總線與異步串行接口什么是總線？總線功能？總線組成？總線在多于兩個(gè)模塊（設(shè)備、子系統(tǒng)）之間傳送信息的公共通道信息共享和交換物理介質(zhì)和管理信息傳輸?shù)膮f(xié)議主設(shè)備1、啟動(dòng)一個(gè)總線周期-總線事務(wù)2、每次只能有一個(gè)主設(shè)備控制總線（CPUDMAC等等）從設(shè)備響應(yīng)主設(shè)備請(qǐng)求同一時(shí)間里有一個(gè)或多個(gè)從設(shè)備響應(yīng)主設(shè)備請(qǐng)求如（DMAC(DMAC未申請(qǐng)到總線時(shí)，作為從設(shè)備)UART控制器USB控制器I2C控制器SPI控制器等）總線設(shè)備類型集中式仲裁如：AMBAPCI總線分布式仲裁如：CANI2C總線等總線仲裁按傳輸關(guān)系分類主從結(jié)構(gòu)（好處協(xié)議簡(jiǎn)單）只有主設(shè)備才能啟動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸，協(xié)議簡(jiǎn)單單主設(shè)備-USBRS485--無需仲裁多主設(shè)備-PCIAMBAWISHBONE集中式總線仲裁器I2CCAN分布式仲裁對(duì)等結(jié)構(gòu)每個(gè)設(shè)備都可以啟動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸，協(xié)議復(fù)雜以太網(wǎng)-介質(zhì)訪問控制方式-CSMA/CD令牌網(wǎng)RS485-令牌IEEE1394總線分類機(jī)械規(guī)范（物理連接方式，包括插頭、形狀、大小、間距、排列方式等）電氣規(guī)范（信號(hào)電平的定義，建立時(shí)間、保持時(shí)間、轉(zhuǎn)換時(shí)間、直流特性、交流特性、負(fù)載能力等）引腳（名稱、定義、功能和邏輯關(guān)系）協(xié)議（如何協(xié)調(diào)、硬件握手、軟件握手）總線標(biāo)準(zhǔn)PCI(PedpherdComponentInterconnect,周邊元件擴(kuò)展接口)1991年下半年，Intel公司首先提出了PCI的概念。Intel聯(lián)合IBM、Compaq、AST、HP、DEC等100多家公司成立了PCI集團(tuán)，其英文全稱為：PeripheralComponentInterconnectSpecialInterestGroup(外圍部件互連專業(yè)組)，簡(jiǎn)稱PCISIG。93年發(fā)布PCI2.0，32位，33MHz。5個(gè)以上PCI插槽AGP（圖形加速處理）90年代后期，PCI-X，64位/66MHz3GIO-PCIExpressPCIVS.PCIExpressPCIPCIExpressI2CPHILIPS開發(fā)了一種用于內(nèi)部IC控制的簡(jiǎn)單的雙向兩線串行總線I2C(Inter-IntegratedCircuit)最高速率100Kbps，25英尺，最多可支持40個(gè)設(shè)備數(shù)據(jù)線時(shí)鐘線CAN（ControllerAreaNetwork）80年代末，由德國(guó)Bosch公司最先提出被設(shè)計(jì)作為汽車環(huán)境中的微控制器通訊，在車載各電子控制裝置ECU之間交換信息，形成汽車電子控制網(wǎng)絡(luò)。40米以內(nèi)，1Mbps；10Km，5Kbps；理論上可以支持無限多個(gè)設(shè)備抗電磁干擾性強(qiáng)

可根據(jù)報(bào)文的ID決定接收或屏蔽該報(bào)文可靠的錯(cuò)誤處理和檢錯(cuò)機(jī)制發(fā)送的信息遭到破壞后，可自動(dòng)重發(fā)節(jié)點(diǎn)在錯(cuò)誤嚴(yán)重的情況下具有自動(dòng)退出總線的功能USB（UniversalSerialBus）IBM、Compaq、Nortel、NEC、 Intel以及Microsoft聯(lián)合距離<5米，Hub<30米樹拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，127個(gè)點(diǎn)，4線（2根電源線，2根數(shù)據(jù)線）低速USB1.1，1.5MbpsUSB2.0速率高達(dá)480Mbps支持熱插拔和即插即用總線機(jī)制微處理器（CPU）是嵌入式系統(tǒng)硬件平臺(tái)的核心構(gòu)件，但不是全部。按照馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)思想，計(jì)算機(jī)的硬件是由CPU、存儲(chǔ)器和I/O設(shè)備三部分組成的。總線是把CPU與存儲(chǔ)器、I/O設(shè)備相連接的信息通道，但總線并不僅僅指的是一束信號(hào)線，而應(yīng)包含相應(yīng)的通信協(xié)議。按照使用場(chǎng)合的不同，總線分成芯片級(jí)總線（CPU總線）、板卡級(jí)總線（內(nèi)總線）和系統(tǒng)級(jí)總線（外總線）。同步異步問題穩(wěn)態(tài)ReadWrite穩(wěn)態(tài)讀寫總線的時(shí)序圖同步vs異步串行vs并行異步串行通訊簡(jiǎn)介：在一條傳輸線上完成單向傳輸。將傳輸數(shù)據(jù)的字符一位接一位的傳送。接收方對(duì)于同一條線上的一連串連續(xù)數(shù)學(xué)信號(hào)，首先將其分割成位，再按位組成字符。每個(gè)字符需要確定起始位和結(jié)束位，字符與字符間還可能有長(zhǎng)度不定的空閑時(shí)間，因此傳輸效率較低。字符串行輸出格式發(fā)送前：線路處于空閑狀態(tài)，連續(xù)發(fā)送“1”開始發(fā)送：首先，發(fā)送一位起始位“0”

然后，發(fā)送連續(xù)的二進(jìn)制位，數(shù)據(jù)位可以為5、6、7、8

隨后，緊跟一位奇偶校驗(yàn)位（可選擇奇/偶/無校驗(yàn)）最后，發(fā)送停止位“1”，可以有1位、1.5位或2位停止位串行接口●波特率傳送數(shù)據(jù)位的速率稱為波特率，用位／秒（bit/s）來表示，稱之為波特。例如，數(shù)據(jù)傳送的速率為120字符／秒，每幀包括10個(gè)數(shù)據(jù)位，則傳送波特率為：10×120=1200b/s=1200波特每一位的傳送時(shí)間是波特的倒數(shù)，如1/1200=0.833ms。異步通信的波特率的數(shù)值通常為：150、300、600、1200、2400、4800、9600、14400、28800等，數(shù)值成倍數(shù)變化。●校驗(yàn)位在一個(gè)有8位的字節(jié)（byte）中，其中必有奇數(shù)個(gè)或偶數(shù)個(gè)的“1”狀態(tài)位。對(duì)于偶校驗(yàn)就是要使字符加上校驗(yàn)位有偶數(shù)個(gè)“1”；奇校驗(yàn)就是要使字符加上校驗(yàn)位有奇數(shù)個(gè)“1”。例如數(shù)據(jù)“00010011”，共有奇數(shù)個(gè)“1”，所以當(dāng)接收器要接收偶數(shù)個(gè)“1”時(shí)（即偶校驗(yàn)時(shí)），則校驗(yàn)位就置為“1”，反之，接收器要接收奇數(shù)個(gè)“1”時(shí)（即奇校驗(yàn)時(shí)），則校驗(yàn)位就置為“0”。串行接口一般校驗(yàn)位的產(chǎn)生和檢查是由串行通信控制器內(nèi)部自動(dòng)產(chǎn)生，除了加上校驗(yàn)位以外，通信控制器還自動(dòng)加上停止位，用來指明欲傳送字符的結(jié)束。停止位通常取1、1.5或2個(gè)位。對(duì)接收器而言，若未能檢測(cè)到停止位則意味著傳送過程發(fā)生了錯(cuò)誤。在異步通信方式中，在發(fā)送的數(shù)據(jù)中含有起始位和停止位這兩個(gè)與實(shí)際需要傳送的數(shù)據(jù)毫無相關(guān)的位。如果在傳送1個(gè)8位的字符時(shí)，其校驗(yàn)位、起始位和停止位都為1個(gè)位，則相當(dāng)于要傳送11個(gè)位信號(hào)，傳送效率只有約80%。（2）同步通信方式為了提高通信效率可以采用同步通信方式。同步傳輸采用字符塊的方式，減少每一個(gè)字符的控制和錯(cuò)誤檢測(cè)數(shù)據(jù)位，因而可以具有較高的傳輸速率。串行接口與異步方式不同的是，同步通信方式不僅在字符的本身之間是同步的，而且在字符與字符之間的時(shí)序仍然是同步的，即同步方式是將許多的字符聚集成一字符塊后，在每塊信息（常常稱之為信息幀）之前要加上1～2個(gè)同步字符，字符塊之后再加入適當(dāng)?shù)腻e(cuò)誤檢測(cè)數(shù)據(jù)才傳送出去。在同步通信時(shí)必須連續(xù)傳輸，不允許有間隙，在傳輸線上沒有字符傳輸時(shí)，要發(fā)送專用的”空閑”字符或同步字符。在同步方式中產(chǎn)生一種所謂“冗余”字符，防止錯(cuò)誤傳送。假設(shè)欲傳送的數(shù)據(jù)位當(dāng)作一被除數(shù)，而發(fā)送器本身產(chǎn)生一固定的除數(shù)，將前者除以后者所得的余數(shù)即為該“冗余”字符。當(dāng)數(shù)據(jù)位和“冗余”字符位一起被傳送到接收器時(shí)，接收器產(chǎn)生和發(fā)送器相同的除數(shù)，如此即可檢查出數(shù)據(jù)在傳送過程中是否發(fā)生了錯(cuò)誤。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明采用”冗余”字符方法錯(cuò)誤防止率可達(dá)99%以上。能夠完成上述“串<-->并”轉(zhuǎn)換功能的電路，通常稱為“通用異步收發(fā)器”（UART：UniversalAsynchronousReceiverandTransmitter）,典型的芯片有：Intel8250/8251,16550。

串口通訊--接口電路并行通信方式與外界的信息交換稱為通訊。基本的通訊方式有并行通訊和串行通訊兩種。一條信息的各位數(shù)據(jù)被同時(shí)傳送的通訊方式稱為并行通訊。并行通訊的特點(diǎn)是：各數(shù)據(jù)位同時(shí)傳送，傳送速度快、效率高，但有多少數(shù)據(jù)位就需多少根數(shù)據(jù)線，因此傳送成本高，且只適用于近距離（相距數(shù)米）的通訊。數(shù)據(jù)傳輸方向--------><-------->-------->A-------BA--------BA-------B

<--------－－－－－－－－－單工半雙工全雙工數(shù)據(jù)傳輸方向1）單工通信

數(shù)據(jù)信息在通信線上始終向一個(gè)方向傳輸。如，廣播電視，收音機(jī)電視機(jī)只能分別接受來自電臺(tái)電視臺(tái)的信號(hào)，不能進(jìn)行相反方向的信息傳輸。2）半雙工通信

數(shù)據(jù)信息可以雙向傳輸，但必須交替進(jìn)行，同一時(shí)刻一個(gè)信道只允許單向傳送。半雙工通信要求AB端都有發(fā)送裝置和接受裝置。如對(duì)講機(jī)通信就是典型的半雙工通信方式，在一方講話的時(shí)候另一方不能講話，但通過開切換可以切換可以改變童話方式。3）全雙工通信

全雙工通信同時(shí)進(jìn)行二個(gè)方向的通信，既二個(gè)信道，可同時(shí)進(jìn)行雙向的數(shù)據(jù)傳輸。它相當(dāng)于把二個(gè)相反方向的單工通信方式組合起來。全雙工通信效率高，控制容易，士與計(jì)算機(jī)間的通信，普通電話是一種典型的全雙工通信。UART簡(jiǎn)介UART（UniversalAsynchronousReceiverandTransmitter，通用異步收發(fā)器）主要由數(shù)據(jù)線接口、控制邏輯、配置寄存器、波特率發(fā)生器、發(fā)送部分和接收部分組成，采用異步串行通信方式，采用RS-232C9芯接插件（DB-9）連接，是廣泛使用的串行數(shù)據(jù)傳輸方式，UART以字符為單位進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，每個(gè)字符的傳輸格式如圖6.1.4所示，包括線路空閑狀態(tài)（高電平）、起始位（低電平）、5～8位數(shù)據(jù)位、校驗(yàn)位（可選）和停止位（位數(shù)可以是1、1.5或2位）。這種格式通過起始位和停止位來實(shí)現(xiàn)字符的同步。UART內(nèi)部一般具有配置寄存器，通過該寄存器可以配置數(shù)據(jù)位數(shù)（5～8位）、是否有校驗(yàn)位和校驗(yàn)的類型以及停止位的位數(shù)（1位、1.5位或2位）等。圖UART的字符傳輸格式RS-232C總線是由美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)EIA于1969年修定的一種通信接口標(biāo)準(zhǔn)，專門用于數(shù)據(jù)終端設(shè)備DTE和數(shù)據(jù)通信設(shè)備DCE之間的串行通信。數(shù)據(jù)終端設(shè)備DTE（DataTerminalEquipment）是數(shù)據(jù)的源點(diǎn)或歸宿，通常是指輸入、輸出設(shè)備和傳輸控制器或者計(jì)算機(jī)等數(shù)據(jù)處理裝置及其通信控制器。數(shù)據(jù)通信設(shè)備DCE(DataCommunicationEquipment)的任務(wù)是實(shí)現(xiàn)由源點(diǎn)到目的點(diǎn)的傳輸，通常是指自動(dòng)呼叫應(yīng)答設(shè)備、調(diào)制解調(diào)器以及其它一些中間裝置的集合。RS232串行通信接口RS232串行通信接口機(jī)械特性標(biāo)準(zhǔn)的RS—232C接口定義了25個(gè)信號(hào)針，采用25針接插件DB-25，并規(guī)定DTE的接插件為凸形，DCE的接插件為凹形。對(duì)不需要25針的系統(tǒng)來說，常用9針的簡(jiǎn)化接插件。（a）DB-25（b）DB-9圖25芯和9芯D型插接件引腳的定義和信號(hào)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系電氣特性EIA-RS-232C對(duì)電器特性、邏輯電平和各種信號(hào)線功能都作了規(guī)定。在TxD和RxD上：邏輯1(MARK)=-3V～-15V

邏輯0(SPACE)=+3～＋15V在RTS、CTS、DSR、DTR和DCD等控制線上：信號(hào)有效（接通，ON狀態(tài)，正電壓）＝+3V～+15V信號(hào)無效（斷開，OFF狀態(tài)，負(fù)電壓)=-3V～-15V電氣特性由于RS-232C是早期為促進(jìn)公用電話網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信而制定的標(biāo)準(zhǔn)。為了增加信號(hào)在線路上的傳輸距離和提高抗干擾能力，RS-232C采用了較高的傳輸電平，且為雙極性、公共地和負(fù)邏輯，即規(guī)定邏輯“1”狀態(tài)電平為-15~-5V，邏輯“0”狀態(tài)電平為+5~+15V，其中-5~+5V用作信號(hào)狀態(tài)的變遷區(qū)。而計(jì)算機(jī)均采用TTL邏輯電平。TTL電平規(guī)定低電平“0”在0~+0.8V之間，高電平“1”在+2.4~+5V之間，因此在TTL電路與RS-232C總線之間要進(jìn)行電平的轉(zhuǎn)換及正反邏輯的轉(zhuǎn)換，否則將使TTL電路燒毀。TTLRS232轉(zhuǎn)換芯片常用的RS-232總線接口信號(hào)符號(hào)25針引腳9針引腳信號(hào)流向功能TxD23輸出發(fā)送數(shù)據(jù)RxD32輸入接收數(shù)據(jù)RTS47輸出請(qǐng)求發(fā)送CTS58輸入清除發(fā)送DSR66輸入數(shù)據(jù)裝置準(zhǔn)備好GND75信號(hào)地DCD81輸入數(shù)據(jù)載體檢測(cè)DTR204輸出數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好RI229輸入振鈴指示RS-232總線接口信號(hào)DB-9各引腳功能如下：●CD：載波檢測(cè)。主要用于Modem通知計(jì)算機(jī)其處于在線狀態(tài)，即Modem檢測(cè)到撥號(hào)音?！馬XD：接收數(shù)據(jù)線。用于接收外部設(shè)備送來的數(shù)據(jù)。●TXD：發(fā)送數(shù)據(jù)線。用于將計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)發(fā)送給外部設(shè)備?！馜TR：數(shù)據(jù)終端就緒。當(dāng)此引腳高電平時(shí)，通知Modem可以進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，計(jì)算機(jī)已經(jīng)準(zhǔn)備好?！馭G：信號(hào)地?！馜SR：數(shù)據(jù)設(shè)備就緒。此引腳為高電平時(shí)，通知計(jì)算機(jī)Modem已經(jīng)準(zhǔn)備好，可以進(jìn)行數(shù)據(jù)通信●RTS請(qǐng)求發(fā)送。此引腳由計(jì)算機(jī)來控制，用以通知Modem馬上傳送數(shù)據(jù)至計(jì)算機(jī)；否則，Modem將收到的數(shù)據(jù)暫時(shí)放人緩沖區(qū)中?！馛TS清除發(fā)送。此引腳由Modem控制，用以通知計(jì)算機(jī)將要傳送的數(shù)據(jù)送至Mo-dem。●RI：振鈴提示。Modem通知計(jì)算機(jī)有呼叫進(jìn)來，是否接聽呼叫由計(jì)算機(jī)決定。RS232-硬件握手協(xié)議--硬件握手1DTR:數(shù)據(jù)終端設(shè)備準(zhǔn)備好。DTE加電后，并能正確實(shí)現(xiàn)通信時(shí)，向DCE發(fā)出DTR信號(hào)2DSR:數(shù)據(jù)通信設(shè)備準(zhǔn)備好。MODEM加電后，并能正常執(zhí)行通信功能時(shí)，向DTE發(fā)出DSR信號(hào)3RTS:請(qǐng)求發(fā)送當(dāng)DTE有數(shù)據(jù)需要向遠(yuǎn)程DTE傳送時(shí)，DTE在檢測(cè)DSR有效時(shí)向本地MODEM發(fā)出RTS信號(hào)本地MODEM檢測(cè)到RTS有效，然后根據(jù)目的電話號(hào)碼向遠(yuǎn)程MODEM發(fā)出呼叫遠(yuǎn)程MODEM收到此呼叫，發(fā)出回答載波信號(hào)本地MODEM接收載波信號(hào)，向遠(yuǎn)程MODEM發(fā)出原載波信號(hào)，同時(shí)向DTE發(fā)出數(shù)據(jù)載波信號(hào)DCDDCD:數(shù)據(jù)載波檢測(cè)時(shí)MODEM發(fā)向DTE表示已檢測(cè)出對(duì)方載波信號(hào)CTS：允許發(fā)送當(dāng)一個(gè)MODEM辨認(rèn)出對(duì)方MODEM已準(zhǔn)備好接收時(shí)，使用CTS信號(hào)通知自己的DTE，表示這個(gè)通信通道已為傳輸數(shù)據(jù)做好準(zhǔn)備，允許DTE進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送至此通信鏈路建立，可以通信RI：振鈴指示線如果MODEM具有自動(dòng)應(yīng)答能力，當(dāng)對(duì)方呼叫傳來時(shí)，MODEM向DTE發(fā)出該信號(hào)，指示此呼叫在電話呼叫振鈴結(jié)束后，MODEM在DTE已準(zhǔn)備好情況下（即DTR有效），立即向?qū)Ψ阶詣?dòng)應(yīng)答DTRDSR本地計(jì)算機(jī)MODEM準(zhǔn)備好RTSCTS本地與遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)準(zhǔn)備好RS232-硬件握手DTRDSRRTSCTSTXDRXDSGRIDCD

實(shí)際應(yīng)用AB

無Modem的最簡(jiǎn)連線

（3線制）把通信雙方都當(dāng)作數(shù)據(jù)終端設(shè)備看待，雙方都可發(fā)也可收。在這種方式下，通信雙方的任何一方，只要請(qǐng)求發(fā)送RTS有效和數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好DTR有效就能開始發(fā)送和接收。（1）RTS與CTS互聯(lián)：只要請(qǐng)求發(fā)送，立即得到允許

（2）DTR與DSR互聯(lián)：只要本端準(zhǔn)備好，認(rèn)為本端立即可以接收（DSR、數(shù)傳機(jī)準(zhǔn)備好）

無Modem的標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)線（7線制）（1）當(dāng)甲方的DTE準(zhǔn)備好，發(fā)出DTR信號(hào)，該信號(hào)直接聯(lián)至乙方的RI（振鈴信號(hào)）和DSR（數(shù)傳機(jī)準(zhǔn)備好）。即只要甲方準(zhǔn)