高華:字出版社

第10章微型計(jì)算機(jī)總線(xiàn)

10.1總線(xiàn)技術(shù)概述

10.2ISA總線(xiàn)

10.3PCI總線(xiàn)與PCI-Express總線(xiàn)

10.4USB總線(xiàn)

10.1總線(xiàn)技術(shù)概述

10.L1總線(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)

總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)主要包括以下幾個(gè)部分:

?機(jī)械結(jié)構(gòu)規(guī)范:模塊尺寸、總線(xiàn)插頭、邊沿聯(lián)接器

插座等規(guī)格及位置。

?性能規(guī)范:總線(xiàn)每根線(xiàn)（弓I腳）信號(hào)名稱(chēng)與功能，

它們相互作用的協(xié)議（例如定時(shí)關(guān)系）。

?電氣規(guī)范:每根信號(hào)線(xiàn)工作時(shí)的有效電平、動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)

換時(shí)間、負(fù)載能力、各電氣性能的額定值及最大值。

10.1.2總線(xiàn)的指標(biāo)

1.總線(xiàn)寬度

?同時(shí)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)位數(shù)

?位數(shù)越多，一次傳輸?shù)男畔⒕驮蕉?/p>

?ISA總線(xiàn)寬度16位，EISA:16位，PCL32位,PCI264位。

2.總線(xiàn)頻率

?總線(xiàn)通常都有一個(gè)基本時(shí)鐘，總線(xiàn)上其他信號(hào)都以這個(gè)

時(shí)鐘為基準(zhǔn)

?這個(gè)時(shí)鐘的頻率也是總線(xiàn)工作的最高頻率。時(shí)鐘的頻率

越高，單位時(shí)間內(nèi)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量就越大。

?ISA總線(xiàn)、EISA總線(xiàn)的時(shí)鐘頻率為8MHz,PCI總線(xiàn)為

33.3MHz,PCI■總線(xiàn)2可達(dá)66MHz。

3.總線(xiàn)帶寬與總線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸速率

帶寬:總線(xiàn)上單位時(shí)間內(nèi)傳輸信息的總量，等于總線(xiàn)寬度

乘上總線(xiàn)頻率。

B(ISA)=2(字節(jié)數(shù)據(jù)寬)x8(MHz)=16MB/s

B(PCI)=4(字節(jié)數(shù)據(jù)寬)X33.3(MHZ)=133MB/S

數(shù)據(jù)傳輸速率:總線(xiàn)上單位時(shí)間內(nèi)傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)的總量，

等于帶寬除以每個(gè)數(shù)據(jù)傳輸使用的總線(xiàn)周期數(shù)。

數(shù)據(jù)傳輸速率(ISA尸16MB/S-2=8MB/S

數(shù)據(jù)傳輸速率(PCD=133MB/s-1=133MB/S

膏舒淳鄴^

10.1.3總線(xiàn)的分類(lèi)

1.系統(tǒng)總線(xiàn)

?初期微型計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，它的總線(xiàn)連接

了微處理器、存儲(chǔ)器、接口電路和輸入/輸出設(shè)備,

構(gòu)成了完整的“計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”，這樣的總線(xiàn)稱(chēng)為

“系統(tǒng)總線(xiàn)”。

?這種系統(tǒng)總線(xiàn)實(shí)際上就是微處理器芯片總線(xiàn)（片

內(nèi)總線(xiàn)）的延伸。

清華大學(xué)出版社

圖10-1

清華廣學(xué)IIIILL；L

2.局部總線(xiàn)

?大量設(shè)備連接到系統(tǒng)總線(xiàn)上時(shí)：

>“爭(zhēng)用”總線(xiàn)的可能性增加，容易產(chǎn)生數(shù)據(jù)傳輸“瓶

頸效應(yīng)”，總線(xiàn)性能下降

>總線(xiàn)連接設(shè)備多，負(fù)載重，也會(huì)增加傳輸延遲

?為了解決這個(gè)矛盾，在CPU高速外設(shè)之間增加了一條

直接通路，該通路稱(chēng)為“局部總線(xiàn)”

?使用局部總線(xiàn)后，系統(tǒng)內(nèi)有多條不同級(jí)別的總線(xiàn)，形

成了“分級(jí)總線(xiàn)結(jié)構(gòu)”。

?不同傳輸要求的設(shè)備“分類(lèi)”連接在不同性能的總線(xiàn)

上，合理地分配系統(tǒng)資源，滿(mǎn)足不同設(shè)備的不同需要。

?局部總線(xiàn)信號(hào)獨(dú)立于CPU,處理器的更換不會(huì)影響系

統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

3.通信總線(xiàn)（外總線(xiàn)）

?通信總線(xiàn)又稱(chēng)為外總線(xiàn)，用于微機(jī)系統(tǒng)與微機(jī)系統(tǒng)，

微機(jī)與外部設(shè)備（如打印機(jī)、硬盤(pán)設(shè)備）、儀器儀表

之間的通信通道。

?這種總線(xiàn)的數(shù)據(jù)傳輸可以是并行的（如打印機(jī)），也

可以是串行的，數(shù)據(jù)傳輸速率低于系統(tǒng)內(nèi)部的總線(xiàn)。

?有多種不同的通信總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)，例如，串行通信的

RS232C.USB總線(xiàn)，用于硬磁盤(pán)接口的IDE、SCSI

總線(xiàn)，用于連接儀器儀表的IEE-488、VXI,用于并

行打印機(jī)的Centronics等。

高華7'二學(xué)出版社

10.1.4總線(xiàn)的數(shù)據(jù)傳輸

?信息是在兩個(gè)或兩個(gè)以上模塊（或稱(chēng)為設(shè)備）之間傳

送的

?傳送信息的主動(dòng)方稱(chēng)為主模塊，傳送信息的被動(dòng)方稱(chēng)

為從模塊。

-除了特殊情況外，信息的傳送都是在主模塊與一個(gè)從

模塊之間進(jìn)行。

?總線(xiàn)上同一時(shí)刻僅有一個(gè)主模塊占用著總線(xiàn)。

L總線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^(guò)程

一次總線(xiàn)傳輸過(guò)程劃分為若干階段：

⑴總線(xiàn)申請(qǐng)與總線(xiàn)裁決:主模塊申請(qǐng)總線(xiàn)，以便取得總

線(xiàn)的拴輸權(quán)。

多個(gè)主模塊同時(shí)申請(qǐng)總線(xiàn)使用權(quán)時(shí)，根據(jù)某種算法作

出裁定，把總線(xiàn)的控制權(quán)賦予某個(gè)設(shè)備，這一任務(wù)由

總線(xiàn)控制器完成。

⑵尋址:主模塊取得總線(xiàn)控制權(quán)后，由該模塊進(jìn)行尋址

(目的地址)，通知被訪(fǎng)問(wèn)的從模塊進(jìn)行信息傳輸。

⑶傳送數(shù)據(jù):根據(jù)讀寫(xiě)方式確定信息流向，一次傳輸可

以傳送一個(gè)數(shù)據(jù)，也可以傳送多個(gè)數(shù)據(jù)。

(4)錯(cuò)誤檢測(cè)

2.總線(xiàn)傳輸?shù)亩〞r(shí)方式

?在總線(xiàn)上進(jìn)行信息傳送必須使得信息傳送雙方

（主與從）相互同步。

＞每一位的信息從什么時(shí)間開(kāi)始

＞每一個(gè)數(shù)據(jù)從哪一位開(kāi)始

＞每一個(gè)數(shù)據(jù)塊從哪一個(gè)數(shù)據(jù)開(kāi)始

?有三種定時(shí)方法：

＞同步傳輸

＞異步傳輸

＞半同步傳輸

高華:字出版社

(1)同步傳輸

?信息傳送在一個(gè)公共時(shí)鐘的控制下進(jìn)行

?總線(xiàn)所有事件都在時(shí)鐘周期的開(kāi)始時(shí)發(fā)生，而不是由

發(fā)送方或接收方?jīng)Q定。

?同步方式要求總線(xiàn)上的所有設(shè)備都能按照嚴(yán)格的時(shí)間

關(guān)系實(shí)施數(shù)據(jù)傳輸。

（2）異步傳輸

?為了能用不同速度的模塊組成系統(tǒng)，有時(shí)也采用異步方式

控制數(shù)據(jù)傳輸。

?異步傳輸沒(méi)有統(tǒng)一的時(shí)鐘信號(hào),、它通過(guò)一對(duì)握手

（Handshaking）信號(hào)線(xiàn)（請(qǐng)求Request,響應(yīng)

Acknowledge）在發(fā)送方和接收方之間進(jìn)行聯(lián)絡(luò)。

?主設(shè)備發(fā)出傳輸請(qǐng)求，從設(shè)備準(zhǔn)備就緒后發(fā)出應(yīng)答信號(hào)，

此后傳輸開(kāi)始。

?異步方式的數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間隨著設(shè)備響應(yīng)速度的不同而變化。

,CPU對(duì)存儲(chǔ)器傳統(tǒng)的讀寫(xiě)是一種異步傳輸方式。CPU

（主模塊）將存儲(chǔ)器地址放到地址總線(xiàn)上，發(fā)出讀信號(hào)。

存儲(chǔ)器從模塊識(shí)別地址，在延遲若干時(shí)間后，將數(shù)據(jù)和應(yīng)

答信號(hào)放到總線(xiàn)上。

猾華大學(xué)出版社

異步傳輸下的讀傳輸時(shí)序

ADDRESS

(REQUEST)RD

ACK

DATA

圖10-2

高華7二字出版社

（3）半同步傳輸

?進(jìn)行半同步傳輸時(shí)，各信號(hào)仍以公共時(shí)鐘為基準(zhǔn)，數(shù)

據(jù)的開(kāi)始時(shí)間由時(shí)鐘信號(hào)和握手信號(hào)共同確定。

?總線(xiàn)上各操作之間的時(shí)間間隔可以變化，但僅允許為

公共時(shí)鐘周期的整數(shù)倍。

?半同步方式在同步的前提下，允許設(shè)備的某些不一致

性，具有較大的靈活性，因此得到了廣泛的使用。

ISA總線(xiàn)屬于這種類(lèi)型。

清華之學(xué)出版社

3.數(shù)據(jù)傳輸類(lèi)型

總線(xiàn)上的數(shù)據(jù)傳輸有單周期方式和突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸

(Burst)兩種方式。

?單周期方式在獲得一次總線(xiàn)使用權(quán)后只能傳送一個(gè)數(shù)

據(jù)，如果需要傳輸多個(gè)數(shù)據(jù)，就要多次申請(qǐng)使用總線(xiàn)。

?突發(fā)方式下，獲得一次總線(xiàn)使用權(quán)可以連續(xù)進(jìn)行多個(gè)

數(shù)據(jù)的傳輸：

＞尋址階段主設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)塊的首地址，

＞后續(xù)的數(shù)據(jù)在首地址的基礎(chǔ)上按一定的規(guī)則(如自動(dòng)

力口1)尋址。

＞這種傳輸方式總線(xiàn)的利用率高

＞PCI總線(xiàn)支持突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸方式。

高華廣學(xué)出版社

4.錯(cuò)誤檢測(cè)

?由于外界或者自身存在著各種隨機(jī)出現(xiàn)的干擾因素,

總線(xiàn)上傳輸?shù)男畔⒖赡墚a(chǎn)生錯(cuò)誤。

■需要錯(cuò)誤檢測(cè)電路發(fā)現(xiàn)或糾正出現(xiàn)的錯(cuò)誤，由專(zhuān)用

的總線(xiàn)信號(hào)來(lái)報(bào)告出現(xiàn)的錯(cuò)誤。

?最常用也是最簡(jiǎn)單的錯(cuò)誤檢測(cè)方法是奇偶校驗(yàn)。

?總線(xiàn)進(jìn)行高速和大批量信息傳輸時(shí)，常采用循環(huán)冗

余校驗(yàn)(CycleRedundancyChecking,CRC)的錯(cuò)

誤標(biāo)驗(yàn)方式。

清華關(guān):學(xué)出據(jù)他朋勵(lì)比前卅■IMHI

10.2ISA總線(xiàn)

?ISA（IndustrialStandardArchitecture,工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體

系結(jié)構(gòu)）總線(xiàn)起源于IBM-PC微型計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)。

?ISA插槽由基本的62線(xiàn)8位插槽和擴(kuò)展的36線(xiàn)插槽兩

部分組成。

?ISA總線(xiàn)主要的性能指標(biāo)：

A24位地址線(xiàn)，可直接尋址的內(nèi)存容量為16MB,I/O地

址空間0100H?03FFH;

A8/16位數(shù)據(jù)線(xiàn)，62+36引腳；

A工作頻率8MHz,帶寬16MB/S,數(shù)據(jù)傳輸速率8MB/s;

＞中斷功能及DMA功能；

10.2.1ISA總線(xiàn)信號(hào)

BCLK

總線(xiàn)基總

OSC二SD7-SD0-

本信號(hào)RESET線(xiàn)

-------?I/OCHRDY訪(fǎng)

「問(wèn)

SA19?SAO\V

?I/OCHCK信

BALE--------?號(hào)

總線(xiàn)訪(fǎng)

AEN--------?aNOWS

問(wèn)信號(hào)SMEMR--------?

SMEMW--------?Z—

IORv——?\|IRQ7?IRQ3-總線(xiàn)控

low——?制信號(hào)

z___DRQ3?DRQL

總線(xiàn)控「DACK3?DACK1<=\|~~

制信號(hào)I-----T/C------1

A___

「LA23?LA17:「——N-----------Q1D

---------1/總線(xiàn)訪(fǎng)

總線(xiàn)訪(fǎng)

SBHE?—―?-?MEMCS16問(wèn)信號(hào)

問(wèn)信號(hào)

MEMRv?—-?1OCS16

MEMW-—?

]IRQ（15、14、12）?IRQ9-]總線(xiàn)控

制信號(hào)

總線(xiàn)控DACK0一—iDRQ7?DRQ5、DRQO

制信號(hào)—MASTER一-?

10.2.2ISA總線(xiàn)擴(kuò)展卡

?由于ISA總線(xiàn)的開(kāi)放特性，許多廠(chǎng)商設(shè)計(jì)制造了各種

ISA總線(xiàn)的I/O接口，比如AD數(shù)據(jù)采集卡。

?為了避免地址發(fā)生沖突，ISA卡設(shè)計(jì)時(shí)采用跳線(xiàn)開(kāi)關(guān)

(switch),允許對(duì)卡的I/O起始地址(BASE)進(jìn)行

選擇。

?圖10-4為ISAPCL818接口卡的部分地址設(shè)定。用戶(hù)

必須自己調(diào)整好switch,使BASE位于所使用計(jì)算機(jī)

I/O的空閑位置，然后根據(jù)BASE地址訪(fǎng)問(wèn)該ISA卡各

種資源。

清華大學(xué)出版社

123456

100-10F■D.■??

110-1IF■c■■?c

200-2OFQ■■??

210-2IFn__ft_.■?0

*300-30FcO■■??

310-31Fnc..■c

o=off?=on*=default

switch123456

對(duì)應(yīng)地址線(xiàn)A948A?A5

圖10-4

高華:字出版社

10.3PCI總線(xiàn)與PCLExpress總線(xiàn)

?PCI總線(xiàn)的英文全稱(chēng)是PeripheralComponent

Interconnect,即外部設(shè)備互連。

?1991年下半年首先由Intel公司提出。

?對(duì)高速率數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨笸苿?dòng)了PCI的產(chǎn)生。

?PCI總線(xiàn)支持64位數(shù)據(jù)傳輸、多總線(xiàn)主控和線(xiàn)性突發(fā)

方式(Burst)5數(shù)據(jù)傳輸率為133MB/S。

清華為學(xué)出瓶社

|產(chǎn)＞口fffJjFT?VJ*^ZLTfoFl'S,IJ.L：CJ*MW^*iCf1P

10.3.1PCI的特點(diǎn)

1.突發(fā)總線(xiàn)傳輸

?PCI支持突發(fā)的數(shù)據(jù)傳輸模式，滿(mǎn)足新型處理器高速緩沖

存儲(chǔ)器（Cache）與內(nèi)存之間的讀寫(xiě)。

?線(xiàn)性突發(fā)傳輸能夠更有效地運(yùn)用總線(xiàn)的帶寬去傳輸數(shù)據(jù)，

以減少無(wú)謂的尋址操作。

2.支持總線(xiàn)主控方式和同步操作

?掛接在PCI總線(xiàn)上的設(shè)備有“主控”和“從控”二類(lèi)。

?PCI總線(xiàn)允許多處理器系統(tǒng)中任何一個(gè)處理器或其他有總

線(xiàn)主控能力的設(shè)備成為總線(xiàn)主控設(shè)備。

?PCI允許微處理器和總線(xiàn)主控制器同時(shí)操作，微處理器內(nèi)

部的操作和總線(xiàn)操作可以同時(shí)進(jìn)行。

3.獨(dú)立于處理器

?PCI是一種獨(dú)立于處理器的總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)，支持多種處理器，

適用于多種不同的系統(tǒng)。

?在PCI總線(xiàn)構(gòu)成的系統(tǒng)中，接口和外圍設(shè)備的設(shè)計(jì)是針對(duì)

PCI而不是CPU的，當(dāng)CPU因?yàn)檫^(guò)時(shí)而更換時(shí)，接口和外

圍設(shè)備仍然可以正常使用。

4.即插即用

?PCI具有即插即用(PlugandPlay)、自動(dòng)配置的功能。

,總線(xiàn)的接口卡上都設(shè)有“配置寄存器”，系統(tǒng)加電時(shí)用程

序給這些設(shè)備分配端口地址等系統(tǒng)資源，可以避免它們使

用時(shí)發(fā)生沖突。

?新推出的PCI2.2版支持熱插拔(HotPlug)。

他

5.適合于各種機(jī)型

?PCI局部總線(xiàn)不僅為桌面（臺(tái)式）電腦提供合理的局

部總線(xiàn)設(shè)計(jì)，同時(shí)也適用于便攜式電腦和服務(wù)器。

?支持3.3V的電源環(huán)境，延長(zhǎng)電池壽命，為電腦小型化

創(chuàng)造了良好的實(shí)現(xiàn)條件。

6.多總線(xiàn)共存

?PCI總線(xiàn)通過(guò)“橋”芯片進(jìn)行不同標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)之間的轉(zhuǎn)

換。

>使用“Host.PCI”橋連接處理器和PCI總線(xiàn)

>使用“PCMSA/EISA”橋連接PCI和ISA/EISA。

?這一特點(diǎn)使得多種總線(xiàn)可以共存于一個(gè)系統(tǒng)中。

清華十字出版社

10.3.2PCI總線(xiàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

?“Host-PCI”橋?qū)崿F(xiàn)了PCI總線(xiàn)的全部驅(qū)動(dòng)控制，主要

解決I/O設(shè)備同CPU的連接問(wèn)題。

?另一類(lèi)“橋”用于生成“多級(jí)總線(xiàn)”結(jié)構(gòu)，例如

“PCLISA/EISA”、“PCI-USB”、“PCI-PCI”等。

?多級(jí)總線(xiàn)把不同傳輸速度，不同傳輸方式的設(shè)備分門(mén)

別類(lèi)地連接到各自“適合”的總線(xiàn)上，使得不同類(lèi)型

的設(shè)備共存于一個(gè)系統(tǒng)，合理地分配資源，協(xié)調(diào)地運(yùn)

轉(zhuǎn)。

圖10-5

J.

10.3.3PCI總線(xiàn)信號(hào)

PCI信號(hào)線(xiàn)分為必備的和可選的兩大類(lèi)

-主設(shè)備至少需要49條必備信號(hào)

-從設(shè)備需要47條必備信號(hào)

信號(hào)類(lèi)型定義：

>IN輸入，是一標(biāo)準(zhǔn)的只作輸入的信號(hào)。

>OUT輸出，是一標(biāo)準(zhǔn)的輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)。

>T/S雙向的三態(tài)輸入/輸出信號(hào)。

>S/T/S持續(xù)的并且低電平有效的三態(tài)信號(hào)。在某一時(shí)刻

只能屬于一個(gè)主設(shè)備并被其驅(qū)動(dòng)。

>OD漏極開(kāi)路，以線(xiàn)或形式允許多個(gè)設(shè)備共同驅(qū)動(dòng)。

必備的L(AD[31::0]〉(AD[63:32]>—可選的

地址，數(shù)據(jù)線(xiàn)，<C/BE[3::01#>

64位總線(xiàn)

LPAR64.,擴(kuò)展信號(hào)

REQ64#.

FRAME#pACK64#一

TRDY#c

LOCK#一

TRDY#I-------A接口信號(hào)

接口控「

STOP#總INTA#.

<INTB#:「

制信號(hào)線(xiàn)

INTC#:中斷信號(hào)

IDSEL設(shè)INTD#I

--------—?

PERR#備SBO#

錯(cuò)誤報(bào)rA支持Cache的信號(hào)

告信號(hào)SERR#SDONEAJ

TDI

REQ#A

TTO

仲裁信號(hào)CA

GNT#TCK邊界掃

CLKTMS描信號(hào)

系統(tǒng)信號(hào)匚RST#

圖10-6

高華廣學(xué)出版社

1.系統(tǒng)信號(hào)

?CLKIN:時(shí)鐘信號(hào)，最高33MHz/66MHz,為所有

PCI傳輸提供時(shí)序基準(zhǔn)；

?RTS#IN:復(fù)位信號(hào)。

2.地址和數(shù)據(jù)信號(hào)

?AD[31::0],T/S,地址和數(shù)據(jù)分時(shí)復(fù)用信號(hào)。

-地址期：FRAME#有效，發(fā)送32位物理地址；

-數(shù)據(jù)期：IRDY#和TRDY#同時(shí)有效，32位數(shù)據(jù)信號(hào)；

?C/BE[3::0]#,T/S,總線(xiàn)命令和字節(jié)有效復(fù)用信號(hào)

線(xiàn)，傳輸命令或字節(jié)選擇彳言號(hào)。

?PAR,T/S,對(duì)AD[31::0]和C/BE[3::0]#的奇偶校

驗(yàn)位。

高華；/'二學(xué)出版社

3.接口控制

?FRAME#,S/T/S,FRAME#有效預(yù)示總線(xiàn)傳輸?shù)拈_(kāi)始，

由當(dāng)前主設(shè)備驅(qū)動(dòng)

?IRDY#,S/T/S,主設(shè)備準(zhǔn)備好信號(hào)

?TRDY#,S/T/S,從設(shè)備準(zhǔn)備好信號(hào)

?STOP#,S/T/S,STOP#有效表示當(dāng)前從設(shè)備要求主設(shè)備

停止數(shù)據(jù)傳送

?LOCK#,S/T/S,LOCK#有效時(shí)，當(dāng)前的主、從設(shè)備將

獨(dú)占總線(xiàn)資源

?IDSEL,IN,初始化設(shè)備選擇，參數(shù)配置讀寫(xiě)時(shí)，用作

片選信號(hào)

?DEVSEL#,S/T/S,設(shè)備選擇，它有效表示總線(xiàn)上某一

從設(shè)備已被選中

高華十字出版社

4.仲裁信號(hào)

?REQ#,T/S,請(qǐng)求信號(hào)，任何主設(shè)備請(qǐng)求占有總線(xiàn)必須發(fā)

出該請(qǐng)求，由PCI主控制器仲裁。每個(gè)PCI總線(xiàn)主設(shè)備都

有一根獨(dú)用的REQ#信號(hào)。

?GNT#,T/S,允許信號(hào)，PCI主控制器批準(zhǔn)主設(shè)備請(qǐng)求后,

發(fā)回給主設(shè)備。與REQ#信號(hào)一樣，每個(gè)PCI總線(xiàn)主設(shè)備

都有一根獨(dú)用的GNT#信號(hào)。

5.出錯(cuò)報(bào)告信號(hào)

,PERR#,S/T/S,奇偶校驗(yàn)錯(cuò)信號(hào)，由數(shù)據(jù)接收設(shè)備發(fā)出。

,SERR#,O/D,系統(tǒng)錯(cuò)誤信號(hào)，報(bào)告地址奇偶錯(cuò)等可能引

起災(zāi)難性后果的系統(tǒng)錯(cuò)誤。

猾華大學(xué)出版社

6.中斷信號(hào)

?INTA#,O/D,中斷請(qǐng)求信號(hào)，該信號(hào)允許與時(shí)鐘信

號(hào)不同步。

?INTB#,INTC#,INTD#,O/D,多功能設(shè)備的中斷請(qǐng)

求信號(hào)。

)//-/?--/Z7?2-/JIXz-''二7~乙'"，"，/

10.3.4PCI總線(xiàn)周期和地址空間

1.PCI總線(xiàn)周期

PCI上基本的總線(xiàn)傳輸機(jī)制是突發(fā)成組傳輸

一個(gè)突發(fā)分組傳輸由一個(gè)地址期和多個(gè)數(shù)據(jù)期組成

猾華大學(xué)出版社

1p_i4I《6|71

Hhi5___1

CLOCK一''一['一/Jf\」

11

11

FRAME#11

_____1

L：1

____L1I：.I

?xA^Xnz*__!ly7A-nrn?m___1al^Data2><J)at^3XDatM>——k

?1

!-___J??1

C/BE#—一(CoHuna^dXBE#SJ

71

IRDY#―一L:_Z!

11i

TROY#—一!

\_一/1

DEVSEL#--L?'I

HJ4，-1一1

一加:止或羲「據(jù)研A羽,—鹵,裝■據(jù)或?“■數(shù)盅I—血?

圖10-7

一次典型的讀操作過(guò)程：

(1)主設(shè)備獲得總線(xiàn)使用權(quán)后：

>將FRAME#置為有效，在C/BE#上發(fā)送PCI總線(xiàn)命令

>在ADO?31上發(fā)送地址信號(hào)，PCI總線(xiàn)進(jìn)入“地址期”

>羽^IRDY#信號(hào)置為有效，表示主設(shè)備已經(jīng)就緒

>在BE#O?3上發(fā)送字節(jié)選擇命令

(2)從設(shè)備：

>從C/BE#獲知主設(shè)備的讀命令

>在地址期中從AD上得到存儲(chǔ)器或IO地址

>被選中的設(shè)備發(fā)出DESEL#有效信號(hào)表示響應(yīng)

>同時(shí)，從設(shè)備內(nèi)部的讀操作開(kāi)始進(jìn)行

>要求的數(shù)據(jù)讀出后，臀TRDY#置為有效，將讀出的數(shù)

據(jù)送往AD信號(hào)線(xiàn)，PCI總線(xiàn)進(jìn)入“數(shù)據(jù)期”。

主設(shè)備在主時(shí)鐘信號(hào)的控制下，從AD上讀入需要的數(shù)據(jù)。

(3)如果主設(shè)備需要執(zhí)行突發(fā)總線(xiàn)周期(默認(rèn)方式)，

則將FRAME#和IRDY#信號(hào)保持有效。從設(shè)備在這二

個(gè)信號(hào)的控制下，將下一組數(shù)據(jù)送往AD信號(hào)線(xiàn)，進(jìn)

入下一個(gè)數(shù)據(jù)期。如果從設(shè)備不能在下一個(gè)時(shí)鐘周期

如期送出數(shù)據(jù)，則將TRDY#信號(hào)置為無(wú)效，數(shù)據(jù)傳輸

將產(chǎn)生停頓。

(4)主設(shè)備在發(fā)出最后一組數(shù)據(jù)的讀命令之后：

＞將FRAME#信號(hào)置為無(wú)效，表示數(shù)據(jù)傳輸即將結(jié)束。

＞在最后一項(xiàng)數(shù)據(jù)傳輸后，主設(shè)備撤銷(xiāo)IRDY信號(hào)

＞從設(shè)備撤銷(xiāo)TRDY#和DEVSEL#信號(hào)，一次PCI突發(fā)總

線(xiàn)傳輸結(jié)束。

＞總線(xiàn)控制器發(fā)現(xiàn)FRAME#信號(hào)結(jié)束后，開(kāi)始下一次總

線(xiàn)仲裁。

＞總線(xiàn)的仲裁和總線(xiàn)上的數(shù)據(jù)傳輸是同時(shí)進(jìn)行的。

2.PCI的地址空間

?PCI總線(xiàn)定義了三個(gè)物理地址空間：內(nèi)存地址空間、

I/O地址空間和配置地址空間。

?PCI總線(xiàn)的每個(gè)設(shè)備都有自己的地址譯碼電路，不需

要進(jìn)行統(tǒng)一譯碼。

?PCI支持正向和負(fù)向兩種類(lèi)型的地址譯碼：

>正向譯碼：每個(gè)設(shè)備都監(jiān)聽(tīng)地址總線(xiàn)，判斷訪(fǎng)問(wèn)地址是

否落在它的地址范圍，如果是，使DELSEL#有效以示

應(yīng)答，響應(yīng)速度較快。

>負(fù)向譯碼：沒(méi)有一個(gè)設(shè)備作出響應(yīng)時(shí)，由一個(gè)指定的設(shè)

備（負(fù)向譯碼設(shè)備）作出響應(yīng)。它要等到總線(xiàn)上其他所

有設(shè)備都拒絕之后才能行動(dòng)，速度較慢。

F-r->.丁

/J?，A、；；「二,L，1■V工?,?.'?JI：l--*,ff'f>>P

10.3.5PCI配置空間

1.PCI頭標(biāo)區(qū)信息

311615a

設(shè)備標(biāo)i只(deviceID)制苣商標(biāo)識(shí)(vendorID”00H-

狀態(tài)(status”(command).04H-1

分類(lèi)碼?asscode)*3版本標(biāo)志Q08H2

BIST-'頭類(lèi)型?延遲定寸器“Cache行大小Q□CHQ

IOHQ

14H「

基地址寄存器。?5，18H.

(BaseAddressRegister)，ICHn

20H^

24HQ

卡總線(xiàn)CIS才旨針(cardCISpointe。"28H/

子系統(tǒng)標(biāo)識(shí)(subsystemID)「子系統(tǒng)制造商標(biāo)識(shí)Q2CH。

擴(kuò)展ROM基地址(expansionROMbaseaddress)?30H廣

保留2容量指針“34H-

保留尹38HP

Max_Lab3MajjGntr中斷引腳-、中斷線(xiàn)。3cHe

清華少學(xué)出版社

1.PCI頭標(biāo)區(qū)信息

PCI配置空間是長(zhǎng)度為256字節(jié)的一段內(nèi)存空間，前64

個(gè)字節(jié)包含PCI接口的信息，64?255的地址空間存放

設(shè)備特定的一些信息。

(1)制造商標(biāo)識(shí)(vendorID):由PCI組織給PCI設(shè)備

制造廠(chǎng)家的惟一編碼，子系統(tǒng)制造商標(biāo)識(shí)

(subsystemvendorID)也由該組織給出。

(2)設(shè)備標(biāo)識(shí)(deviceID):生產(chǎn)廠(chǎng)對(duì)這個(gè)產(chǎn)品的編號(hào)，

類(lèi)似的還有子系統(tǒng)標(biāo)識(shí)(subsystemID)。操作系統(tǒng)

根據(jù)子系統(tǒng)制造商標(biāo)識(shí)和子系統(tǒng)標(biāo)識(shí)識(shí)別設(shè)備類(lèi)型，

裝載對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序。

(3)分類(lèi)碼(classcode):代表該卡上設(shè)備的功能，如

網(wǎng)卡、硬盤(pán)卡、擴(kuò)展橋、多媒體卡等，它們都對(duì)應(yīng)一

個(gè)惟一的編碼。

(4)基地址寄存器0?5(baseaddressregisters):

>第0位是只讀位，為0表示申請(qǐng)存儲(chǔ)器空間，用1?2位表

示存儲(chǔ)空間的類(lèi)型。第0位為1時(shí)表示申請(qǐng)IO空間。

>第4?31位用來(lái)表示申請(qǐng)地址空間的大小，用其中可讀寫(xiě)

的位數(shù)表示。

>存儲(chǔ)空間的大小由基地址寄存器的可讀寫(xiě)位數(shù)指定，分

配的位置則由系統(tǒng)統(tǒng)一安排。

>由于有6個(gè)基地址寄存器，PCI設(shè)備最多可以申請(qǐng)6段地

址空間。

高華:字出版社

314321：0

類(lèi)型標(biāo)識(shí)I-------------------

J存儲(chǔ)器地址申請(qǐng)標(biāo)識(shí)

00:32位地址區(qū)域

。1:1M內(nèi)地址區(qū)域-存儲(chǔ)器類(lèi)型標(biāo)識(shí)

10:64位地址區(qū)域?可預(yù)取碼

11：保留

圖10-9

［例］:申請(qǐng)32位地址空間內(nèi)1MB存儲(chǔ)空間：

位31?20為可讀寫(xiě)寄存器（寫(xiě)入分配到存儲(chǔ)空間地址高位）

位19?4為只讀寄存器，內(nèi)容固定為零

位2?1為00（只讀），表示申請(qǐng)32位地址空間內(nèi)的存儲(chǔ)空間

位0為0（只讀），表示申請(qǐng)存儲(chǔ)器空間

=/PIG5J以「工

當(dāng)一塊PCI卡上具備一個(gè)以上功能時(shí)，應(yīng)指定為多功

能卡，每個(gè)功能都要有一個(gè)自己的配置空間。每個(gè)功

能可以是不同的設(shè)備標(biāo)識(shí)(deviceID)、功能類(lèi)型、

存儲(chǔ)器和I/O地址空間及中斷資源。

配置空間的頭類(lèi)型(headertype)用于指明是單功能

卡或多功能卡。頭類(lèi)型的第七位為1時(shí)代表多功能卡。

訪(fǎng)問(wèn)配置空間時(shí)，3位地址用于指定功能號(hào)，因此每

塊卡最多可支持8個(gè)功能部件。

由于PCI總線(xiàn)上只有4條中斷請(qǐng)求線(xiàn)，因而多功能卡最

多只能有4個(gè)中斷源。

清華歌淳出版社，匍旗冠方金”mi

2.訪(fǎng)問(wèn)配置空間

通過(guò)BIOS調(diào)用“INT1AH”可以獲取PCI的配置信息

AH置為功能號(hào)0B1H,AL中為子功能號(hào)：

(1)PCI_BIOSPRESENT

功能：查看PCIBIOS是否存在，若存在，版本號(hào)為多少。

入口：[AL]=01H

出口：[EDX]=，，PCI”ASCII字符串

仆11]=存在狀態(tài)00=存在01=不存在

[BX]=版本號(hào)

清華生學(xué)更加鈍，;邕層指W期哪/旖廿

（2）FINDPCIDEVICE

查找指定『商和設(shè)備號(hào)的PCI板卡的位置。調(diào)用該函數(shù)后,

用戶(hù)可以利用該函數(shù)返回的總線(xiàn)號(hào)去調(diào)用READ

_CONFIG和WRITE_CONFIG函數(shù)訪(fǎng)問(wèn)設(shè)備配置空間。

入口：[AL]=02H

[CX]=設(shè)備ID值（0.......65535）

[DX]=廠(chǎng)商ID值（0......65534）

[SI]=索引號(hào)（0……n）

出口:[AH]=返回代碼：SUCCESSFUL?）,

DEVICENOTFOUND,BADVENDORID

出11]=總線(xiàn)號(hào)（0.......255）

[BL]=設(shè)備號(hào)（高5位），功能號(hào)（低3位）

[CF]=完成狀態(tài)，1=錯(cuò)誤，0=成功。

(3)FIND_PCI_CLASS_CODE

入口：[AL]=03H

■查找指定類(lèi)代碼和索引的PCI設(shè)備的位置。在其后可調(diào)用

READ_CONFIG和WRITE_CONFIG函數(shù)去訪(fǎng)問(wèn)設(shè)備配

置空間二"

(4)GENERATESPECIALCYCLE

?在PCI總線(xiàn)上產(chǎn)生特殊的周期

入口：[AL]=06H

[BH]=總線(xiàn)號(hào)(0.......255)

田口甩=特殊周期的數(shù)據(jù)

出口：[AH]=返回代碼：SUCCESSFUL(=0),

FUNCTION_NOT_SUPPORTED

[CF]=完成狀態(tài)，1=錯(cuò)誤，0=成功。

信華;/二字出版社

(5)READ_CONFIG_BYTE

?按字節(jié)讀取配置空間數(shù)據(jù)。

入口：[AL]=08H

[BH]=總線(xiàn)號(hào)(0……255)

[BL]=設(shè)備號(hào)(高5位)，功能號(hào)(低3位)

[DI]=寄存器號(hào)(0……255)

出口:[AH]=返回代碼(SUCCESSFUL=0)

[CX上讀到的字節(jié)

[CF]=完成狀態(tài)，1=錯(cuò)誤，0=成功。

清華文學(xué)圖撼鈍

（6）READ_CONFIG_WORD/READ_CONFIG_DWORD

■按字/雙字讀取配置空間

入口：[AL]=09H/OAH

[BH]=總線(xiàn)號(hào)（0……255）

[BL]=設(shè)備號(hào)（高5位），功能號(hào)（低3位）

[DI]=寄存器號(hào)（0,2,4,……254）/（0,4,8,……252）

出口：[AH]=返回代碼：SUCCESSFUL.。），

BADREGISTERNUMBER

《蜀/田。漢=讀取的字/雙字

[CF]=完成狀態(tài)，1=錯(cuò)誤，0=成功。

（7）WRITE_CONFIG_BYTE/

WRITEZCONFIGZWORD/

WRITEZCONFIG^DWORD

?對(duì)設(shè)備的缸置空間轉(zhuǎn)字節(jié)/字/雙字進(jìn)行寫(xiě)

入口：[AL]=0BH/0CH/0DH

[BH]=總線(xiàn)號(hào)（0……255）

[BL]=設(shè)備號(hào)（高5位），功能號(hào)（低3位）

[DI]=寄存器號(hào)（0……255）

[CL/[CX]/[ECX]=＜寫(xiě)字的字節(jié)/字/雙字

出口：[AH]=返回代碼：SUCCESSFUL,

BADREGISTERNUMBER

[CF]=完成狀態(tài)，1=錯(cuò)誤，0=成功。

高華:字出版社

希望自己編程訪(fǎng)問(wèn)本機(jī)PCI接口卡數(shù)據(jù)時(shí)，可以首

先用如下程序得到該卡的I/O地址：

（假設(shè)設(shè)備標(biāo)識(shí)為0440H,生產(chǎn)廠(chǎng)標(biāo)識(shí)為5333H）

MOVAH,0B1H

MOVAL,02H

MOVCX,0440HDEVICEID,顯卡設(shè)備標(biāo)識(shí)

MOVDX,5333HVENDORID,生產(chǎn)廠(chǎng)商標(biāo)識(shí)

MOVSI,0

INT1AH得到總線(xiàn)號(hào),設(shè)備號(hào)，功能號(hào)

JCERROR錯(cuò)誤時(shí)轉(zhuǎn)ERROR

猾華大學(xué)出版社

MOVAH,0B1H

MOVAL,09H

MOVDI,10HPCI基址寄存器

INT1AH

ANDAH,AH

JNZERROR

ANDCX,OFFFOH；D3?DO為標(biāo)志位

MOVAX,CX■

ERROR:..............;出錯(cuò)處理

10.3.6PCI總線(xiàn)設(shè)備開(kāi)發(fā)及S5933

?為了推廣PCI總線(xiàn)，降低PCI的使用難度，PCISIG提

供了一套PCI系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工具，許多元件制造商也紛紛

推出PCI協(xié)議控制芯片，AMCC公司生產(chǎn)的S5933X就

是這類(lèi)芯片。

?S5933X是在PCI總線(xiàn)與用戶(hù)應(yīng)用電路之間完成PCI協(xié)

議轉(zhuǎn)換的芯片，使用戶(hù)能像ISA總線(xiàn)那樣輕松完成接

口電路設(shè)計(jì)。

?它提供了3個(gè)物理總線(xiàn)接口:PCI總線(xiàn)接口、外加總線(xiàn)

接口和可選的NV（非易失）存儲(chǔ)器接口。

■數(shù)據(jù)傳送可以在PCI總線(xiàn)與外加總線(xiàn)之間進(jìn)行，也可

以在PCI總線(xiàn)與NV存儲(chǔ)器之間進(jìn)行。

?PCI總線(xiàn)與外加總線(xiàn)之間的數(shù)據(jù)傳送可以按以下三種

方式進(jìn)行。

>PASSTHRU:用戶(hù)可招1PCI板上的I/O空間和存儲(chǔ)空間

映射到系統(tǒng)中。PASS-THRU方式不支持主控(Master),

僅支持從控方式(Slaver)。

>MAILBOXES:供PC機(jī)與PCI板上微處理器之間傳輸

參數(shù)用，速度很低。

>FIFO:先進(jìn)先出隊(duì)列及控制電路，數(shù)據(jù)寫(xiě)入FIFO后，

按寫(xiě)入的先后順序讀出，供PCI板上進(jìn)行大量數(shù)據(jù)傳輸

用，S5933也用該功能模塊來(lái)支持主控DMA。

?PCI規(guī)范允許PCI設(shè)備自帶一個(gè)ROM,在系統(tǒng)上電

(POST)訪(fǎng)問(wèn)配置空間時(shí)，將該擴(kuò)展ROM拷貝入

RAM并加以執(zhí)行。S5933的NV存儲(chǔ)器接口提供了這

類(lèi)功能。

清華無(wú):學(xué)郵B社廉地七H北方BMMHI

10.3.7PCI-Express總線(xiàn)

?在PCI總線(xiàn)長(zhǎng)達(dá)十幾年的使用過(guò)程中，PC機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)

域不斷擴(kuò)大、外圍設(shè)備性能與工作速度迅速提升，而

PCI總線(xiàn)本身的性能卻停滯不前，使得PCI已經(jīng)不能

滿(mǎn)足新一代高性能PC機(jī)的需要。

?在物理層面上，PCIExpress總線(xiàn)以差分信號(hào)和串行

傳輸為其基本模式，在軟件層面上卻又與原有的PCI

總線(xiàn)兼容。由于PCIExpress總線(xiàn)的優(yōu)異性能，它正

在成為新一代主流總線(xiàn)。

?匕一二

x^B^zu^SS

1.PCkExpress總線(xiàn)信號(hào)

(1)采用差分信號(hào)

?PCIExpress總線(xiàn)采用差分信號(hào)傳輸，用一對(duì)(2

根)信號(hào)線(xiàn)傳遞一位二進(jìn)制信息，峰峰值為

0.8V~L2V。

?差分信號(hào)可以有效地克服“共模干擾”的影響。

?采用差分信號(hào)后，信號(hào)線(xiàn)上的電壓降低了，信號(hào)

“翻轉(zhuǎn)”所花費(fèi)的時(shí)間相應(yīng)縮短，數(shù)據(jù)傳輸速度

得到提高。

?低電位信號(hào)同時(shí)還減少了信號(hào)之間的相互干擾和

信號(hào)自身對(duì)外部的干擾。

(2)全雙工通訊

PCIExpress用兩對(duì)(4根)信號(hào)線(xiàn)實(shí)現(xiàn)一位二進(jìn)

制信息的“全雙工”數(shù)據(jù)傳送。

PCIExpressXIPCIExpressX2

(b)

高華:字出版社

（3）采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接

PCIExpress采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接方式，每個(gè)設(shè)備都

有自己的專(zhuān)用連接，比起PCI總線(xiàn)的共享并行方

式，它不存在設(shè)備對(duì)信道的競(jìng)爭(zhēng)，不需要進(jìn)行總

線(xiàn)仲裁，簡(jiǎn)化了總線(xiàn)管理

信i紜繇出版社?蘭的除S“SSIMMMMfr

(4)串行/并行靈活組合的傳送方式

使用2對(duì)信號(hào)線(xiàn)時(shí)，PCI-Express可以進(jìn)行一位二進(jìn)制

的“全雙工”串行通訊，稱(chēng)為PCKExpressxL

允許對(duì)信號(hào)線(xiàn)的數(shù)目進(jìn)行擴(kuò)充，使用兩組(4對(duì)/8根)

信號(hào)線(xiàn)時(shí)，可以同時(shí)進(jìn)行2位二進(jìn)制信號(hào)的“并行”雙向

通訊，帶寬比'I增加了一倍。

信號(hào)線(xiàn)可以擴(kuò)充為2/4/8/12/16/32組，分別稱(chēng)為PCI

Express'2、'4、x8、x12、義16及'32,靈活地實(shí)現(xiàn)

串行/并行組合式的數(shù)據(jù)通訊。

清華^臻出版社r*繞會(huì):k演

PCI-Expressx1的單向信號(hào)傳輸速率為2.5Gbps,除去編

碼損耗，實(shí)際帶寬約為250MBps,雙向可達(dá)500MBps,比

33MHzPCI總線(xiàn)的速度快一倍左右。PCIExpress'16單向

就能夠提供4GBps的帶寬，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)AGP8X的2.1GB/S的帶

寬。即將推出的PCI-Express2.0規(guī)范將時(shí)鐘信號(hào)頻率提高為

5Gbps,數(shù)據(jù)傳輸速率進(jìn)一步得到提升。

目前臺(tái)式PC機(jī)中提供的PCIExpress總線(xiàn)有x1和x16兩種。

x16可以取代AGP供連接顯卡使用。

南華:>'二字出版社

2.PCI?Express的層次結(jié)構(gòu)

PCIExpress總線(xiàn)采用分層設(shè)計(jì)，與PCI總線(xiàn)的尋址方

式兼容，現(xiàn)有的應(yīng)用程序和驅(qū)動(dòng)程序可以不加改變地在

PCIExpress總線(xiàn)上使用。

PCI-Express從下至1上分別為：物理層(Physical

Layer)＞數(shù)據(jù)鏈路層(LinkLayer)、處理層

(TransactionLayer)和軟件層(SoftwareLayer)。

高華:字出版社

物理層決定總線(xiàn)接口的物理特性，如點(diǎn)對(duì)點(diǎn)串行連接、

差分信號(hào)驅(qū)動(dòng)、熱撥插、可配置帶寬等。使用信號(hào)的跳變來(lái)

同步，不需要使用單獨(dú)的同步時(shí)鐘信號(hào)。

數(shù)據(jù)鏈路層的主要職責(zé)就是確保數(shù)據(jù)包的完整性，確保

數(shù)據(jù)包可靠、正確地傳輸。它在數(shù)據(jù)包前添加序列號(hào)和在數(shù)

據(jù)包后添加冗余校驗(yàn)碼。

高華:字出版社

處理層的作用主要是接收從軟件層送來(lái)的讀、寫(xiě)請(qǐng)求，建

立一個(gè)請(qǐng)求包傳送到數(shù)據(jù)鏈路層。處理層同時(shí)接收從數(shù)據(jù)鏈

路層傳來(lái)的響應(yīng)包，并與原始的軟件請(qǐng)求關(guān)聯(lián)。

處理層包括4個(gè)地址空間,其中3個(gè)是PCI接口原有的，如

內(nèi)存、I/O和配置地址空間,另外一個(gè)是PCIExpress接口新

增加的，它就是信息空間。

Header數(shù)據(jù)

處理層

包序列號(hào)處理層數(shù)據(jù)包CRC數(shù)據(jù)鏈路層

幀同步數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)包幀同步物理層

3.使用交換器實(shí)現(xiàn)設(shè)備互連

由PCIExpress總線(xiàn)構(gòu)建的系統(tǒng)包括根組件(Root

Complex)、交換器(Switch)和各種終端設(shè)備。

根組件可以集成在存儲(chǔ)控制中心(MCH)芯片中，用于

處理器和內(nèi)存子系統(tǒng)與I/O設(shè)備之間的連接。

在PCIExpress架構(gòu)中新增加的設(shè)備是交換器(Switch),

它取代了原有架構(gòu)中的I/O橋接器，用來(lái)連接各種設(shè)備或

PCIExpress擴(kuò)展插槽。交換器可以提供2個(gè)或多個(gè)端口，每

個(gè)端口可以連接一個(gè)PCIExpress設(shè)備，實(shí)現(xiàn)多個(gè)設(shè)備的互

連。

4.支持與PCI兼容的地址空間

PCIExpress支持與PCI相同的內(nèi)存、I/O和配置地址空間，

而且還將PCI的配置空間從256B擴(kuò)大到4KB。原有的應(yīng)用程

序和PCI設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序，不加修改地就可以在PCI

Express總線(xiàn)系統(tǒng)中運(yùn)行。

PCIExpress總線(xiàn)提供了一個(gè)新的信息地址空間，這可以

使PCIExpress設(shè)備相互交換信息。一部分信息是PCI

Express的標(biāo)準(zhǔn)信息，用來(lái)出錯(cuò)報(bào)告、中斷以及電源管理中

的信息交換。而另一部分的信息由設(shè)備開(kāi)發(fā)商定義。

清華十字出版社1

10.4USB總線(xiàn)

10.4.1概述

?傳統(tǒng)的接口電路，每增加一種設(shè)備，就需要為它準(zhǔn)

備一種接口或插座，還要為它們準(zhǔn)備各自的驅(qū)動(dòng)程

序。這些接口、插座、驅(qū)動(dòng)程序各不相同，給使用

和維護(hù)帶來(lái)了困難。

?由Intel等公司開(kāi)發(fā)的USB總線(xiàn)（UniversalSerial

BUS,通用串行總線(xiàn)）采用通用的連接器，使用熱

插拔技術(shù)以及相應(yīng)的軟件，使得外設(shè)的連接、使用

大大地簡(jiǎn)化，受到了普遍的歡迎，已經(jīng)成為流行的

外設(shè)接口。

高華:字出版社

1.USB協(xié)議版本及傳輸速度

USB協(xié)議目前的版本是USB2.0,它允許三種傳

輸速度：

?高速(HIGH-SPEED)480Mb/s

?全速(FULL-SPEED)12Mb/s

?低速(LOW-SPEED)1.5Mb/s

?后兩種傳輸速度兼容USBL1標(biāo)準(zhǔn)(1.1版本中的

“高速”在2.0版本中改稱(chēng)為“全速”)。不同傳

送速度的設(shè)備可以相互通信。

信華無(wú):學(xué)出版社ISMSHSBtiESMMM

2.接口信號(hào)及電氣特性

?USB總線(xiàn)使用一個(gè)4針的標(biāo)準(zhǔn)插頭

?支持熱插拔(HotPhigln)和即插即用(Plug&Play)

?為低功耗裝置提供電源，+5V時(shí)最大可提供500mA的

電流。

?差分方式傳輸信號(hào)，半雙工方式。

管腳信號(hào)名稱(chēng)導(dǎo)線(xiàn)顏色

1VBUS紅

2D-白

3D+綠

4GND里八、、

外殼屏蔽多股線(xiàn)

高華十字出版社_二

3.傳輸類(lèi)型

（1）控制傳輸:

一個(gè)USB設(shè)備接入總線(xiàn)后，USB主機(jī)

詢(xún)問(wèn)該設(shè)備的類(lèi)型，為該設(shè)備分配地址，

這個(gè)“配置”設(shè)備的過(guò)程稱(chēng)為控制傳輸。

清華7'二字出版社

（2）中斷傳輸

鍵盤(pán)、鼠標(biāo)等低速設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸是“斷續(xù)”

進(jìn)行的，這些設(shè)備的信號(hào)傳輸使用“中斷傳輸”方

式。

USB主機(jī)通過(guò)定時(shí)查詢(xún)的方法了解這些設(shè)備有

無(wú)傳輸要求。通過(guò)設(shè)置查詢(xún)時(shí)間間隔，可以把對(duì)設(shè)

備響應(yīng)的延遲控制在允許范圍之內(nèi)。中斷傳輸僅僅

使用于輸入設(shè)備，

這里的“中斷”與第6章所敘述的外部設(shè)備中

斷在含義上是不同的，USB設(shè)備沒(méi)有主動(dòng)向主機(jī)申

清場(chǎng)導(dǎo)出瓶強(qiáng)二量星比；SHMBfHtiBES18MmM

(3)批量傳輸

供打印機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、掃描儀等中高速設(shè)

備使用。這些設(shè)備傳輸?shù)臄?shù)據(jù)通常是“成批”的,

而且是不定期的。

高華:字出版社

（4）實(shí)時(shí)傳輸

主要用于視頻、音頻等對(duì)傳輸速度有嚴(yán)格

要求的外部設(shè)備。對(duì)于這一類(lèi)設(shè)備來(lái)說(shuō)，傳輸?shù)?/p>

“實(shí)時(shí)”性比“正確”性更顯得重要。為了

“快”，它寧可部分地犧牲傳輸?shù)摹罢_”性。

猾華大學(xué)出版社

表10?4各種傳輸類(lèi)型的速度/數(shù)據(jù)包大小

傳輸類(lèi)型低速全速高速

控制24/8832/8,16,32,6415872/64

中斷0.8/1?864/1?6424576/1?1024

批量不支持1216/8,16,32,6453248/512

實(shí)時(shí)不支持1023/1?102324576/1?1024

山必」工

4.USB的特點(diǎn)

USB容易使用。用戶(hù)將USB設(shè)備連接到計(jì)算機(jī)

上后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)檢測(cè)該設(shè)備，安裝相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)

程序。只有當(dāng)系統(tǒng)找不到適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)程序時(shí)，才

會(huì)要求用戶(hù)提供驅(qū)動(dòng)程序。系統(tǒng)安裝驅(qū)動(dòng)程序時(shí),

用戶(hù)不用設(shè)置任何選項(xiàng)；

USB支持熱插拔，用戶(hù)不用關(guān)閉計(jì)算機(jī)就可插拔

USB設(shè)備；

不同的USB設(shè)備使用相同的接口。USB接口的價(jià)

格低、能耗低并且穩(wěn)定性好；

USB的特點(diǎn)

USB總線(xiàn)可以提供+5V最大500mA的電源給USB

設(shè)備，大部分的USB設(shè)備可不用自帶電源；

傳輸速度快，USB提供三種傳輸速度，最高速度

可達(dá)480Mb/S;

富有彈性，USB有四種傳輸類(lèi)型，可以滿(mǎn)足不同

特點(diǎn)外部設(shè)備的需要；

信監(jiān)藜學(xué)出版社M,禹霖，/翩網(wǎng)融川

）—**■J，一<，?J.一，'Jla-4*,->*■/L.'~,?-jHi

10.4.2USB總線(xiàn)的構(gòu)成

1.USB硬件

（1）USB主控制器/根集線(xiàn)器

?USB主控制器是硬件、固件和軟件的聯(lián)合體。主控制

器負(fù)責(zé)USB總線(xiàn)上的數(shù)據(jù)傳輸，進(jìn)行數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換。

?根集線(xiàn)墨集成在主系統(tǒng)中，提供多個(gè)接入端口。根集

線(xiàn)器檢測(cè)外設(shè)的連接和斷開(kāi)，執(zhí)行主控制器發(fā)出的請(qǐng)

求并在設(shè)備和主控制器之間傳遞數(shù)據(jù)。

?USB主控制器和根集線(xiàn)器合稱(chēng)為USB主機(jī)（HOST）。

USB主機(jī)的作用：

>檢測(cè)USB設(shè)備的加入或去除狀態(tài)；

>管理主機(jī)與USB設(shè)備之間的數(shù)據(jù)流；

>管理主機(jī)與USB設(shè)備之間的控制流；

>收集USB設(shè)備的狀態(tài)與活動(dòng)屬性。

?除了根集線(xiàn)器，USB總線(xiàn)上還可以連接附加的集線(xiàn)器。

每個(gè)集線(xiàn)器可以提供2個(gè)、4個(gè)或7個(gè)接入點(diǎn)，連接更

多的USB設(shè)備。

?可以把集線(xiàn)器與外部設(shè)備集成在一起，更方便地?cái)U(kuò)充

系統(tǒng)。

育華71字出版社

（2）USB設(shè)備（Device）

?為主機(jī)提供單個(gè)功能的設(shè)備稱(chēng)為“功能件”

（FUNCTION）o

?“功能件”和Hub都稱(chēng)為USB，，設(shè)備”。

?復(fù)合的“設(shè)備”有一個(gè)Hub和一個(gè)或多個(gè)“功能件”

?每個(gè)集線(xiàn)器和“功能件”都有惟一的地址（1?127）。

?允許最多連接5層集線(xiàn)器，總共127個(gè)外設(shè)和集線(xiàn)器

（包括根集線(xiàn)器）。

信華文學(xué)出版社就黑爆扁甥UH

2.USB總線(xiàn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

USB的物理連接是一個(gè)層次型的星形結(jié)構(gòu)，集線(xiàn)器（Hub）

位于每個(gè)星型結(jié)構(gòu)的中心。星形結(jié)構(gòu)的每一段都是主機(jī)、集

線(xiàn)器或某一功能件之間的連接。

清華十字出版社

3.設(shè)備地址和端點(diǎn)

USB總線(xiàn)上的每個(gè)設(shè)備都有一個(gè)由主機(jī)分配的惟一

地址，用7位二進(jìn)制表示。一個(gè)新的USB設(shè)備連接到

系統(tǒng)時(shí)，使用默認(rèn)的0號(hào)地址與USB主機(jī)通訊。配置

過(guò)程結(jié)束后，由主機(jī)分配一個(gè)1?127之內(nèi)的地址，

USB設(shè)備和集線(xiàn)器（包括根集線(xiàn)器）的總數(shù)不能超過(guò)

127個(gè)。

每個(gè)設(shè)備還有一個(gè)或多個(gè)端點(diǎn)（Endpoint），端

點(diǎn)編號(hào)在0?15之間，用4位二進(jìn)制表示。USB設(shè)備用

不同的端點(diǎn)號(hào)代表對(duì)該設(shè)備不同類(lèi)型的傳輸要求。

清華少學(xué)出版社

4.管道

管道是主機(jī)軟件和設(shè)備端點(diǎn)之間的一個(gè)邏輯連接,

是主機(jī)和設(shè)備交換數(shù)據(jù)的通道。一個(gè)設(shè)備可以同時(shí)

使用多個(gè)管道，設(shè)備移除后，與該設(shè)備所連的所有

管道也被移除。

USB總線(xiàn)為多個(gè)