总线系统
总线系统(Bus System,BS)
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什么是总线系统[1]
总线系统是指微型计算机各部件之间传送信息的通道。
总线系统的层次[2]
总线系统的信号类型[2]
由于同一类型总线插槽上的引脚信号有严格定义，因此，外部插卡插入任意一个同类型的扩展插槽中都能正常工作。系统总线上的各种信号连接到扩展插槽上，当接口卡(插卡)插入插槽后，各种信号就接入插卡。就整体而言，总线上的信号大体上可分成以下4大类。
(1)电源线
由于总线与接口卡相连，因此总线为接口卡以及部分外围设备提供所需的电源。通常只需要±5V电压，但对于硬盘上的步进电机(马达)，则需要±12V的电压。局部总线如PCI提供+3．3V的电源。接地线一方面供应电源使用，另一方面也可用于消除或降低干扰。
(2)地址总线
I／O地址需通过扩展总线送到总线插槽上，的译码电路进行解码，选择插卡上的具体端口。度不同，如ISA为24位、PCI为32位等。
(3)数据总线
插卡插入扩展槽后，地址信号经插卡上不同类型的扩展总线提供的地址总线宽数据的传输是总线最重要的使命。所有往来于外围部件与主板的数据信息、状态信息及控制命令等都要经过数据总线传送，数据总线是最繁忙的一条通道。不同总线类型，其数据总线的位数不同。有ISA为16位、VESA为32位、PCI为32位并可扩展为64位等。
(4)控制总线
扩展总线上的控制信号可归纳为时钟信号、读／写控制信号、中断信号、DMA控制信号与电源控制信号等。控制对外部接口的读、写操作。
总线系统构成[3]
1．PCI总线
PXI总线规范是在PCI规范的基础上发展而来的，包含了PCI总线的所有信号线，具有PCI的各项性能和特点。基本PCI总线是32位总线，可扩展至64位。PCI总线支持猝发工作方式，总线同步工作频率可达33MHz，能自动进行配置以实现即插即用，可独立于处理器以及任何主设备与从设备之间进行点对点访问。
PCI总线的组成包括地址数据信号(由32位地址数据复用总线、4条总线命令和字节允许信号线、1条奇偶校验线构成)、接口控制信号(由帧周期信号线、主设备准备好信号线、从设备准备好信号线、停止数据传送信号线、锁定信号线构成)、仲裁信号(由总线请求信号线和总线请求允许信号线构成)、错误报告信号(由数据奇偶校验错误信号线、漏极开路信号线构成)、中断请求信号(包括4条中断请求信号线)、高速缓存支持信号(包括试探返回信号线和预测命中缓冲信号线)和系统信号(由总线时钟信号线和复位信号线组成)。另外，为了适应对数据传输速度的更高要求，PCI还可以另外进行扩展，经过扩展后，总线增加32条数据地址复用线，除此之外，还有高位传输请求信号、高位传输响应信号、高位数据允许信号、高位数据奇偶校验信号等。
2．PXI总线
PXI总线具备PCI总线的全部内容，32位和64位数据传输速率分别可达132MB／s和264MB／s。
另外，PXI总线支持3．3V系统电压和PCI—PCI桥路扩展。除了PCI总线，PXI总线增加了本地总线、参考时钟、触发总线和星形触发信号线，以适应电子测量领域，满足高精确度定时、同步与数据通信的要求。
PXI的本地总线与VXI的本地总线相似，起到了相邻模块之间数据通信的桥梁作用，它包含左右各13条信号线，可实现菊花链式的总线连接。参考时钟为一路10MHz基准频率信号，可为多个模块提供工作同步所需的时钟基准。触发总线由8条触发线组成，可实现异步和同步触发。星形触发信号线含12跳线，由设置在邻近系统模块2号槽的星形触发控制器发出，接至其他各模块实现对模块工作的控制。PXI可利用PCI—PCI桥接技术进行系统扩展。扩展时须采用一定的桥接器模块，这样在两个PXI机箱内各安装一个桥接器模块，即可连成一个整体设备。这个设备只有一个主设备内装有系统控制器模块，另一个则没有控制器。
总线系统的基本工作原理[4]
总线系统的工作简单地说就是在总线控制器的作用下，通过总线设备接口控制、管理连接在总线上的设备使用总线。一个简单的总线系统如图2所示。
总线的主要特征是信息传输线是共享的。总线设备为了使用总线，必须首先获得总线的使用权。总线设备使用完总线后，必须释放使用权给其他设备使用。这些操作是通过设备和总线控制器间的请求与应答信号完成的。设备使用总线的时序如图3所示。
图3中，设备使用总线的过程描述如下：
·首先，设备发出总线使用请求，并等待获得总线使用权；
·总线控制器根据使用总线的规则，对该请求给出应答，表明该设备可以使用总线；
·设备在得到应答以后，就开始使用总线进行数据交换；
·数据交换完成以后，设备将发出撤销使用总线的请求，表示设备本次使用总线完毕；
·总线控制器在接收到撤销使用总线的请求信号后，收回总线使用权，使总线处于释放状态，然后发出总线撤销使用应答信号；
·总线撤销使用应答信号发出以后，总线进入空闲状态，可以接受新的请求。