低功耗芯片间串行媒体总线SLIMbus

低功耗芯片间串行媒体总线SLIMbus

低功耗芯片间串行媒体总线SLIMbusTM是基带或移动终端应用处理器与外设部件间的标

准接口。SLIMbus规范是MIPI联盟成员共同开发的。MIPI是一个移动工业巨头联盟组织，旨在定义移动应用处理器接口开放标准或提升其现有标准。根据这些开放标准，通过为移动应用处理器的标准硬件和软件接口建立规范，并且鼓励整个业界采用这些标准。MIPI联盟致力于为移动用户加速开发新的服务，在微处理器、外设和软件接口方面完善现有的标准体系。

开发SLIMbus总线的动力来自于移动终端和其他便携式娱乐设备对多媒体功能不断增长的需求，以及驱动高质量数字音频发展的产量增长和产品差异化。

SLIMbus的主要特点

SLIMbus典型的特点为：支持音频、数据、总线和单条总线上的设备控制器；减少引脚数以降低产品消耗；支持高质量音频多信道；单条总线上多重并发采样率；高效、不受主机控制的、对等通用数据通信；提高软件重用性和协同工作能力的标准消息集；使用普通数字音频时钟，同时也可使用已经建立的系统时钟；为降低总线功率消耗而采用动态时钟频率。

通过提供支持单总线结构上许多部件和数字音频信道的可扩展多重结构，SLIMbus总线地址局限于现有的数字音频接口，如I2S和PCM（它们都是单部件间点对点连接，只支持一个或两个数字音频信道）。

为了具有更大的灵活性和易用性，SLIMbus总线取消了控制总线，如：I2C、SPI、m icroWireTM、UART或数字音频部件上的GPIO引脚。另外，也减少（或消除）了其他类型的移动终端低带宽部件上这些总线结构中的控制总线。

SLIMbus总线采用如下机制实现通信：同步双向通信、灵活的TDM框架结构、总线仲裁机制和消息结构，这些机制共同建立起SLIMbus设备间灵活、稳固的数据连接。尽管S LIMbus总线对常速率媒体流的传输做了优化，但它仍可以传输各种异步数据和控制数据。SLIMbus总线的物理层介绍

从物理意义上来说，SLIMbus总线包括两个终端以及连接多个SLIMbus总线设备的数据线（DATA）和时钟线（CLK）。

SLIMbus总线使用多支路总线的拓扑结构，所有总线信号对总线上的所有设备都是相同的。同样，总线上的所有设备必须使用相同的协议进行通信。选择使用这种总线是因为它大大减少了设备间互相连接的连线数目，同时允许将各种各样的设备连接到总线上。

多支路连接要求在任意一个给定时刻，总线上只允许一个设备向其他一台或多台接收设备发送数据。SLIMbus总线设备需通过仲裁程序访问总线。

SLIMbus总线使用时分多用(TDM)体系结构，这种结构允许多个接收设备和发射设备驻留在总线上，以允许所有设备在分配的信道和时间片内互相通信。SLIMbus总线支持设备间的点对点通信及一台设备向其他设备发起的广播式通信。

SLIMbus总线不是为提高热插拔容量而设计的，其目的是要在如移动电话等单个客户终端内完成通信。然而，根据SLIMbus总线规范中适当协议而产生的系统使用需求，SLI Mbus总线设备允许动态的“掉线”和“重新接入”总线。

SLIMbus总线设备和设备类

SLIMbus总线设备是系统功能的逻辑实现。

一个设备类别目录中的设备拥有相同的特性和功能。SLIMbus总线设备被划分为许多设备类，每一设备类别的定义描述了属于它的设备的最小需求信息，如设备控制信息、设备行为、支持的数据传输协议、实现设备功能的最小数据存储需求。

所有设备类别的需求包括：设备类别代码，指定设备的类型；设备类别的版本代码；支持传输的需求，即：端口数目、需要的设备属性、定向性及这些端口所支持的传输协议。

在第一版SLIMbus总线规范中，定义了四类SLIMbus总线设备：管理类、设计类、接口类和通用类。这些设备类可以完成要设计和实现的SLIMbus总线系统而无需添加其他设备类。如果需要，设备类别集合是可以扩展的。当其他的设备类别被定义后，这些设备类别代码将会由MIPI联盟分配。

管理类设备：管理类设备负责引导SLIMbus总线，并且完成总线管理功能（部件和设备列表、总线配置动态信道分配）。

设计类设备：设计类设备在时钟线(CLK)上向所有SLIMbus总线部件传递时钟信号，为了建立总线和通信的最高水平的TDM帧结构，设计类设备也在数据线上将引导信号及帧信道(帧信息)传送到其他SLIMbus总线设备，以便于建立异步通信。也可以使用用于音频解码和数字/模拟转换的高质量时钟，使系统内不需要产生附加时钟。

接口类设备：接口类设备的每一部件提供总线管理服务，控制结构层次、接口部件实现监控消息协议，报告部件的当前状态、管理部件的初始化，以便于部件能够适当地驱动其设备。

通用类设备：通用类设备通常被认为是提高特定应用功能的设备，这些特定功能将数字音频转换为模拟音频（DAC）或者将模拟音频转换为数字音频(ADV)。

为了使用功能型SLIMbus总线设备，也需要使用SLIMbus总线接口设备、相关联的其他设备和逻辑地址（EA和LA）、信息和取值元素(IE和VE)、每个设备的端口(P)，所有这些用来建立总线连接、控制状态信息流及数字音频(或其他数据)流。

设备信息和评价元素：信息元素（IE）和评价元素(VE)是用来保存设备需要的状态、配置以及其他重要信息的数据存储元素。数据存储可能是布尔型的，或有许多取值，这取决于设备的类型。这些IE和VE元素有效替换了诸如I2C或SPI传统控制接口需要的注册表。

设备地址：SLIMbus总线使用48位枚举型地址（EA）来识别设备，这些设备可以在总线上宣布它们的存在。每一设备都有一个EA地址，它包括制造序号ID、产品代码、设备索引及设备实例值。制造序号ID代码由MIPI联盟提供，唯一识别制造的设备，就像PC I总线部件使用的制造序列号一样。设备索引代码在单个部件内唯一识别多重设备，实例值代码适用于将统一型号或类别的多重设备连接到总线上的情况。

端口：端口设备提供设备之间的数据连接信道，某一特定设备最多可以有64个端口。

端口能力取决于设备，并且在部件数据表里有专门的定义。典型的端口属性包括数据的方向性，如：只输入（sink）、只输出（资源）、既可输入也可输出；端口属性还包括支持

的传输协议、数据宽度等。例如，MEMS移动电话的端口属性可能是只输出、异步传输协议、16位数据宽度。

数据传输后端口的状态会发生变化。当开启电源或重新启动后，端口状态处于非连接状态，此时，端口不产生且不使用任何数据。当端口被连接到数据信道后，它变化到非配置状态，也不产生且不使用任何数据。一旦处于非配置状态，端口便会接收信道配置消息，并根据这一消息做相应的配置。

在收到所有需要的配置参数后，端口状态变化为已配置状态，此时，端口已经做好数据传输的准备。

SLIMbus总线部件

SLIMbus总线部件包括两个或多个SLIMbus总线设备。一个SLIMbus总线部件必须含有一个SLIMbus总线接口设备。此外，可以含有一个或多个其他类型的SLIMbus总线设备。

图1给出了一个复杂的SLIMbus总线。数据和控制信息由设备发出后首先使用消息协议对控制信息编码，并使用传输协议对数据编码。然后，数据和控制流根据帧层次做交叉存取，并在物理层被变换为数据线(DATA)和时钟线（CLK）上的电信号。

图1 复杂的SLIMbus 总线部件

在相反方向上，数据线和时钟线上的电信号被物理层以比特流形式传输，然后被帧层拼凑成为数据和控制流。这些数据和控制流转而被相应协议解码并送给部件中适当的设备。SLIMbus总线系统

图2给出了一个可能的SLIMbus总线系统示例。所有的部件互不相同。需要注意，左上侧的SLIMbus总线部件含有帧设备，因此，这一部件的CLK信号是双向的。

图2 SLIMbus 总线系统的一个示例

左上侧的SLIMbus总线部件也含有管理设备，但不需要管理设备和帧设备在同一个S LIMbus总线部件中。

左上侧的SLIMbus总线部件中所含的元素也可以被组合成基带或/和应用处理器，用来建立移动终端。

SLIMbus总线模式和操作介绍

SLIMbus总线系统模式包括使用共享数据线和共同时钟信号互相通信的一系列SLIMb us总线设备。SLIMbus总线数据线上的信息被分配成控制空间信道和数据空间信道。

控制空间信道传输总线配置信息和同步信息，也传输设备间的通信消息。控制空间信道允许动态地自动调整其占用的SLIMbus总线带宽，甚至有时会达到100%。

数据空间信道有时会用于传输应用相关的特定信息，如同步、接近同步和异步数据流。

根据传输协议，SLIMbus总线组成设备之间使用控制和数据信道传送控制和数据信息，以便实现需要的系统操作。消息用来控制功能的实现，传输协议处理控制数据流和应用数据流的类型。

信道：信道可以在一对设备（设备间通信）之间建立，或者在一个设备和多个设备之间建立（广播式通信）。

(1)控制信道：控制空间信道(或控制信道)实际上有三种不同类型的信道：组帧信道、引导信道、消息信道。每一种都有不同的目的。

组帧信道在特定帧的两个时隙中传输帧同步符号和帧信息，这些特定帧传送总线配置参数，以便于所有部件能够被同步到正被使用的总线参数。组帧信道不能进行流控制，信道的宽度是固定的。

引导信道在超帧的第一个和第二个子帧的一个时隙中传输，为部件获取和改变消息信道中消息的同步提供必要信息。其不能进行流控制，信道的宽度是固定的。

消息信道传输多种类型的信息，包括总线配置信息、设备控制和设备状态信息等。其通过已知符号实现流控制，信道宽度可以通过编程调整。

(2)数据信道：没有分配给控制空间的任何SLIMbus总线带宽可以分配给数据空间（数据信道）。数据空间由一个或多个数据信道组成，这些数据信道由处于激活状态的管理设备根据应用动态建立，数据信道的数目取决于数据空间和信道传输的数据流的类型。数据空间最多可以含有256个数据信道。

数据信道是按固定时间间隔重复的由一个或多个数据时隙构成的连续时隙流，这组连续时隙流被称为片段。因为这些片段以固定、已知的时间间隔重复，间隔的大小与超帧长度有关，数据信道可以视为拥有自己已经获得和可能获得的带宽的虚拟总线。

处于激活状态的管理设备初始化一个数据信道后，将相关内容参数传送到所有使用该数据信道的设备。

数据信道还可由参数来定义。

图3显示了SLIMbus总线系统的概念结构。

图3 SLIMbus 总线参考模式

数据信道、传输协议和流控制：数据信道根据应用要求传输信息，多种数据格式可以共存。

SLIMbus总线并非直接支持各种数据格式，而是采用一组常用传输协议（包括用户定义的传输协议）传输各种格式的数据，用其定义数据流类型、流控制机制及传输附加特定应用信息的侧信道(如果存在的话)。

端口之间的数据流遵循某一种传输协议。使用通道连接和信道断开报文将SLIMbus设备端口与信道关联起来。

传输协议分单点传输和多点传输协议。表1总结了SLIMbus总线所定义的传输协议类型。

数据信道一次只允许有一个数据源，但是，根据信道所用的传输协议可以有一个或多个数据汇(数据接收器）。

信道中如需使用流控制，则应考虑设备及相关数据的类型。标志位用来运载流控制信息。

如果时钟线频率刚好是数据流速率的整数倍，则不需流控制。因此，可以采用同步传输协议。如果需使用流控制，则需从两种流控制样式中选一种：单端或双端。

单端数据流由共享算法(对加锁协议而言）或存在位调控（对拉式或推式协议而言）。设计的协议能最理想地运载恒速媒体流(例如线性脉码调制（LPCM）音频），但数据流的实际控制方法取决于总线的基础频率，也取决于数据流特点。

当采用推式协议运载速率等于或小于信道码率的数据时，源设备驱动数据流，数据字段中的标志位则指明数据的可用性。采用推式协议的数据信道可以连接到多倍数据汇（多点传送），因为没有来自数据汇的反馈。

采用拉式传输协议时，如果需要，数据接收设备就向源设备请求或从源设备拉数据，数据字段中的标志位指明数据的可用性。

双端队列握手时，与数据传输相关的两台设备中的任意一台可用数据片段的标志字段中的两个或多个控制位来停止或启动数据传送。四种异步传输协议全部采用这种流控制类型。设计的这些传输协议能最佳地支持异步数据流。

SLIMbus的帧结构

SLIMbus采用同步双线式总线在设备间传载信息。按时分复用方式(TDM)组织SLIMbu s的比特流。总线上的信息组织结构被称为帧结构。

用信道传输SLIMbus的控制空间和数据空间信息，每条信道代表一个特定信息流。可调配控制空间和数据空间所占带宽，这样该总线几乎可适应各种用途。

帧结构含5种结构单元：信元、时隙、帧、子帧和超帧。

信元：即SLIMbus数据流的最小结构单元,也是时钟线两条连续正边沿所限制的数据信号区。每个信元能保持一个位的信息。

时隙：时隙是SLIMbus上的带宽单位，为4个毗邻的信元（4个位），分别用C0、C 1、C2和C3表示，按从最高有效位到最低有效位的顺序传送。从4位～32位或更多位，可很容易地组合成时隙。

帧：一帧等于192个连续时隙，分别用S0、S1……S191表示,并按顺序传送。

每帧的第一个时隙（S0）为控制空间时隙，它包含4位帧同步标志符。每帧的S96时隙也是控制空间时隙，它包含4位成帧信息。

组件采用帧同步数据和32位成帧信息与总线同步。所以，为了收到全部32位成帧信息，必须按8个连续帧为一组(即超帧)来读取数据。

子帧：子帧是对帧结构的细分，控制空间和数据空间在子帧处交织。子帧第一个时隙总分派给控制空间。帧结构如图4所示，由此可以看出，子帧没有固定长度，子帧长度可配置为6、8、24或32个连续时隙（24、32、96或128个信元）。所以，每帧可能的子帧数分别为32、24、8或6。子帧配置可动态改变，取决于当时数据流要求。

超帧：8个连续帧(1 536个时隙)组成一个超帧，分别用Frame 0、Frame 1、……Fr ame 7表示。超帧中，每帧第0时隙包含帧同步标志符，第1帧（Frame 0）的第96时隙

包含32位成帧信息的前4位。第1到第7帧的第96时隙也包含4位成帧信息，第7帧运载最后4位成帧信息。按超帧同步模式，超帧头部5个连续帧每次传送一位。

组件采用一整套成帧信息（8帧32位，每帧4位）和超帧同步标志符获得超帧同步。

导频信道（用于报文同步）由两个时隙组成，一个在超帧中的第一帧，另一个在超帧中的第二帧。

用时隙数（或信元数）而非时间来表示超帧持续时间。通过改变SLIMbus的基础频率或/和时钟档位可动态改变SLIMbus的超帧速率，以匹配特定用途。

SLIMbus的时钟频率和档位

SLIMbus规格不规定具体的时钟频率，而是给出三个定义：基础频率、固有频率和主频率。

基础频率：基础频率为时钟线频率的2(10-G)倍，其中G为当前时钟档位，G=10时，时钟频率就是基础频率。基础频率可以是固有或主频率，但不对此作强制要求。基础频率可以是28MHz 或以下的任何频率。

可在总线工作时改变基础频率而不改变帧结构，即根据实际应用情况调节功率消耗。

固有频率：固有频率指允许不采用流控制而支持同步数据流的时钟频率，以简化串行低功率互联上的信道分配。例如，支持11.025kHz和44.1kHz数字音频采样率的固有频率，包括5.6448MHz、11.2896MHz和22.5792MHz。类似地，支持8kHz和48kHz数字音频采样率的固有频率包括6.144MHz、12.288MHz和24.576MHz。

主频率：音频应用时，一组重要采样率完全由4kHz的倍数频率组成，即8、12、16、24、32、48和96kHz等。另一组采样率完全由11.025kHz的倍数频率组成，即11.025、22.05、44.1和88.2kHz等。

有时需采用非整数倍的频率同步支持数字音频数据流或数据流族，如8kHz和44.1kHz 的采样率。这些情形下，时钟线频率不能设置为固有频率。

时钟线频率24.576MHz、12.288MHz、6.144MHz等意义尤为重大，因为它们能相当高效地同步载运4kHz流族和载运11.025kHz流族（采用推或拉数据技术）。基于这种原因，称这些时钟频率为主频率。

时钟档位：时钟档位有10档（1～10档），最低档与最高档之间的频率相差512倍。时钟档位能使正在工作的SLIMbus的时钟频率按2n级数变化。如果将时钟档位升高一档而不改变基础频率，则SLIMbus的时钟频率扩大一倍；反之，如果将时钟档位降低一档而不改变基础频率，则SLIMbus的时钟频率缩小一半。

SLIMbus发送报文

SLIMbus为总线管理、设备控制和数据传送提供一套稳健的报文。SLIMbus的核心报文包括：设备管理报文、数据信道管理报文、信息管理报文、重置报文、值管理报文。SLI Mbus的其他报文有：目标设备的类属报文、目标设备的用户报文、源设备的类属报文、源用户报文、转义报文。

报文信道：总线所连设备之间依赖报文信道发送报文。为发送或接收报文，组件应首先取得报文同步。发送报文前，采用优先权仲裁机制以进入报文信道。

报文信道大小：控制空间的报文信道运载报文。

图4中SLIMbus可能采用四种子帧模式。每帧至少用一个时隙作控制空间。每帧中成帧信道占2个时隙，或每超帧中占16个时隙。各种总线配置的导频信道（用于报文同步）每超帧中占2个时隙。所以，每超帧中，可用控制空间中共有18个时隙分配给特定用途。

图4 帧结构

成帧信道或导频信道没采用的控制空间时隙可用于报文信道，或由报文信道和数据信道混合使用。所以报文信道宽度随总线配置而变化。

六子帧/帧模式时，用于报文信道的时隙数最少。每帧控制空间时隙数最少，仅有6个，每超帧则有48个控制空间时隙。因为18个时隙已分派给总线，所以还剩下30(48-18 =30)个控制空间时隙可用于报文信道。用于报文信道的最大时隙数等于超帧中总时隙数减去预分的18个时隙，即1536-18=1518。

总线启动和总线过程

根据组件定义总线启动过程，用术语“时钟源组件”和“时钟接收者组件”区分含处于激活状态的帧的组件和其他组件。

时钟源组件有其自己的启动过程，但时钟接收者组件的启动过程需另外定义。当每种组件从未定义状态转变为操作状态时，就会运行启动程序。

总线上所有组件都处于相同状态的情况只会发生于所有组件都同时处于各自操作状态时。组件按其适当的启动过程加入总线。

为对系统功率消耗有更多的控制权，SLIMbus协议允许在SLIMbus活动时停止组件加入总线，稍晚时再加入。

相关规则允许那些由于某种原因失去同步的组件滑入到下一更低状态或重启状态，并尝试重新启动过程。

结语

SLIMbus是一种可灵活配置的多支路式总线结构，可同时支持许多组件。此外，其功能强大的发送报文结构可在总线的组件之间建立和管理数据流。SLIMbus总线也可以在运行时刻重新配置总线操作特性，以便适应运行时特定的系统应用需求。

SLIMbus不同于传统的数字音频总线结构，它能同时高效运载各种采样率和位长迥异的多倍数字音频数据流。

如果使用现有数字音频接口(PCM，I2S，SSI，AC-97),而且不增加总线结构，则很难为非声音通讯、非简单立体声音乐移动终端添加功能和数字音频信道。因为这些接口首先用有限的信道容量实现点对点(对等)连接。此外，任何新增设备都需自带接口。

现有数字音频接口系统可通过复制接口结构来升级，但这种方法限制了设计灵活性，从针数、软件包大小、PCB布局和功率消耗角度看，代价昂贵。

SLIMbus为移动终端行业和其他小型波形产品制造商提供了一种标准的、健全的、可升级的、低功耗、高速、双线制多支路接口，支持很多数字音频和控制方案，因此能有效替代传统数字音频接口，如PCM、I2S和SSI。

通过灵活地、动态地为数字音频控制、非数字音频控制及数据功能分派带宽，SLIMbu s有时也能替代移动终端或移动产品的许多数字控制式总线，如I2C、SPI、UART和GPI O。

执行SLIMbus标准极大地提高了设计灵活性，以在生产线内快速生产多路产品。

SLIMbus缩短了新产品投放市场时间。此外，通过简化不同制造商的不同产品之间的互连，降低了移动终端和其他移动设备的设计成本。

SPIICUARTUSB串行总线协议的区别

S P I、I2C、U A R T、U S B串行总线协议的区别 SPI、I2C、UART三种串行总线协议的区别 第一个区别当然是名字： SPI(Serial Peripheral Interface：串行外设接口); I2C(INTER IC BUS) UART(Universal Asynchronous Receiver Transmitter：通用 异步收发器) 第二，区别在电气信号线上： SPI总线由三条信号线组成：串行时钟(SCLK)、串行数据输出( SDO)、串行数据输入(SDI)。SPI总线可以实现多个SPI设备互 相连接。提供SPI串行时钟的SPI设备为SPI主机或主设备(Mast er)，其他设备为SPI从机或从设备(Slave)。主从设备间可以 实现全双工通信，当有多个从设备时，还可以增加一条从设备 选择线。 如果用通用IO口模拟SPI总线，必须要有一个输出口(SDO)，

一 个输入口(SDI)，另一个口则视实现的设备类型而定，如果 要 实现主从设备，则需输入输出口，若只实现主设备，则需输出 口即可，若只实现从设备，则只需输入口即可。 I2C总线是双向、两线(SCL、SDA)、串行、多主控（multi-mas ter）接口标准，具有总线仲裁机制，非常适合在器件之间 进 行近距离、非经常性的数据通信。在它的协议体系中，传输数 据时都会带上目的设备的设备地址，因此可以实现设备组网。如果用通用IO口模拟I2C总线，并实现双向传输，则需一 个输 入输出口(SDA)，另外还需一个输出口(SCL)。（注：I2C资料了解得比较少，这里的描述可能很不完备） UART总线是异步串口，因此一般比前两种同步串口的结构要复 杂很多，一般由波特率产生器(产生的波特率等于传输波特 率 的16倍)、UART接收器、UART发送器组成，硬件上由两根线，

计算机组成原理第六章系统总线

第六章系统总线 第一节总线的基本概念 一、总线的分类 1．总线：计算机中连接功能单元的公共线路，是一束信号线的集合，包括数据总线、地址总线和控制总线。 2．系统总线：连接计算机系统中各个功能模块或设备的总线，作为计算机硬件系统的主干。3．内部总线：连接CPU内部各部件的总线。 4．总线的分类： ①按传送格式分为：串行总线、并行总线； ②按时序控制方式分为：同步总线、异步总线； ③按功能分为：系统总线、CPU内部总线、各种局部总线。 ④按数据传输方向分为：单工总线和双工总线，双工总线又分为半双工总线和全双工总线。历年真题 1．总线：计算机中连接功能单元的公共线路，是一束信号线的集合，包括数据总线、地址总线和控制总线。（2001年） 2．下列说法中正确的是（）。（2003年） A．半双工总线只能在一个方向上传输信息，全双工总线可以在两个方向上轮流传输信息

B．半双工总线只能在一个方向上传输信息，全双工总线可以在两个方向上同时传输信息C．半双工总线可以在两个方向上轮流传输信息，全双工总线可以在两个方向上同时传输信息 D．半双工总线可以在两个方向上同时传输信息，全双工总线可以在两个方向上轮流传输信息 【分析】根据总线上信号的传递方向，总线可分为单向传输（单工）总线和双向传输（双工）总线，而双工总线又可分为半双工总线和全双工总线。其中单工总线只能向一个方向传递信号，半双工总线可以在两个方向上轮流传递信号，全双工总线可以在两个方向上同时传递信号。 【答案】C 二、总线的信息传输方式 1．串行传输：是指数据的传输在一条线路上按位进行。（只需一条数据传输线，线路的成本低，适合于长距离的数据传输）。在串行传输时，被传输的数据在发送设备中进行并行到串行的变换，在接收设备中进行串行到并行的变换。 2．并行传输：每个数据位都需要单独一条传输线，所有的数据位同时进行传输。 3．复合传输：又称总线复用的传输方式，它使不同的信号在同一条信号线上传输，不同的信号在不同的时间片中轮流地身总线的同一条信号线上发出。（它与并串传输的区别在于分时地传输同一数据源的不同信息。） 4．消息传输方式：总线的信息传输方式之一，将总线需要传送的数据信息、地址信息、和控制信息等组合成一个固定的数据结构以猝发方式进行传输。

第七章 系统总线

7.2基本题 7.2.1填空题 1.计算机中各个功能部件是通过总线连接的,它的各个部件之间进行信息传输的公共线路. 2.CPU芯片内部的总线是芯片级总线,也称为内部总线. 3.根据连线的数量,总线可分为串行总线和并行总线,其中串行总线一般用于长距离的数据 传送. 4.单向总线只能将信息从总线的一端传到另一端,不能反向传输. 5.主设备是指获得总线控制权的设备,从设备是指被主设备访问的设备. 6.总线的控制方式可分为集中式和分布式两种. 7.总线数据通信方式按照传输定时的方法可分为同步式和异步式两类. 8.同步方式下,总线操作有固定的时序,设备之间没有应答信号,数据的传输在一个公共的时 钟信号控制下进行. 9.异步方式下,总线操作周期时间不顾顶,通过握手(就绪/应答)信号相互联络. 10.双向传输的总线又可分为双工和半双工两种,后者可以在两个方向上同时传送信息. 11.决定总线由哪个设备进行控制称为总线裁决;实现总线数据的定时规则称为总线协议. 12.衡量总线性能一个重要指标是总线的数据传输速率,即单位时间内总线传输数据的能力. 13.与并行传输相比,串行串性传输所需数据线位数_少_. 14.总线_复用__技术可以使不同的信号在同一条信号线传输,分时使用. 15.总线事物中的操作序列可以包括请求操作,裁决操作，地址操作, 数据传输操作，总线释 放操作. 16.消息是一种有固定格式的数据,一般包含若干个字,其中可包含多种不同的信息. 总线协议是指实现总线传输的定时规则。 17.在菊花链方式下,越接近控制设备的设备优先级越高. 18.在计数器定时查询方式下, 设备号与计数器的设备可以使用总线. 19.总线设备与总线的连接界面是总线接口 20.穿行总线接口应具有进行串行与并行转换的功能. 21.串行传输方式中,一个数据桢通常包括起始位, 数据位, 校验位,结束位和空闲位. 23.系统总线接口是中央处理器内存外围控制设备之间相互连接的逻辑部件. 24.总线的基本特征包括物理特征,功能特征和电气特征. 25.总线功能特性包括总线的功能层次, 资源类型, 信息传递类型,信息传递方式和控制方式 26.总线的电气特性包括美意条信号线的信号传递方向,信号的时序特征和电平特征. 27.单处理系统中的总线可以分为三类:CPU内部连接各寄存器及运算部件之间的总线称为. 内部总线;中低速I/O设备之间连接的总线称为I/O总线;同一台计算机系统内的高速功能部件之间相互连接的总线称为系统总线 28.按照总线仲裁电路的位置的不同,总线仲裁有集中式仲裁和分布式仲裁两种方式. 29.总线控制主要解决总线使用权的问题.集中式仲裁有链式查询方式，计数器定时查询方式 和独立请求方式 7.2.2选择题 1.计算机使用总线结构的主要优点是便于实现积木化,同时____. A.减少了信息传输量 B.提高了信息传输量 C. 减少了信息传输线的条数 D. 加重了CPU的工作量. 答案:C

高速串行总线的常用测试码型

高速串行总线的常用测试码型本文讨论了高速串行链路中常用的测试码型伪随机码流的原理，以及不同的测试码型对物理层测试结果的影响。 高速串行总线的常用测试码型 在当今的电信和计算机产品上，相比传统的并行总线，电路中的串行总线越来越多，速率越来越快。比如通信产品中的10GBase-KR、CPRI2代，计算机中的PCIeGen2、SATA6G，存储产品中的SAS6G、FC8.5G，这些串行总线都陆续的跨过了5Gbps。由于速率比较高，使得串行总线上的相关的收发器芯片(SERDES)、连接器、单板、背板的设计面临着越来越多的挑战。对于这些高速串行总线的物理层测试，测试码型的选用至关重要，在很多串行总线的规范中对测试码型有严格的要求。本文将对此进行探讨。 首先，串行总线的物理层测试通常分为发射机测试和接收机测试，又称为TX测试和RX测试。发射机测试通常包括眼图、抖动、信号波形、幅度、上升下降时间等测试项目，接收机测试通常包括误码率、抖动容限、接收机灵敏度等测试项目。对于眼图测试、误码率和抖动容限测试，最常用的测试码是伪随机码(PseudoRandomBinarySequence，简称PRBS)，主要有PRBS7、PRBS15、PRBS23和PRBS31。除了PRBS以外，K28.5、1010、CJPAT等码型在很多串行总线的物理层测试中都很常用，特别是计算机上的串行标准(比如SATA、USB3.0、SAS)的测试码型有所不同，在本文中主要讨论最常用的测试码型——PRBS。 PRBS的实现方法 顾名思义，PRBS是伪随机码流，在其码流中包括了所有可能出现的比特组合，而且其出现的概率是相同的。PRBS信号是由PRBS码型发生器生成的。PRBS发生器通常是由线性反馈移位寄存器(LinearFeedbackShiftRegister，简称LFSR)和异或电路组成。如下图1所示为最简单的PRBS3的码型发生器，其多项式为X3+X2+1，即寄存器的第3位与第2位做异或(XOR)的逻辑运算后返回到寄存器的第1位，寄存器的第3位X3同时也是PRBS3发生器的输出。 图1：PRBS3码型发生器原理 在表格1中显示了PRBS3的n个周期的时钟后输出n个比特的码流。X1/X2/X3分别是3个比特移位寄存器的低位到高位，输出位是X3，初始状态为X1/X2/X3=1/1/1，如表格第1行所示。

几大通信协议区别

I2C和SPI,UART的区别 2009-12-07 21:55 SPI--Serial Peripheral Interface，(Serial Peripheral Interface：串行外设接口)串行外围设备接口，是Motorola公司推出的一种同步串行通讯方式，是一种三线同步总线，因其硬件功能很强，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。 I2C--INTER-IC(INTER IC BUS：意为IC之间总线)串行总线的缩写，是PHILIPS 公司推出的芯片间串行传输总线。它以1根串行数据线（SDA）和1根串行时钟线（SCL）实现了双工的同步数据传输。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I2C总线器件同时接到I2C总线上，通过地址来识别通信对象。 能用于替代标准的并行总线，能连接的各种集成电路和功能模块。I2C是多主控总线，所以任何一个设备都能像主控器一样工作，并控制总线。总线上每一个设备都有一个独一无二的地址，根据设备它们自己的能力，它们可以作为发射器或接收器工作。多路微控制器能在同一个I2C总线上共存。 最主要的优点是其简单性和有效性。它支持多主控(multimastering)，其中任何能够进行发送和接收的设备都可以成为主总线。一个主控能够控制信号的传输和时钟频率。当然，在任何时间点上只能有一个主控。 UART(Universal Asynchronous Receiver Transmitter：通用异步收发器):单端，远距离传输。大多数计算机包含两个基于RS232的串口。串口同时也是仪器仪表设备通用的通信协议；很多GPIB兼容的设备也带有RS-232口。同时，串口通信协议也可以用于获取远程采集设备的数据。串口通信的概念非常简单，串口按位（bit）发送和接收字节。尽管比按字节（byte）的并行通信慢，但是串口可以在使用一根线发送数据的同时用另一根线接收数据。它很简单并且能够实现远距离通信。比如IEEE488定义并行通行状态时，规定设备线总常不得超过20米，并且任意两个设备间的长度不得超过2米；而对于串口而言，长度可达1200米。----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 区别在电气信号线上： SPI总线由三条信号线组成：串行时钟(SCLK)、串行数据输出(SDO)、串行数据输入(SDI)。SPI总线可以实现多个SPI设备互相连接。提供SPI串行时钟的SPI设备为SPI主机或主设备(Master)，其他设备为SPI从机或从设备(Slave)。主从设备间可以实现全双工通信，当有多个从设备时，还可以增加一条从设备选择线。 如果用通用IO口模拟SPI总线，必须要有一个输出口(SDO)，一个输入口(SDI)，另一个口则视实现的设备类型而定，如果要实现主从设备，则需输入输出口，若只实现主设备，则需输出口即可，若只实现从设备，则只需输入口即可。

计算机组成原理 课后答案 第三章系统总线

第3章系统总线 1. 什么是总线？总线传输有何特点？为了减轻总线负载，总线上的部件应具备什么特点？P41 答：总线是连接多个部件共享的信息传输线，是各部件共享的传输介质。 总线传输的特点是：某一时刻，只允许有一个部件向总线发送信息，而多个部件可以同时从总线上接受相同的信息。 为了减轻总线负载，总线上的部件应通过三态驱动缓冲电路与总线连通。 2.总线如何分类？什么是系统总线？系统总线又分为几类，它们各有何作用,是单向的，还是双向的，他们与机器字长、存储字长、存储单元有何关系？ 答：总线的分类： （1）按数据传送方式分：并行传输总线和串行传输总线； （2）按总线的使用范围分：计算机总线、测控总线、网络通信总线等； （3）按连接部件分：片内总线、系统总线和通信总线。 系统总线是指CPU、主存、I/O设备（通过I/O接口）各大部件之间的信息传输线。 按系统总线传输信息不同，可分为3类：数据总线、地址总线和控制总线。 （1）数据总线：数据总线是用来传输个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，一般为8 位、16位或32位。 （2）地址总线：地址总线主要是用来指出数据总线上的源数据或目的数据在主存单元的地址或I/O设备的地址，地址总线上的代码是 用来指明CPU欲访问的存储单元或I/O端口的地址，由CPU输出， 是单向的，地址线的位数与存储单元的个数有关，如地址线有20 根，则对应的存储单元个数为220。 （3）控制总线：控制总线是用来发出各种控制信号的传输线，其传输是单向的。 3.常用的总线结构有几种？不同的总线结构对计算机的性能有什么影响？举例说明。 答：总线结构通常有单总线结构和多总线结构。 （1）单总线结构是将CPU、主存、I/O设备都挂在一组总线上，允许I/O 设备之间、I/O设备与CPU之间或I/O设备与主存之间直接交换信息。这种 4.为什么要设置总线判优控制？常见的集中式总线控制有几种？各有何特 点？哪种方式响应时间最快？哪种方式对电路故障最敏感？

SPI、I2C、UART三种串行总线协议的区别

第一个区别当然是名字： SPI(Serial Peripheral Interface：串行外设接口); I2C(INTER IC BUS) UART(Universal Asynchronous Receiver Transmitter：通用异步收发器) 第二，区别在电气信号线上： SPI总线由三条信号线组成：串行时钟(SCLK)、串行数据输出(SDO)、串行数据输 入(SDI)。SPI总线可以实现多个SPI设备互相连接。提供SPI串行时钟的SPI设备为SPI主机或主设备(Master)，其他设备为SPI从机或从设备(Slave)。主从设备间可以 实现全双工通信，当有多个从设备时，还可以增加一条从设备选择线。如果用通用IO 口模拟SPI总线，必须要有一个输出口(SDO)，一个输入口(SDI)，另一个口则视实现 的设备类型而定，如果要实现主从设备，则需输入输出口，若只实现主设备，则需输 出口即可，若只实现从设备，则只需输入口即可。 I2C总线是双向、两线(SCL、SDA)、串行、多主控（multi-master）接口标准，具有总线仲裁机制，非常适合在器件之间进行近距离、非经常性的数据通信。 在它的协议体系中，传输数据时都会带上目的设备的设备地址，因此可以实现 设备组网。如果用通用IO口模拟I2C总线，并实现双向传输，则需一个输入 输出口(SDA)，另外还需一个输出口(SCL)。（注：I2C资料了解得比较少，这 里的描述可能很不完备） UART总线是异步串口，因此一般比前两种同步串口的结构要复杂很多，一般 由波特率产生器(产生的波特率等于传输波特率的16倍)、UART接收器、 UART发送器组成，硬件上由两根线，一根用于发送，一根用于接收。显然， 如果用通用IO口模拟UART总线，则需一个输入口，一个输出口。 第三，从第二点明显可以看出，SPI和UART可以实现全双工，但I2C不行； 第四，看看牛人们的意见吧！ 1、I2C线更少，我觉得比UART、SPI更为强大，但是技术上也更加麻烦些，因为I2C需要有双向IO的支持，而且使用上拉电阻，我觉得抗干扰能力较弱，一般用于同一板卡上芯片之间的通信，较少用于远距离通信。SPI实现要简单 一些，UART需要固定的波特率，就是说两位数据的间隔要相等，而SPI则无 所谓，因为它是有时钟的协议。 2、I2C的速度比SPI慢一点，协议比SPI复杂一点，但是连线也比标准的SPI要少。

串行总线概述

SERDES概述 写在开头：不出意外的话，这又是一个系列话题。包括串行，损耗，加重均衡等。小陈才疏学浅，只能写出个概述，望大神指正。 再写在开头：当小陈还是一个无忧无虑的大学生的时候，说过一句这样的话“懂你的人并不是你想要什么就给你什么，而是他给了你，你才发现这才是你想要的。”如Iphone之于手机，如频域之于信号分析。以前小陈觉得频域这东西不如时域好用，不明白这个想象中的东西怎么可能比实际存在的时域更加简单。直到脑子里能把一个个频域的点看成一个正弦波，直到发现一条复杂无比的通道能使用一个清晰的S参数表示。 为何串行 人们对高速的追求就像对美好生活的向往一样永无止境。在人们面前有两条路可以走，第一条是增加信道的数量，用更多的信道传输更多的信号，也就是我们所说的并行；第二条是提高单通道的信号速率，也就是我们所说的高速串行。 而在现在的高速传输中，SERDES早已成为了绝对的主流。主要是因为并行传输有着先天的劣势：时钟周期变得越来越短，并行的时序已经无法满足。 在之前的《串扰系列》中有说到，由于使用数字信号通信，信道的噪声容限有了很大的提升，DDR3信号的噪声裕量甚至能达到了600mV，相当于信号电平的40%。这40%的裕量将被反射，损耗，电源噪声，串扰等问题瓜分。串行信号同样面临着这样的问题，于是······ SERDES：“工程师爸爸，我上升沿陡，反射会比较严重！” 于是工程师把高速串行信号的驱动阻抗和接收阻抗都做成了100欧姆，与传输线相匹配：“我已经帮你把源端和末端两个最严重的反射给去掉啦，剩下的就靠你啦。” SERDES：“工程师爸爸，我翻转次数多，串扰会比较严重！”

IIC总线协议最佳理解

IIC总线协议 1）IIC总线的概念 IIC总线是一种串行总线，用于连接微控制器及其外围设备，具有以下特点： ①两条总线线路：一条串行数据线（SDA），一条串行时钟线（SCL） ②每个连接到总线的器件都可以使用软件更具它的唯一的地址来识别 ③传输数据的设备间是简单的主从关系 ④主机可以用作主机发送器或主机接收器 ⑤它是一个多主机总线，两个或多个主机同时发起数据传输时，可以通过冲突检测和仲裁来方式数据被破坏 ⑥串行的8位双向数据传输，位速率在标准模式下可达100kbit/s，在快速模式下可达400kbit/s，在高速模式下可达3.4Mbit/s ⑦片上的滤波器可以增加干扰功能，保证数据的完整 ⑧连接到同一总线上的IC数量受到总线最大电容的限制 发送器：发送数据到总线的器件 接收器：从总线接收数据的器件 主机：发起/停止数据传输、提供时钟信号的器件 从机：被主机寻址的器件 多主机：可以有多个主机试图去控制总线，但是不会破坏数据 仲裁：当多个主机试图去控制总线时，通过仲裁可以使得只有一个主机获得总线控制权，并且它传输的信息不会被破坏 同步：多个器件同步时钟信号的过程

I2C总线通过上拉电阻接正电源。当总线空闲时，两根线均为高电平。连到总线上的任一器件输出的低电平，都将使总线的信号变低，即各器件的SDA及SCL 都是线“与”关系。 每个接到I2C总线上的器件都有唯一的地址。主机与其它器件间的数据传送可以是由主机发送数据到其它器件，这时主机即为发送器。由总线上接收数据的器件则为接收器。 在多主机系统中，可能同时有几个主机企图启动总线传送数据。为了避免混乱， I2C总线要通过总线仲裁，以决定由哪一台主机控制总线。 在80C51单片机应用系统的串行总线扩展中，我们经常遇到的是以80C51单片机为主机，其它接口器件为从机的单主机情况。 数据位的有效性规定： I2C总线进行数据传送时，时钟信号为高电平期间，数据线上的数据必须保持稳定，只有在时钟线上的信号为低电平期间，数据线上的高电平或低电平状态

系统总线

第八章系统总线 2. 简单回答下列问题。（参考答案略） （1）什么情况下需要总线仲裁？总线仲裁的目的是什么？有哪几种常用的仲裁方式？各有什么特点？ （2）总线通信采用的定时方式有哪几种？各有什么优缺点？ （3）在异步通信中，握手信号的作用是什么？常见的握手协议有哪几种？各有何特点？ （4）什么叫非突发传送和突发传送？ （5）提高同步总线的带宽有哪几种措施？ （6）制定总线标准的好处是什么？总线标准是如何制定出来的？ 3. 假设一个同步总线的时钟频率为50MHz，总线宽度为32位，该总线的最大数据传输率为多少？‘ 参考答案： 最大数据传输率为：4B×50M=20MB/s 5. 假定一个32位微处理器的外部处理器总线的宽度为16位，总线时钟频率为40MHz，假定一个总线事务的 最短周期是4个总线时钟周期，该处理器的最大数据传输率是多少？如果将外部总线的数据线宽度扩展为32位，那么该处理器的最大数据传输率提高到多少？这种措施与加倍外部总线时钟频率的措施相比，哪种更好？ 参考答案： 一次总线事务至少为4×1/40M(秒)，只能传送16位数据，故处理器最大数据传输率为：2B/(4×1/40M) = 20MB/秒。若采用32位总线宽度，则可提高到4B/(4×1/40M) = 40MB/s. 若倍频，也可提高到2B/(4×1/80M)=40MB/s. 两者效果相同。 6. 试设计一个采用固定优先级的具有4个输入的集中式独立请求裁决器。 参考答案： 设计一个并行判优电路即可。 7. 假设某存储器总线采用同步通信方式，时钟频率为50MHz时钟，每个总线事务以突发方式传输8个字，以 支持块长为8 个字的Cache行读和Cache行写，每字4字节。对于读操作，访问顺序是1个时钟周期接受地址，3个时钟周期等待存储器读数，8个时钟周期用于传输8个字。对于写操作，访问顺序是1个时钟周期接受地址，2个时钟周期延迟，8个时钟周期用于传输8个字，3个时钟周期恢复和写入纠错码。对于以下访问模式，求出该存储器读/写时在存储器总线上的带宽。 ①全部访问为连续的读操作； ②全部访问为连续的写操作； ③的访问为读操作，35%的访问为写操作。 65% 参考答案： ①8个字用1+3+8=12个周期，故8×4B/(12×1/50M) = 133 MB/s. ②8个字用1+2+8+3=14个周期，故8×4B/(14×1/50M) = 114 MB/s.

汽车总线系统通信协议分析与比较

河南机电高等专科学校 《汽车单片机与局域网技术》 大作业 专业班级：汽电112 姓名：史帅峰 学号：111606240 成绩： 指导老师：袁霞 2013年4月16日 汽车总线系统通信协议分析与比较 摘要：本文主要针对汽车总线系统通讯协议，探讨汽车总线通讯协议的种类、发展趋势以及技术特点。在对诸多组织和汽车制造商研发的各类汽车总线进行比较和探讨的基础上，对其现状进行了分析；并综合汽车工业的特点对这两大类汽车总线协议的发展前景作了分析。关键词：汽车总线技术通讯协议车载网络 引言：汽车电子技术是汽车技术和电子技术结合发展的产物。从20世纪60年代开始，随着电子技术的飞速发展，汽车的电子化已经成为公认的汽车技术发展方向。在汽车的发展过程中，为了提高汽车的性能而增加汽车电器，电器的增加导致线缆的增加，而线束的增加又使整车质量增加、布线更加复杂、可维护性变差，从而又影响了汽车经济性能的提高。因此，一种新的技术就被研发出来，那就是汽车总线技术。总线技术在汽车中的成功应用，标志着汽车电子逐步迈向网络化。 一、车载网络的发展历程 20世纪80年代初，各大汽车公司开始研制使用汽车内部信息交互的通信方式。博世公司与英特尔公司推出的CAN总线具有突出的可靠性、实时性和灵活性，因而得到了业界的广泛认同，并在1993年正式成为国际标准和行业标准。TTCAN对CAN协议进行了扩展，提供时间触发机制以提高通讯实时性。TTCAN的研究始于2000年，现已成为CAN标准的第4部分ISO11898-4，该标准目前处于CD(委员会草案)阶段。 1994年美国汽车工业协会提出了1850通信协议规范。从1998年开始，由宝马、奥迪等七家公司和IC公司共同开发能满足车身电子要求的低成本串行总线技术，该技术在2000年2月2日完成开发，它就是LIN。 FlexRay联盟推进了FlexRay的标准化，使之成为新一代汽车内部网络通信协议。FlexRay车载网络标准已经成为同类产品的基准，将在未来很多年内，引导整个汽车电子产品控制结构的发展方向。FlexRay是继CAN和LIN之后的最新研发成果。 车载网络的分类及其网络协议 从20世纪80年代以来不断有新的网络产生，为了方便研究和应用，美国汽车工业协会（SAE）的车辆委员会将汽车数据传输网络划分为A、B、C三类。 A类网络 A类网络是面向传感器/执行器控制的低速网络，数据传输速度通常小于10kb/s，主要用于后视镜调整、电动车窗、灯光照明等控制。 A类网络大都采用通用异步收发器（UART，Universal Asynchronous Receiver/Trsmitter）标准，使用起来既简单又经济。但随着技术水平的发展，将会逐步被其他标准所代替。 A类网络目前首选的标准是LIN总线，是一种基于UART数据格式、主从结构的单线12V总线通信系统，主要用于智能传感器和执行器的串行通信。

计算机组成原理习题第六章总线系统

第六章总线系统 一、填空题： 1.PCI总线采用仲裁方式，每一个PCI设备都有独立的总线请求和总线授权两条信号线与相连。 2.SCSI是处于和之间的并行I/O接口，可允许连接台不同类型的高速外围设备。 3.总线有A 特性、B 特性、C 特性、D 特性，因此必须E 。 4.微型计算机的标准总线从16位的A 总线发展到32位的B 总线和C 总线，又进一步发展到64位的D 总线。 二、选择题： 1.计算机使用总线结构的主要优点是便于实现技术化，同时______。 A. 减少信息传输量 B. 提高信息传输速度 C. 减少了信息传输线的条数 D. 减少了存储器占用时间 2.描述PCI总线基本概念中正确的句子是______。 A.PCI总线的基本传输机制是猝发式传送 B.PCI总线是一个与处理器有关的高速外围总线 C.PCI设备一定是主设备 D.系统中允许只有一条PCI总线 3.描述PCI总线中基本概念表述不正确的是______。 A.PCI设备不一定是主设备 B.PCI总线是一个与处理器有关的高速外围总线 C.PCI总线的基本传输机制是猝发式传送 D.系统中允许有多条PCI总线 4.并行I/O标准接口SCSI中，一块适配器可以连接______台具有SCSI接口的设备。 A. 6 B. 7 C. 8 D. 9 5.下面对计算机总线的描述中，确切完备的概念是______。 A.地址信息、数据信息不能同时出现 B.地址信息与控制信息不能同时出现 C.数据信息与控制信息不能同时出现 D.两种信息源的代码不能在总线中同时传送 6.SCSI接口以菊花链形式最多可连接______台设备。 A．7台 B．8台 C．6台 D．10台 7.微型机系统中外设通过适配器与主板的系统总线相连接，其功能是___。 A. 数据缓冲和数据格式转换 B.监测外设的状态 C.控制外设的操作 D. 前三种功能的综合作用 8.计算机使用总线结构的主要优点是便于实现积木化,同时___。 A.减少了信息传输量 B.提高了信息传输的速度

第10章流水线技术

10.1指令流水 一、如何提高机器速度 1. 提高访存速度 2. 提高I/O 和主机之间的传送速度?提高整机处理能力高速芯片 Cache 多体并行 I/O 处理机 DMA 多总线 通道 高速器件 改进系统结构，开发系统的并行性 中断 3. 提高运算器速度高速芯片 改进算法 快速进位链

二、系统的并行性 时间上互相重叠 2. 并行性的等级 指令级（指令之间） （指令内部） 过程级（程序、进程）两个或两个以上事件在同一时刻发生 两个或两个以上事件在同一时间段发生 并行 1. 并行的概念 粗粒度软件实现细粒度 硬件实现 并发同时

取指令3执行指令3三、指令流水原理 2. 指令的二级流水 1. 指令的串行执行 取指令取指令部件 完成 总有一个部件空闲 指令预取 若取指和执行阶段时间上完全重叠… 执行指令 执行指令部件完成 取指令1执行指令1 取指令2执行指令2 取指令3 执行指令3 取指令2执行指令2 取指令1执行指令1

必须等上条指令执行结束，才能确定下条指令的地址， 造成时间损失 3. 影响指令流水效率加倍的因素 (1) 执行时间> 取指时间 (2) 条件转移指令对指令流水的影响 解决办法？ 取指令部件 指令部件缓冲区 执行指令部件 猜测法

4. 指令的六级流水 串行执行 6 ×9 ＝54个时间单位完成一条指令 6 个时间单位 CO FO EI WO DI FI CO FO EI WO DI FI CO FO EI WO DI FI CO FO EI WO DI FI CO FO EI WO DI FI CO FO EI WO DI FI CO FO EI WO DI FI CO FO EI WO DI FI CO FO EI WO DI FI 指令1指令2指令3指令4 指令5指令6指令7指令8 指令9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 t

SPI、I2C、UART三种串行总线协议的区别

SPI、I2C、UART三种串行总线协议的区别 第一个区别当然是名字： SPI(Serial Peripheral Interface：串行外设接口); I2C(INTER IC BUS：意为IC之间总线) UART(Universal Asynchronous Receiver Transmitter：通用异步收发器) 第二，区别在电气信号线上： SPI总线由三条信号线组成：串行时钟(SCLK)、串行数据输出(SDO)、串行数据输入(SDI)。SPI总线可以实现多个SPI设备互相连接。提供SPI串行时钟的SPI设备为SPI主机或主设备(Master)，其他设备为SPI从机或从设备(Slave)。主从设备间可以实现全双工通信，当有多个从设备时，还可以增加一条从设备选择线。 如果用通用IO口模拟SPI总线，必须要有一个输出口(SDO)，一个输入口(SDI)，另一个口则视实现的设备类型而定，如果要实现主从设备，则需输入输出口，若只实现主设备，则需输出口即可，若只实现从设备，则只需输入口即可。 I2C总线是双向、两线(SCL、SDA)、串行、多主控（multi-master）接口标准，具有总线仲裁机制，非常适合在器件之间进行近距离、非经常性的数据通信。在它的协议体系中，传输数据时都会带上目的设备的设备地址，因此可以实现设备组网。 如果用通用IO口模拟I2C总线，并实现双向传输，则需一个输入输出口(SDA)，另外还需一个输出口(SCL)。（注：I2C资料了解得比较少，这里的描述可能很不完备） UART总线是异步串口，因此一般比前两种同步串口的结构要复杂很多，一般由波特率产生器(产生的波特率等于传输波特率的16倍)、UART接收器、UART 发送器组成，硬件上由两根线，一根用于发送，一根用于接收。 显然，如果用通用IO口模拟UART总线，则需一个输入口，一个输出口。 第三，从第二点明显可以看出，SPI和UART可以实现全双工，但I2C不行；

系统总线 实验报告

计算机科学与技术系 实验报告 专业名称计算机科学与技术 课程名称计算机组成与结构 项目名称具有基本输入输出功能的总线接口实验班级 学号 姓名 同组人员无 实验日期 2015-10-24

一、实验目的 1.理解总线的概念及其特性； 2.掌握控制总线的功能和应用。 二、实验逻辑原理图与分析 2.1 实验逻辑原理图及分析 由于存储器和输入、输出设备最终是要挂接到外部总线上，所以需要外部总线提供数据信号、地址信号以及控制信号。在该实验平台中，外部总线分为数据总线、地址总线和控制总线，分别为外设提供上述信号。外部总线和CPU内总线之间通过三态门连接，同时实现了内外总线的分离和对数据流向的控制。地址总线可以为外部设备提供地址信号和片选信号。由地址总线的高位进行译码，系统的I/O地址空间被分为四个区，如图所示： 为了实现对于MEM和外设的读写操作，还需要一个读写控制逻辑，使得CPU 能控制MEM和I/O设备的读写，实验中的读写控制逻辑如下图所示：

三、 数据通路图及分析 (画出数据通路图并作出分析) 在理解读写控制逻辑的基础上设计一个总线传输的实验。实验所用总线传输实验框图如下图所示，它将几种不同的设备挂至总线上，有存储器、输入设备、输出设备、寄存器。这些设备都需要有三态输出控制，按照传输要求恰当有序的控制它们，就可实现总线信息传输。 分析：① 输入设备将一个数打入RO 寄存器； ② 输入设备将另一个数打入地址寄存器； ③ 将RO 寄存器中的数写入到当前地址的寄存器中； ④ 将当前地址的寄存器中的数用LED 数码管显示。 四、实验数据和结果分析 4.1 实验结果数据如图所示 ⑴输入设备将11H 打入RO 寄存器 ⑵将RO 中的数据11H 打入寄存器01H 单元

485与can协议的区别

485与can协议的区别 1．引言 1986年2月，Robert Bosch公司在SAE 汽车工程协会大会上介绍了一种新型的串行总线CAN控制器局域网，那是CAN 诞生的时刻。今天在欧洲几乎每一辆新客车均装配有CAN 局域网，同样CAN也用于其他类型的交通工具从火车到轮船或者用于工业控制。CAN 已经成为全球范围内最重要的总线之一，甚至领导着串行总线，在1999年接近6 千万个CAN 控制器投入应用，2000年市场销售超过1 亿个CAN 器件。但在国内，基于历史或者其他的原因，大多数的厂商工程师在设计产品工程立项时，第一想到的是应用RS-485总线系统。但是，随着社会的发展，对计算机控制要求越来越高，现场应用的条件越来越复杂，所以，CAN网络总线替代RS-485网络总线将成为历史的必然趋势。 2．RS-485和CAN网络总线性能比较 RS-485是一种半双工、全双工异步通信总线，是为弥补RS-232 通信距离短、速率低等缺点而产生的。RS-485只规定了平衡驱动器和接收器的电气特性，而没有规定接插件、传输电缆和应用层通信协议，因而在当时看来是一种相对经济、具有相当高噪声抑制、相对高的传输速率、传输距离远和宽共模范围的平台。RS-485总线上只能有一个主机，往往应用在集中控制枢纽与分散控制单元之间。但是，CAN-bus 是一种多主方式的串行通讯总线，基本设计规范要求有高的位速率、高抗电磁干扰性而且能够检测出产生的任何错误。CAN- bus总线在通信能力可靠性、实时性、灵活性、易用性、传输距离远、成本低等方面有着明显的优势，成为业界最有前途的现场总线之一。RS-485与CAN总线性能比较见表1： 通过表1比较可知：RS-485 网络除了硬件成本开发难度比CAN-bus 网络稍具优势外，其他性能方面都没有可比性。在产品更新速度特别快的今天，如果将产品的上市时间产品的后期维护、软件开发难度等计算在一起，RS-485 的硬件成本优势也变得不十分明显，因而用CAN 总线取代R S-485 总线是一种比较彻底的方案。 特性RS-485 CAN-bus 成本低廉稍高，多20-30元/节点 总线利用率低高 网络特性单主节点多主节点 数据传输率低高

UART以及其他接口协议

UART以及其他接口协议 2007-06-26 16:42 由于在消费类电子产品、计算机 外设、汽车和工业应用中增加了 嵌入式功能，对低成本、高速和 高可靠通信介质的要求也不断增 长以满足这些应用，其结果是越 来越多的处理器和控制器用不同 类型的总线集成在一起，实现与 PC软件、开发系统(如仿真器)或网 络中的其它设备进行通信。目前 流行的通信一般采用串行或并行 模式，而串行模式应用更广泛。 微处理器中常用的集成串行总线 是通用异步接收器传输总线、串 行通信接口、同步外设接口(SPI)、 内部集成电路(I2C)和通用串行总 线，以及车用串行总线，包括控制器区域网(CAN)和本地互连网(LIN)。这些总线在速度、物理接口要求和通信方法学上都有所不同。本文将对嵌入式系统设计的串行总线、驱动器和物理接口这些要求提供一个总体介绍，为选择最优总线提供指导并给出一个比较图表(表1)。为了说明方便起见，本文的阐述是基于微处理器的设计。 串行与并行相比 串行相比于并行的主要优点是要求的线数较少。例如，用在汽车工业中的LIN串行总线只需要一根线来与从属器件进行通信，Dallas公司的1-Wire总线只使用一根线来输送信号和电源。较少的线意味着所需要的控制器引脚较少。集成在一个微控制器中的并行总线一般需要8条或更多的线，线数的多少取决于设计中地址和数据的宽度，所以集成一个并行总线的芯片至少需要8个引脚来与外部器件接口，这增加了芯片的总体尺寸。相反地，使用串行总线可以将同样的芯片集成在一个较小的封装中。 另外，在PCB板设计中并行总线需要更多的线来与其它外设接口，使PCB板面积更大、更复杂，从而增加了硬件成本。此外，工程师还可以很容易地将一个新器件加到一个串行网络中去，而且不会影响网络中的其它器件。例如，可以很容易地去掉总线上旧器件并用新的来替代。 。 串行总线的故障自诊断和调试也非常简单，可以很容易地跟踪网络中一个有故障的器件并用新器件替换而不会干扰网络。但另一方面，并行总线比串行速度快。例如，Rambus公司的“Redwood”总线速度可高达，而最高的串行速度不会超过几个兆赫。 在工业和汽车应用中常用的串行协议

第三章 系统总线

第三章系统总线 （一）选择题 1.计算机使用总线结构便于增减外设，同时 A.减少了信息传输量 B.提高了信息的传输速度 C.减少了信息传输线的条数 2.计算机使用总线结构的主要优点是便于实现积木化，缺点是 A.地址信息、数据信息和控制信息不能同时出现 B.地址信息与数据信息不能同时出现 C.两种信息源的代码在总线中不能同时传送 3.微型计算机中控制总线提供的完整信息是 A.存储器和I/O设备的地址码 B.所有存储器和I/O设备的时序信号和控制信号 C.来自I/O设备和存储器的响应信号 D.上述各项 E.上述B 、C两项 F.上述A、B两项 4.总线中地址线的作用是 A.只用于选择存储器单元 B.由设备向主机提供地址 C.用于选择指定存储器单元和I/O设备接口电路的地址 5.在三种集中式总线控制中，独立请求方式响应时间最快，是以为代价的。 A.增加处理机的开销 B.增加控制线数 C.增加处理机的开销和增加控制线数 6.以下描述PCI总线的基本概念中，正确的是 A. PCI总线是一个与处理器时钟频率无关的高速外部总线 B. PCI总线需要人工方式与系统配置 C.系统中只允许有一条PCI总线 7.连接计算机与计算机之间的总线属于总线。 A.内 B.系统 C.通信 8.在计数器定时查询方式下，若计数从0开始，则 A.设备号小的优先级高

B.每个设备使用总线的机会相等 C.设备号大的优先级高 9.系统总线中的数据线、地址线和控制线是根据来划分的。 A.总线所处的位置 B总线的传输方向 C.总线传输的内容 10在各种异步通信方式中，速度最快。 A.全互锁 B.半互锁 C.不互锁 11.总线的独立请求方式优点是 A.速度高 B.可靠性高 C.成本低 12.总线中数据信号和地址信号分别用一组线路传输，这种传输方式称为 A.串行传输 B.并行传输 C.复用传输 13.不同的信号共用一组信号线，分时传送，这种总线传输方式是传输。 A.猝发 B.并行 C.复用 14.总线的异步通信方式 A.不采用时钟信号，只采用握手信号 B.既采用时钟信号，又采用握手信号 C.既不采用时钟信号，又不采用握手信号 15.总线的半同步通信方式 A.不采用时钟信号，只采用握手信号 B.既采用时钟信号，又采用握手信号 C既不采用时钟信号，又不采用握手信号。 （二）填空题 1.总线上的主模块是指对总线有控制权的模块，从模块是指被主模块访问的模块，只能响应从主模块发来的各种总线命令 2.总线宽度是指数据线的宽度（根数），总线带宽是指.单位时间内总线上传输数据的位数 3.单向总线只能将信息从总线的一端传到另一端，不能反向传输。 4.在计数器定时查询方式下，采用每次从上一次计数的终止点开始计数的方式，可使每个设备使用总线的优先级相等。

计算机组成原理 课后答案 第三章系统总线

第3章系统总线 1. 什么是总线总线传输有何特点为了减轻总线负载，总线上的部件应具备什么特点P41 答：总线是连接多个部件共享的信息传输线，是各部件共享的传输介质。 总线传输的特点是：某一时刻，只允许有一个部件向总线发送信息，而多个部件可以同时从总线上接受相同的信息。 为了减轻总线负载，总线上的部件应通过三态驱动缓冲电路与总线连通。 2.总线如何分类什么是系统总线系统总线又分为几类，它们各有何作用,是单向的，还是双向的，他们与机器字长、存储字长、存储单元有何关系答：总线的分类： （1）按数据传送方式分：并行传输总线和串行传输总线； （2）按总线的使用范围分：计算机总线、测控总线、网络通信总线等； （3）按连接部件分：片内总线、系统总线和通信总线。 系统总线是指CPU、主存、I/O设备（通过I/O接口）各大部件之间的信息传输线。 按系统总线传输信息不同，可分为3类：数据总线、地址总线和控制总线。 （1）数据总线：数据总线是用来传输个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，一般为8 位、16位或32位。 （2）地址总线：地址总线主要是用来指出数据总线上的源数据或目的数据在主存单元的地址或I/O设备的地址，地址总线上的代码是 用来指明CPU欲访问的存储单元或I/O端口的地址，由CPU输出， 是单向的，地址线的位数与存储单元的个数有关，如地址线有20 根，则对应的存储单元个数为220。 （3）控制总线：控制总线是用来发出各种控制信号的传输线，其传输是单向的。 3.常用的总线结构有几种不同的总线结构对计算机的性能有什么影响举例说明。 答：总线结构通常有单总线结构和多总线结构。 （1）单总线结构是将CPU、主存、I/O设备都挂在一组总线上，允许I/O 设备之间、I/O设备与CPU之间或I/O设备与主存之间直接交换信息。这种 4.为什么要设置总线判优控制常见的集中式总线控制有几种各有何特点哪 种方式响应时间最快哪种方式对电路故障最敏感