13/48（二）总线传送控制2023/7/25微机原理与接口技术14/482023/7/25微机原理与接口技术15/486.6.2系统总线简介1工业标准结构总线IndustryStandardArchitecture ISA总线2扩充工业标准结构总线ExtendedISA EISA总线3外围部件互连局部总线PeripheralcomponentInterconnect PCI总线4PCIExpress

总线5通用串行总线 USB总线UniversalSerialBus 6高性能串行总线标准IEEE13942023/7/25微机原理与接口技术16/481工业标准结构总线IndustryStandardArchitecture ISA总线2023/7/25微机原理与接口技术17/482023/7/25微机原理与接口技术18/482023/7/25微机原理与接口技术19/482扩充工业标准结构总线ExtendedISA EISA总线EISA总线支持32位地址，具有32位数据总线，总线频率8.33MHz，最大数据传输率达到33.3MB/s(8.33×32位/8)。

结构与ISA兼容，EISA总线插槽与ISA插槽等长等宽，内部被设计成为双层引脚。2023/7/25微机原理与接口技术20/483外围部件互连局部总线PeripheralcomponentInterconnect PCI总线PCI总线特点独立于处理器2)传输效率高3)多总线共存4)支持突发传输5)支持总线主控方式6)采用同步操作7)支持两种电压下的扩展卡8)具有即插即用功能9)合理的管脚安排10)预留扩展空间2023/7/25微机原理与接口技术21/482023/7/25微机原理与接口技术22/482023/7/25微机原理与接口技术23/48PCI总线信号定义1.系统接口信号

CLKIN：PCI系统总线时钟最高33MHz/66MHz，最低0Hz。

PCI大部分信号在CLK的上升沿有效。2.地址与数据接口信号

AD[31:00]T/S：它们是地址、数据多路复用的输入/输出信号

在FRAME#有效的第1个时钟，传送的是地址，称为地址期。

在IRDY#和TRDY#同时有效时，传送的是数据，称为数据期。2023/7/25微机原理与接口技术24/48

C/BE[3:0]#T/S：它们是总线命令和字节使能多路复用信号线

地址期内表示总线命令，数据期内表示字节使能信号。

PART/S：针对AD[31:00]和C/BE[3:0]#进行奇偶校验的校验位3.接口控制信号

FRAME#S/T/S：帧周期信号

FRAME#信号无效表示传输进入最后一个数据期。

IRDY#S/T/S：主设备准备好信号

TRDY#S/T/S：从设备准备好信号2023/7/25微机原理与接口技术25/48

STOP#S/T/S：从设备发出的要求主设备终止当前的数据传送的信号。

LOCK#S/T/S：锁定信号

IDSELIN：初始化设备选择信号

DEVSEL#S/T/S：设备选择信号4.仲裁接口信号

REQ#T/S：总线占用请求信号

GNT#T/S：总线占用允许信号2023/7/25微机原理与接口技术26/485.错误报告接口信号

PERR#S/T/S：数据奇偶校验错误报告信号

SERR#O/D：系统错误报告信号6.中断接口信号

PCI有4条中断线，分别是INTA#、INTB#、INTC#、INTD#2023/7/25微机原理与接口技术27/487.64位总线扩展信号

AD[63:32]T/S：扩展的32位地址和数据多路复用线

C/BE[7:4]#T/S：总线命令和字节使能多路复用扩展信号线

REQ64#S/T/S，64位传输请求信号

ACK64#S/T/S：64位传输允许信号

PAR64T/S：奇偶双字节校验2023/7/25微机原理与接口技术28/482023/7/25微机原理与接口技术29/48配置空间头区域及功能

2023/7/25微机原理与接口技术30/48配置空间头区域及功能

2023/7/25微机原理与接口技术31/482023/7/25微机原理与接口技术32/48PCIBIOS

初始化程序只能通过PCIBIOS才能访问PCI配置寄存器。PCIBIOS再通过配置地址端口寄存器和配置数据口寄存器实现其功能。1、16位PCIBIOS的调用

通过INT1AH实现：AH=B1H，AL为子功能号。2、32位PCIBIOS的调用

确认32位BIOS是否存在；确认BIOS是否支持PCIBIOS，取得PCIBIOS入口地址；

通过INT1AH实现：AH=B1H，AL为子功能号。2023/7/25微机原理与接口技术33/484PCIExpress

总线2023/7/25微机原理与接口技术34/482023/7/25微机原理与接口技术35/485通用串行总线 USB总线UniversalSerialBus2023/7/25微机原理与接口技术36/482.USB的拓扑结构PCI总线宿主机USB主控制器/根高速电话高速显示器高速集线器高速麦克风扬声器高速扬声器高速键盘高速低速麦克风麦克风低速高速=12Mb/s低速=1.5Mb/s2023/7/25微机原理与接口技术37/483接口信号线 高/低速USB收发器(主机或集线器端口)高速USB收发器(主机端口或高速设备)+5vdcD+D-地15KΩ15KΩ+3.0~3.6vdc1.5KΩD+D-高/低速USB收发器(主机或集线器端口)低速USB收发器(低速设备)+5vdcD+D-地15KΩ15KΩ+3.0~3.6vdc1.5KΩD+D-USB数据线USB数据线2023/7/25微机原理与接口技术38/48USB数据流类型和传输类型

1、USB数据流类型

控制信号流、块数据流、中断数据流、实时数据流。2、USB的基本传输类型

2）批传输：单/双向，用于大批数据传输，要求准确，出错重传，时间性不强。

1）控制传输：双向，用于配置设备或特殊用途，出错重传。

3）中断传输：单向入主机，用于随机少量传送。采用查询中断方式，出错时下一查询周期重新传。

4）等时传输：单/双向，用于连续实时数据传输，时间性强，出错不重传，传输速率固定。2023/7/25微机原理与接口技术39/48USB交换的包格式标志包数据包握手包一次交换（事务处理）USB传输过程

一次USB传输包含一个或多个交换。

每次交换均由主机发起，对中断传输，亦由主机发送查询包取得中断信息。2023/7/25微机原理与接口技术40/48USB3.0提升USB接口统治力USB3.0在应用层上至少能达到300Mbyte/s的数据吞吐量。新规范与前代版本兼容，然而新接口需要新的线缆和连接器，而且传输距离被限制在3米，而目前的USB产品可以支持5米长的线缆。3.0标准，也被称作是超高速USB（SuperSpeedUSB），在一些特性上是独一无二的。它使用5个端口连线-两个用于发送，两个用于接收，一个是地线-来实现全双工从而达到5Gb/s的物理层速率，目前的USB产品采用两线，半双工的架构。2023/7/25微机原理与接口技术41/48USB3.0提升USB接口统治力外观上Type-A的接头没有改变，但内部有5个连线来支持全双工，新的连接器兼容旧的插口。粗略来说，新的USB3.0芯片需要两倍于原来的门数和三倍于以往的功耗，在会议上演示一款USB3.0芯片的Symwave公司的市场副主席JohnO'Neill表示。但是，受益于其较高的速率，USB3.0在每Gbit数据传输的功耗低于目前的标准，John补充道，“另外，因为增强的协议，在主机（host）端处理器运算会得到减轻，从而整个系统的功耗在mW/Gbit的基础上还会有降低。”2023/7/25微机原理与接口技术42/483.0USB接口2023/7/25微机原理与接口技术43/48USB3.0提升USB接口统治力另外，3.0版本在链路上采用了中断驱动，而不是目前的轮检方法，这样进一步降低功耗。通信采用点对点的链路，而不是像现在对所有连接的器件采用广播数据的方法。规范还将链路电流从500毫安提高到900毫安，这样采用USB充电速度会更快。可以看出一个耗完电的电池接上后不久就可以恢复活力。新系统2019年上市2023/7/25微机原理与接口技术44/48USB3.0提升USB接口统治力USB应用论坛的主席JeffRavencraft表示，“我们预测主机和控制器产品会在2009年中陆续进入市场，基于那些器件的系统产品会在2019年初上市。”该连接希望能扩展更多的应用，最初是想象比如大的视频文件的传输，长期来说，希望能在目前大范围的系统上进行替代，特别是日益增多的闪存和磁盘存储。Ravencraft指出一些便携式摄像机保存250Gbyte的数据，甚至一些MP3播放器和手机都增长到内置8到16Gbyte的闪存。2023/7/25微机原理与接口技术45/48USB3.0提升USB接口统治力同期于USB3.0的发布，PCMCIA组织宣布PC设备上的ExpressCard标准的2.0版本，该标准提供比ExpressCard1.2标准快10倍的传输速率，而且同时支持Express2.0和新的USB3.0协议。“ExpressCard技术与Express和USB规范很相近，而2.0标准的发布充分利用了这两种接口技术进步的优势，”PCMCIA主席BradSaunders表示。采用新标准的卡将在2019年上市，可能会包括支持固态存储驱动的6Gbit/sSATA接口的适配器，和用于传输视频流的USB3.0适配器。2023/7/25微机原理与接口技术46/48USB3.0提升USB接口统治力USB3.0开发者小组包括超过200家公司，目前全球已经有100亿颗USB器件售出。“2019年一年就出货了26亿个USB端口，USB3.0的市场机会将会大大挤压其他有线接口技术的空间，”In-Stat高级分析师BrianO'Rourke在一个发布会上表示，“预计USB3.0从2009到2019的平均年度增长率将达到100%，在2019年达到五千万的出货量。”Intel在2019年的信息峰会上就将USB3.0作为重要话题讨论，USB3.0接口的传输速度达到4.8Gbps，是USB2.0的十倍，给传输大容量文件带来了方便。2023/7/25微机原理与接口技术47/482023/7/25微机原理与接口技术48/486高性能串行总线标准IEEE13942023/7/25微机原理与接口技术49/482023/7/25微机原理与接口技术50/482023/7/25微机原理与接口技术51/482023/7/25微机原理与接口技术52/48连接线减少高数据率即插即用和热