1、VME總線的結(jié)構(gòu)和工作原理,目錄,總線的基本概念 VME總線結(jié)構(gòu)和主要功能模塊 DTB的控制機制及工作時序 DTB的裁決 優(yōu)先級中斷總線 公用總線 64位VME總線簡介,總線的基本概念,在計算機或者網(wǎng)絡(luò)中： 總線是信號傳送的通道 總線是一種網(wǎng)絡(luò)或電路的拓補結(jié)構(gòu) 不同類型設(shè)備相互連接的基礎(chǔ),總線的基本概念,內(nèi)部總線：芯片一級互連（I2C、SPI等） 系統(tǒng)總線：插件板一級互連（PCI、VME等） 外部總線：設(shè)備一級的互連（RS-485、USB等）,計算機總線的分類,總線的基本概念,PC技術(shù)推動了嵌入式工控機技術(shù)的發(fā)展 ISA/PCI總線加固型工業(yè)PC無法滿足苛刻工作條件下的要求 VME總線工業(yè)控制

2、機一直是許多嵌入式工業(yè)應(yīng)用的首選機型,VME總線的發(fā)展：,總線的基本概念,結(jié)構(gòu)：Master/Slave 數(shù)據(jù)傳輸方式：異步傳輸，復(fù)用/非復(fù)用周期 地址寬度：16/24/32/40/64 bit 數(shù)據(jù)寬度：8/16/24/32/64 bit 中斷級別：7級 多處理器能力：支持121個處理器 數(shù)據(jù)傳輸速率：0 - 500+ Mbyte/sec,VME總線的主要特點：,總線的基本概念,VME總線的傳輸速率：,總線的基本概念 VME總線結(jié)構(gòu)和主要功能模塊 DTB的控制機制及工作時序 DTB的裁決 優(yōu)先級中斷總線 公用總線 64位VME總線簡介,VME總線的結(jié)構(gòu)和主要功能模塊,DTB,優(yōu)先級中斷,DT

3、B裁決,公用,VME總線的結(jié)構(gòu)和主要功能模塊,數(shù)據(jù)傳送（DTB） DTB裁決 優(yōu)先權(quán)中斷 公用,VME總線功能分類：,總線的基本概念 VME總線結(jié)構(gòu)和主要功能模塊 DTB的控制機制及工作時序 DTB的裁決 優(yōu)先級中斷總線 公用總線 64位VME總線簡介,DTB的控制機制和工作時序,1. 主設(shè)備（MASTER）,一個功能模塊，它啟動DTB周期，以便在它和一個從設(shè)備之間傳遞數(shù)據(jù),DTB的控制機制和工作時序,DTB的控制機制和工作時序,2. 從設(shè)備（SLAVE）,一個功能模塊，它檢測主設(shè)備啟動的DTB周期，當(dāng)DTB周期指定有它參與時，和主設(shè)備之間傳遞數(shù)據(jù),DTB的控制機制和工作時序,DTB的控制機制

4、和工作時序,3. DTB線的分類,地址線 A01A31 AM0AM5 DS0* DS1* LWORD*,數(shù)據(jù)線 D00D31,控制線 AS* DS0* DS1* BERR* DTACK*,DTB的控制機制和工作時序,4. 字節(jié)組,只有兩個最低有效位地址不相同的一組字節(jié)地址單元稱為4字節(jié)組,DTB的控制機制和工作時序,5. 尋址線,主設(shè)備使用地址線A02A31選擇將要存取的4字節(jié)組，4條附加的線（DS1*，DS0*，A01和LWORD*）來決定字節(jié)組中，在數(shù)據(jù)傳送周期中要存取哪個或哪些字節(jié)地址單元。,DTB的控制機制和工作時序,在數(shù)據(jù)傳送期間選擇被存取的字節(jié)地址單元用的信號電平（部分）,DTB的

5、控制機制和工作時序,6. 地址修改線（AM0AM5）,主設(shè)備在數(shù)據(jù)傳遞期間傳送附加的二進(jìn)制信息給從設(shè)備。共有6條地址修改線，分類如下：,定義的,保留的,用戶定義的,DTB的控制機制和工作時序,地址修改碼的分配（部分）：,DTB的控制機制和工作時序,7. 地址選通（AS*）,主設(shè)備驅(qū)動。通知所有的從設(shè)備模塊，地址穩(wěn)定，可以取用,8. 數(shù)據(jù)選通（DS0*和DS1*）,主設(shè)備驅(qū)動。用來選擇數(shù)據(jù)傳送的字節(jié)地址單元 控制功能：在寫周期，第一個下降沿指出主設(shè)備已經(jīng)將數(shù)據(jù)放置在數(shù)據(jù)總線上，在讀周期，第一個上升沿通知從設(shè)備可以從數(shù)據(jù)總線上去掉數(shù)據(jù),DTB的控制機制和工作時序,9. 數(shù)據(jù)傳送承認(rèn)（DATCK*）

6、,從設(shè)備驅(qū)動。在寫周期，從設(shè)備驅(qū)動DATCK*為低表示它已經(jīng)成功接收了寫入的數(shù)據(jù)；在讀周期從設(shè)備驅(qū)動DATCK*為低表示它已經(jīng)把數(shù)據(jù)放上數(shù)據(jù)總線,10. 總線錯（BERR*）,從設(shè)備或總線定時器驅(qū)動 BERR* 為低，向主設(shè)備表明數(shù)據(jù)傳送不成功,DTB的控制機制和工作時序,11. 讀/寫（WRITE*）,主設(shè)備驅(qū)動。主設(shè)備用它來表明數(shù)據(jù)傳送的方向。當(dāng)WRITE*被驅(qū)動到低時表明數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)傳送方向是從主設(shè)備到從設(shè)備（寫操作）,12. 總線定時器,一個功能模塊，測量DTB上每一次數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r間，如果傳送時間過長，便終止DTB周期,DTB的控制機制和工作時序,典型的數(shù)據(jù)傳送周期的例子（單字節(jié)讀周期）

7、1,已經(jīng)獲得DTB使用權(quán),給出地址、地址修改碼,驅(qū)動LWORD*為高，IACK*為高，AS*為低,規(guī)定數(shù)據(jù)傳送方向，WRITE*為高,接收地址、地址修改碼等信號。若地址有效，則選擇板上設(shè)備,DTB的控制機制和工作時序,確定總線的使用權(quán)限,在DTACK*和BERR*為高之前一直等待,驅(qū)動DS0*為低，DS1*為高,典型的數(shù)據(jù)傳送周期的例子（單字節(jié)讀周期） 2,DTB的控制機制和工作時序,典型的數(shù)據(jù)傳送周期的例子（單字節(jié)讀周期） 3,從被選中的設(shè)備中讀取數(shù)據(jù),在D00D07上給出數(shù)據(jù),將DTACK*驅(qū)動到低,DTB的控制機制和工作時序,典型的數(shù)據(jù)傳送周期的例子（單字節(jié)讀周期） 4,接收D00D07

8、上的數(shù)據(jù),終止周期，釋放地址線、地址修改碼、LWORD*、IACK*,釋放DTACK*,如果是最后的周期，釋放DS0*、DS1*和AS*,將DS0*、AS*驅(qū)動為高,DTB的控制機制和工作時序,典型的數(shù)據(jù)傳送周期的例子（單字節(jié)讀周期） 5,釋放D00D07,DTB的控制機制和工作時序,DTB的控制機制和工作時序,總線的基本概念 VME總線結(jié)構(gòu)和主要功能模塊 DTB的控制機制及工作時序 DTB的裁決 優(yōu)先級中斷總線 公用總線 64位VME總線簡介,DTB的裁決,必要性：為了通過DTB總線共享總體資源,可行性：硬件裁決方案,防止兩個主設(shè)備同時使用總線,調(diào)度來自多個主設(shè)備的請求，實現(xiàn)最佳的總線使用,

9、目的,DTB的裁決,DTB的裁決算法：,優(yōu)先權(quán)裁決,循環(huán)裁決,單級裁決,DTB的裁決,裁決總線的組成：,總線請求（03） BR0*BR3*,總線允許入（03） BG0IN*BG3IN*,總線允許出（03） BG0OUT*BG3OUT*,總線忙 BBSY*,總線清除 BCLR*,DTB的裁決,總線請求（03）BR0*BR3*： 由請求器驅(qū)動的信號，這些線中的任意一條為低，說明某個主設(shè)備需要使用DTB,總線允許入（03）BR0IN*BR3IN* 由裁決器和請求器驅(qū)動的信號，“總線允許入” 和“總線允許出”構(gòu)成了總線允許菊花鏈。“總線允許入”信號表明接收該信號的插件板可以使用DTB,DTB的裁決,總

10、線允許出（03）BROUT0*BROUT3*： 由請求器驅(qū)動的信號?？偩€允許出信號表明菊花鏈中的下一個插件板可以使用DTB,總線忙： BBSY* 由請求器驅(qū)動的信號。表明總線正在使用,總線清除：BCLR* 由裁決器驅(qū)動的信號，表明有一個較高優(yōu)先級的請求要求使用DTB，要求當(dāng)前主設(shè)備釋放DTB,DTB的裁決,DTB的裁決,裁決子系統(tǒng)的組成：,一個裁決器,一個或多個請求器,DTB的裁決,裁決器的功能：,裁決器是一種功能模塊，當(dāng)幾個請求同時存在時，它決定哪一個請求器應(yīng)獲準(zhǔn)控制DTB。此種決定有多種可能的算法。主要有優(yōu)先裁決器，循環(huán)裁決器和單級裁決器。,DTB的裁決,DTB的裁決,請求器的功能：,請求

11、器是一種功能模塊，它用來監(jiān)視插件板上主設(shè)備或中斷處理器的設(shè)備要求信號，當(dāng)它們需要DTB時產(chǎn)生總線請求信號,DTB的裁決,DTB的裁決,典型的DTB裁決時序：兩個請求器，兩個請求級,SLOT2,請求器A,主設(shè)備A,SLOT1,請求器B,主設(shè)備B,裁決器,請求級1,請求級2,DTB的裁決,總線的基本概念 VME總線結(jié)構(gòu)和主要功能模塊 DTB的控制機制及工作時序 DTB的裁決 優(yōu)先級中斷總線 公用總線 64位VME總線簡介,優(yōu)先級中斷總線,優(yōu)先權(quán)中斷總線的基本功能模塊,優(yōu)先權(quán)中斷總線信號線 中斷器 中斷處理器 IACK*菊花鏈驅(qū)動器,優(yōu)先級中斷總線,優(yōu)先權(quán)中斷總線的組成,IRQ1* 中斷請求1（最低

12、優(yōu)先級） IRQ2* 中斷請求2 IRQ3* 中斷請求3 IRQ4* 中斷請求4 IRQ5* 中斷請求5 IRQ6* 中斷請求6 IRQ7* 中斷請求7（最高優(yōu)先級） IACK* 中斷承認(rèn) IACKIN*/IACKOUT* 中斷承認(rèn)菊花鏈,優(yōu)先級中斷總線,中斷請求線（IRQ1*IRQ7*）： 中斷器驅(qū)動中斷請求線為低來發(fā)出中斷請求。中斷請求線被分為若干優(yōu)先級，IRQ7*為最高 中斷承認(rèn)線（IACK*）： 中斷承認(rèn)線經(jīng)過總線底板的全長，由中斷處理器驅(qū)動并連接到IACK*菊花鏈上。 中斷承認(rèn)菊花鏈（IACKIN*/IACKOUT*）： 中斷承認(rèn)菊花鏈確保只有一個中斷器響應(yīng)中斷承認(rèn)周期,優(yōu)先級中斷總

13、線,優(yōu)先權(quán)中斷總線的菊花鏈,IACKIN*,IACKIN*,IACKOUT*,IACKIN*,IACKOUT*,IACKOUT*,IACKIN*,IACKOUT*,IACK*,優(yōu)先級中斷總線,中斷處理器的功能：,在指定的一組中斷請求線中確定進(jìn)入的中斷請求的優(yōu)先級（IRQ1*IRQ7*中的最高級） 使用插件板上的總線請求器請求使用DTB，當(dāng)獲準(zhǔn)使用DTB時，啟動中斷承認(rèn)周期，并且讀取正在被承認(rèn)的中斷器的STATUS/ID 根據(jù)接收到的STATUS/ID信息，啟動相應(yīng)的中斷服務(wù)程序,優(yōu)先級中斷總線,優(yōu)先級中斷總線,中斷代碼承認(rèn)表,優(yōu)先級中斷總線,中斷器的功能：,在優(yōu)先權(quán)中斷總線上產(chǎn)生中斷信號 如果

14、在中斷承認(rèn)菊花鏈輸入線上接收到一個下降沿信號，并且3條有效地址線的電平對應(yīng)于正在使用的中斷請求線時，而且請求的STATUS/ID的寬度大于或等于中斷器所能提供的寬度，則中斷器提供STATUS/ID；否則，中斷器把下降沿信號沿菊花鏈向下傳播,優(yōu)先級中斷總線,優(yōu)先級中斷總線,IACK菊花鏈的功能：,中斷承認(rèn)菊花鏈與中斷處理器及中斷器相配合以協(xié)調(diào)中斷服務(wù)，每當(dāng)中斷處理器啟動一個中斷承認(rèn)周期時，在中斷承認(rèn)菊花鏈上產(chǎn)生一個下降沿信號,優(yōu)先級中斷總線,優(yōu)先級中斷總線,典型的單中斷器中斷系統(tǒng)的操作,優(yōu)先級中斷總線,典型的單中斷器中斷系統(tǒng)的操作,條件,系統(tǒng)中只有一個中斷處理器 主設(shè)備A正在總線請求級2上使用D

15、TB 中斷處理器使用總線請求級3請求使用DTB 總線請求級3的優(yōu)先級高于總線請求級2,優(yōu)先級中斷總線,優(yōu)先級中斷總線,優(yōu)先級中斷總線,優(yōu)先級中斷總線,總線的基本概念 VME總線結(jié)構(gòu)和主要功能模塊 DTB的控制機制及工作時序 DTB的裁決 優(yōu)先級中斷總線 公用總線 64位VME總線簡介,公用總線,公用總線的組成,系統(tǒng)時鐘（SYSCLK） 提供恒定的時鐘信號 交流故障（ACFAIL*） 表明電源沒有交流輸入或輸入電壓不符合要求 系統(tǒng)復(fù)位（SYSRESET*） 產(chǎn)生系統(tǒng)復(fù)位 系統(tǒng)故障（SYSFAIL*） 表明系統(tǒng)發(fā)生了故障,公用總線,公用總線模塊,系統(tǒng)時鐘驅(qū)動器 16MHz固定頻率，位于系統(tǒng)控制器上，用于計算關(guān)機時間延遲 2. 串行時鐘驅(qū)動器 提供固定頻率，特殊波形信號 3. 電源監(jiān)控 檢測電源故障，通知系統(tǒng)順序關(guān)機；在重新啟動計算機時，確保其他模塊被初始化,總線的基本概念 VME總線結(jié)構(gòu)和主要