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微機(jī)原理與接口技術(shù) 主講易凡wdyifan 武漢大學(xué)物理學(xué)院電子科學(xué)與技術(shù)系 第十三章微機(jī)總線與接口標(biāo)準(zhǔn) 第十三章微機(jī)總線與接口標(biāo)準(zhǔn) 教學(xué)重點(diǎn)總線的概念和分類PCI總線USB接口 13 1微機(jī)總線和接口概述 總線 是系統(tǒng)與系統(tǒng)之間或系統(tǒng)內(nèi)部各模塊之間進(jìn)行信息傳輸所必需的全部信號(hào)線的總和 信息包括指令 數(shù)據(jù)和地址 總線標(biāo)準(zhǔn)指芯片之間 擴(kuò)展卡之間以及系統(tǒng)之間 通過總線進(jìn)行連接和傳輸信息時(shí) 應(yīng)該遵守的一些協(xié)議與規(guī)范 接口標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)接口的規(guī)范 涉及接口信號(hào)線定義 信號(hào)傳輸速率 傳輸方向和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及電氣特性和機(jī)械特性等多個(gè)方面 13 1 1總線與接口及其標(biāo)準(zhǔn)的概念 13 1 2總線的分類 1 按總線功能或信號(hào)類型劃分為 數(shù)據(jù)總線 雙向三態(tài)邏輯 線寬表示了總線數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪芰?地址總線 單向三態(tài)邏輯 線寬決定了系統(tǒng)的尋址能力 控制總線 就某根來說是單向或雙向 控制總線最能體現(xiàn)總線特點(diǎn) 決定總線功能的強(qiáng)弱和適應(yīng)性 2 按數(shù)據(jù)傳輸方式分類 并行總線將數(shù)據(jù)的各位同時(shí)在多根并行傳輸線上進(jìn)行傳輸 適于短距離 高速通信 串行總線將數(shù)據(jù)的各位按時(shí)間順序依次在一根傳輸線上傳輸 適于長(zhǎng)距離 中低速通信 13 1 2總線的分類 13 1 2總線的分類 3 按總線的層次結(jié)構(gòu)分為 CPU總線 微機(jī)系統(tǒng)中速度最快的總線 主要在CPU內(nèi)部 連接CPU內(nèi)部部件 在CPU周圍的小范圍內(nèi)也分布該總線 提供系統(tǒng)原始的控制和命令 局部總線 在系統(tǒng)總線和CPU總線之間的一級(jí)總線 提供CPU和主板器件之間以及CPU到高速外設(shè)之間的快速信息通道 13 1 2總線的分類 3 按總線的層次結(jié)構(gòu)分為 系統(tǒng)總線 也稱為I O總線 是傳統(tǒng)的通過總線擴(kuò)展卡連接外部設(shè)備的總線 由于速度慢 其功能已經(jīng)被局部總線替代 通信總線 也稱為外部總線 是微機(jī)與微機(jī) 微機(jī)與外設(shè)之間進(jìn)行通信的總線 例 CPU總線 例 系統(tǒng)總線 例 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的總線 例 總線實(shí)體 PCI總線 外設(shè)接口總線 系統(tǒng) 外總線如并口 串口 系統(tǒng) 內(nèi)總線如ISA PCI 片 間 總線三總線形式 片內(nèi)總線單總線形式 微機(jī)總線結(jié)構(gòu) 微機(jī)系統(tǒng)的四級(jí)總線示意圖 13 1 3總線標(biāo)準(zhǔn) 總線標(biāo)準(zhǔn) 是指芯片之間 插板之間及系統(tǒng)之間 通過總線進(jìn)行連接和傳輸信息時(shí) 應(yīng)遵守的一些協(xié)議與規(guī)范 包括硬件和軟件兩個(gè)方面 物理特性 指總線物理連接的方式功能特性 描述總線中每一根線的功能電氣特性 定義每一根線上信號(hào)的傳送方向 有效電平范圍時(shí)間特性 定義了每根線在什么時(shí)間有效 即每根線的時(shí)序 13 1 4總線的性能指標(biāo) 總線寬度總線寬度又稱總線位寬 指的是總線能同時(shí)傳送數(shù)據(jù)的位數(shù)總線頻率總線工作頻率是總線工作速度的一個(gè)重要參數(shù) 工作頻率越高 速度越快 13 1 4總線的性能指標(biāo) 續(xù) 總線帶寬總線帶寬又稱總線的最大數(shù)據(jù)傳輸速率 是指在一定時(shí)間內(nèi)總線上可傳送的數(shù)據(jù)總量 用每秒鐘最大傳送數(shù)據(jù)量來衡量 總線帶寬 總線寬度 8位 總線頻率單位為 MB s 總線頻率以MHz為單位 例 PCI總線的總線頻率為33 3MHz 總線寬度為64位的情況下 總線數(shù)據(jù)傳輸率為266MB s 13 1 5總線操作和總線傳送控制過程 總線操作的4個(gè)階段 總線請(qǐng)求和仲裁階段需要使用總線的主模塊提出要求 由總線使用的仲裁機(jī)構(gòu)確定 把下一個(gè)傳輸周期的總線使用權(quán)分配給某個(gè)請(qǐng)求源尋址階段取得使用權(quán)的主模塊 通過地址總線發(fā)出本次要訪問的從模塊的存儲(chǔ)器地址 或I O端口地址及有關(guān)命令 讓參與本次傳輸?shù)膹哪K被選中并開始啟動(dòng) 總線操作的4個(gè)階段 續(xù) 傳輸階段主模塊和從模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換 數(shù)據(jù)由源模塊出 經(jīng)數(shù)據(jù)總線傳送到目的模塊 結(jié)束階段主 從模塊的有關(guān)信息均從總線上撤除 讓出總線 以便其他模塊能繼續(xù)使用 總線傳送控制 1 同步方式 優(yōu)點(diǎn) 電路簡(jiǎn)單 適合高速設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸缺點(diǎn) 高速設(shè)備和低速設(shè)備間只能用低速設(shè)備的速度來傳輸數(shù)據(jù) 2 半同步方式 wait ready信號(hào)是單向的 不是互鎖的 總線傳送控制 3 異步方式 比同步方式慢總線頻帶窄總線傳輸周期長(zhǎng) 總線讀周期分成兩個(gè)子周期 尋址子周期 數(shù)據(jù)傳送子周期在兩子周期之間 退出總線 從設(shè)備準(zhǔn)備數(shù)據(jù) 4 分離方式 并行總線的構(gòu)成 地址總線AB 數(shù)據(jù)總線DB 控制總線CB 13 2微機(jī)的并行總線 同步時(shí)鐘頻率和數(shù)據(jù)總線寬度確定數(shù)據(jù)傳輸速度數(shù)據(jù)傳輸與時(shí)鐘同步要求各個(gè)設(shè)備的速度相當(dāng) 并行總線的時(shí)序 同步并行總線時(shí)序 通過聯(lián)絡(luò)應(yīng)答信號(hào)實(shí)現(xiàn)握手適應(yīng)能力強(qiáng) 速度取決于較慢的設(shè)備 異步并行總線時(shí)序 并行總線的時(shí)序 續(xù) 在同步的基礎(chǔ)上 插入等待周期能兼容總線上各種不同響應(yīng)速度的設(shè)備使同步總線達(dá)到與異步總線相同的功能 半同步并行總線時(shí)序 并行總線的時(shí)序 續(xù) 并行總線的仲裁 掛接在BUS上的主控設(shè)備 CPU DMAC DRAM刷新控制器 總線橋 仲裁方式 菊花鏈 仲裁 串行 并行仲裁串并行二維仲裁 總線仲裁確定模塊如何分配并使用總線任一時(shí)刻只能有一個(gè)模塊擁有總線的控制權(quán) 1 菊花鏈 總線仲裁方式 三線 菊花鏈 總線請(qǐng)求BR 總線允許BG 總線忙BB 三線菊花鏈仲裁原理 任一主控器Ci發(fā)出總線請(qǐng)求時(shí) 使BR 1任一主控器Ci占用總線 使BB 1 禁止BG輸出主控器Ci沒發(fā)請(qǐng)求 BRi 0 卻收到BG BGINi 1 則將BG向后傳遞 BGOUTi 1 當(dāng)BR 1 BB 0時(shí) 仲裁器發(fā)出BG信號(hào) 此時(shí) BG 1 如果仲裁器本身也是一個(gè)主控器 如微處理器 則在發(fā)出BG之前BB 0時(shí) 它可以占用一個(gè)或幾個(gè)總線周期若Ci同時(shí)滿足 本地請(qǐng)求 BRi 1 BB 0 檢測(cè)到BGINi端出現(xiàn)了上升沿 接管總線Ci接管總線后 BG信號(hào)不再后傳 即BGOUTi 0 2 并行總線仲裁方式 各主控器有獨(dú)立的總線請(qǐng)求BR 總線允許BG 互不影響總線仲裁器直接識(shí)別所有設(shè)備的請(qǐng)求 并向選中的設(shè)備Ci發(fā)BGi 3 串并行二維總線仲裁方式 各鏈路上優(yōu)先級(jí)由總線判決器內(nèi)部邏輯決定同一鏈路上則由離總線判決器的遠(yuǎn)近程度確定 13 3串行總線 串行總線的構(gòu)成 只有數(shù)據(jù)總線 沒有地址總線 控制總線總線上信息 數(shù)據(jù) 地址 按位傳輸總線規(guī)模小 特別適用于遠(yuǎn)距離通信也可作為系統(tǒng)內(nèi)部通信和近距離通信 串行總線標(biāo)準(zhǔn) 起止式通信協(xié)議目前應(yīng)用最廣泛的標(biāo)準(zhǔn)串行總線接口之一 RS 232標(biāo)準(zhǔn) RS 422 423標(biāo)準(zhǔn) 采用了平衡差分傳輸技術(shù) 提高了共模抑制能力 大大減小了地線電位差引起的麻煩 RS 485標(biāo)準(zhǔn) 為RS 422標(biāo)準(zhǔn)的改進(jìn)增強(qiáng)版本 并兼容RS 422標(biāo)準(zhǔn)邏輯電平與傳統(tǒng)數(shù)字邏輯TTL兼容 且對(duì)物理層沒有任何嚴(yán)格要求 由Philips公司推出的用于IC之間的一種二線制全雙向同步串行擴(kuò)展總線串行數(shù)據(jù)線SDA 串行時(shí)鐘線SCL I2C總線標(biāo)準(zhǔn) USB UniversalSerialBus 是外設(shè)與計(jì)算機(jī)連接的接口總線簡(jiǎn)化外設(shè)的連接過程 具備即插即用 熱插拔 接口體積小 節(jié)省系統(tǒng)資源 傳輸可靠 良好的兼容性 共享式通信 低成本 USB標(biāo)準(zhǔn) 其前身是1996年由蘋果公司起草的 稱之為火線 FireWire 并注冊(cè)為其商標(biāo)速度高 400Mbps800Mbps1 6Gbps IEEE1394接口有6針和4針兩種類型可提供8 40V最大1 5A電流供物理層使用作為一個(gè)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的高速串行總線 已廣泛用于數(shù)字?jǐn)z像機(jī) 機(jī)頂盒 計(jì)算機(jī)及其外設(shè)等 1394標(biāo)準(zhǔn) 13 4ISA總線 工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu) 在PC總線基礎(chǔ)上發(fā)展而來 最高工作頻率為8MHz 24根地址線 16位數(shù)據(jù)線擁有大量接口卡 歷經(jīng)286 386 486和Pentium幾代微機(jī) PC總線或XT總線 數(shù)據(jù)寬度為8位的ISA總線 由62根信號(hào)線組成 分A B面 AT總線 PC總線的基礎(chǔ)上增加了36根信號(hào)線 增加了C D面 ISA總線的特點(diǎn) 特點(diǎn)一1K字節(jié)的I O地址空間 0000H 03FFH 24位存儲(chǔ)器地址8位或16位數(shù)據(jù)存取15級(jí)硬件中斷7級(jí)DMA通道產(chǎn)生I O等待狀態(tài) 特點(diǎn)二它是一種多主控 MultiMaster 總線除主CPU外 DMA控制器 DRAM刷新控制器和帶處理器的智能接口控制卡都可以成為ISA總線的主控設(shè)備 ISA總線的特點(diǎn) 續(xù) 特點(diǎn)三 可支持8種類型的總線周期 8位或16位的存儲(chǔ)器讀周期 8位或16位的存儲(chǔ)器寫周期 8位或16位的I O讀周期 8位或16位的I O寫周期 中斷請(qǐng)求和中斷響應(yīng)周期 DMA周期 存儲(chǔ)器刷新周期 總線仲裁周期 39 ISA總線的信號(hào) ISA信號(hào)說明 數(shù)據(jù)線D0 D15 雙向三態(tài)低位地址線A0 A19 輸出 可尋址1MB高位地址線LA17 LA23 輸出 尋址范圍16MB A19 A17不復(fù)用 提高數(shù)據(jù)傳輸率地址鎖存允許信號(hào)ALE 輸出 高電平有效中斷請(qǐng)求信號(hào)IRQ2 IRQ7 IRQ10 IRQ14 輸入 上升沿有效地址使能信號(hào)AEN 輸出 高電平有效 高電平表示DMA周期 CPU控制總線時(shí) 該信號(hào)保持低電平 ISA信號(hào)說明 續(xù) I O讀信號(hào)IOR 輸出 低電平有效I O寫信號(hào)IOW 輸出 低電平有效存儲(chǔ)器讀MEMR 輸出 低電平有效存儲(chǔ)器寫MEMW 輸出 低電平有效數(shù)據(jù)總線高字節(jié)使能SBHE 輸出 低電平有效16位I O片選信號(hào)I OCS16 輸入 低電平有效16位存儲(chǔ)器片選MEMCS16 輸入 低電平有效 ISA總線的電源規(guī)格 ISA總線機(jī)械尺寸 ISA總線的典型操作時(shí)序 8位存儲(chǔ)器讀 寫周期時(shí)序 8位IO讀 寫周期時(shí)序 ISA總線的典型操作時(shí)序 16位存儲(chǔ)器讀 寫周期時(shí)序 16位IO讀 寫周期時(shí)序 DMA啟動(dòng)存儲(chǔ)器讀I O寫周期時(shí)序 DMA啟動(dòng)I O讀存儲(chǔ)器寫周期時(shí)序 中斷響應(yīng)周期時(shí)序 13 6PCI總線 PCI總線也稱為外部設(shè)備互連 為PeripheralComponentInterconnectSpecialInterestGroup 縮略語(yǔ)為PCISIG1992年6月推出1 0版本1993年4月推出2 01995年6月2 1版本1998年12月推出2 2版本 13 6 1PCI總線特點(diǎn) 傳輸效率高 時(shí)鐘頻率33MHz 傳輸速率每秒132 264MB獨(dú)立于處理器 不受處理器限制支持突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸多總線共存支持總線主控和同步操作具有即插即用功能合理的管腳安排與ISA EISA及MCA總線完全兼容預(yù)留擴(kuò)展空間 具有自動(dòng)配置功能支持兩種電壓下的擴(kuò)展卡 13 6 1PCI總線特點(diǎn) 突發(fā)傳輸原理 啟動(dòng)機(jī)制 停止機(jī)制是關(guān)鍵 PCI的基本總線傳輸機(jī)制是突發(fā)傳輸 包括一個(gè)地址期和一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)期 支持存儲(chǔ)器和I O突發(fā)傳輸是指主橋電路 位于主處理器和PCI總線之間 可將針對(duì)存儲(chǔ)器的多次訪問在不影響正常操作的前提下合并為一次傳輸置位基地址寄存器的預(yù)取位 可將數(shù)據(jù)預(yù)取與寫合并 并可區(qū)分哪些空間可合并 哪些不能合并遇到不可預(yù)取或任意范圍的讀操作時(shí) 停止合并I O訪問一般只有一個(gè)數(shù)據(jù)期 因此不能突發(fā)訪問 工作站的PCI系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 13 6 2PCI插槽和PCI擴(kuò)展卡 PCI總線規(guī)范定義了5V和3 3V兩種工作電源電壓連接器有32位和64位兩種5V的連接器用于3 3V時(shí) 需要旋轉(zhuǎn)180度PCI接口卡的金手指根據(jù)需要可設(shè)計(jì)成5V通用 5V 32位 5V 64位以及3 3V通用 3 3V 32位 3 3V 64位等多種形式 32位PCI總線連接器 32位PCI總線連接器引腳序號(hào) 5V 32位連接器引腳排列 3 3V 32位連接器引腳排列 PCI插槽 2 PCI插卡 13 6 3PCI總線接口信號(hào) 系統(tǒng)接口信號(hào) 線號(hào)類型說明IN 表示輸入信號(hào)OUT 表示輸出信號(hào)T S 表示雙向三態(tài)I O信號(hào)S T S 表示持續(xù)的低電平有效的三態(tài)信號(hào) O D 表示漏極開路 以線或方式允許多個(gè)設(shè)備共享 CLKIN PCI系統(tǒng)總線時(shí)鐘 最高33MHz 66MHz 最低0Hz PCI大部分信號(hào)在CLK的上升沿有效 13 6 3PCI總線接口信號(hào) 地址與數(shù)據(jù)接口信號(hào) AD 31 00 T S 地址 數(shù)據(jù)多路復(fù)用信號(hào)在FRAME 有效的第1個(gè)時(shí)鐘 AD 31 00 上傳送的是32位地址 稱為地址期 在IRDY 和TRDY 同時(shí)有效時(shí) AD 31 00 上傳送的為32位數(shù)據(jù) 稱為數(shù)據(jù)期 C BE 3 0 T S 總線命令和字節(jié)使能多路復(fù)用信號(hào)地址期內(nèi)表示總線命令 數(shù)據(jù)期內(nèi)表示字節(jié)使能信號(hào) PART S 針對(duì)AD 31 00 和C BE 3 0 進(jìn)行奇偶校驗(yàn)的校驗(yàn)位 STOP S T S 從設(shè)備發(fā)出的要求主設(shè)備終止當(dāng)前的數(shù)據(jù)傳送的信號(hào) LOCK S T S 鎖定信號(hào)IDSELIN 初始化設(shè)備選擇信號(hào) 訪問配置空間的時(shí)候作為片選DEVSEL S T S 設(shè)備選擇信號(hào) 由常規(guī)訪問期間被選中的從設(shè)備驅(qū)動(dòng) 接口控制信號(hào) FRAME S T S 幀周期信號(hào)FRAME 信號(hào)無效 有效 表示一幀傳輸開始 FRAME 有效的第1個(gè)時(shí)鐘為地址期 其后為若干數(shù)據(jù)期 FRAME 信號(hào)有效 無效 表示傳輸進(jìn)入最后一個(gè)數(shù)據(jù)期 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) 接口控制信號(hào) 續(xù) REQ T S 總線占用請(qǐng)求信號(hào)GNT T S 總線占用允許信號(hào) 錯(cuò)誤報(bào)告接口信號(hào)PERR S T S 數(shù)據(jù)奇偶校驗(yàn)錯(cuò)誤報(bào)告信號(hào)SERR O D 系統(tǒng)錯(cuò)誤報(bào)告信號(hào) 中斷接口信號(hào)INTA INTB INTC INTD 4條中斷線電平觸發(fā)多功能設(shè)備可以任意選擇一個(gè)或多個(gè)中斷線 單功能設(shè)備只能用INTA 仲裁接口信號(hào) AD 63 32 T S 擴(kuò)展的32位地址和數(shù)據(jù)多路復(fù)用線C BE 7 4 T S 總線命令和字節(jié)使能多路復(fù)用擴(kuò)展信號(hào)線REQ64 S T S 64位傳輸請(qǐng)求信號(hào)ACK64 S T S 64位傳輸允許信號(hào)PAR64T S 奇偶雙字節(jié)校驗(yàn) 64位總線擴(kuò)展信號(hào) 主 從設(shè)備連接PCI信號(hào)線示意圖 13 6 4總線操作命令 13 6 5 PCI總線協(xié)議 三種地址空間 內(nèi)存地址空間 I O地址空間和配置地址空間PCI總線的每個(gè)設(shè)備都有自己的地址譯碼邏輯支持正向 負(fù)向兩種地址譯碼方式正向譯碼 每個(gè)設(shè)備都監(jiān)視地址總線上的訪問地址是否落在它的地址范圍內(nèi)負(fù)向譯碼 未被其他設(shè)備在正向譯碼中接受的所有譯碼要等總線上其他所有設(shè)備都拒絕之后才能確定 總線上只能有一個(gè)設(shè)備采用此種方式 如標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)展總線 PCI總線的尋址 采用分散地址譯碼技術(shù) I O地址空間 在I O地址空間 32位AD線全部被用來提供一個(gè)完整的地址編碼 字節(jié)地址 AD 1 0 和C BE 3 0 指明傳輸?shù)淖畹陀行ё止?jié) 如 當(dāng)AD 1 0 01時(shí) 若C BE 3 0 1101 為字節(jié)傳輸 若C BE 3 0 1001 為字傳輸 若C BE 3 0 1011等 操作錯(cuò)誤 中止傳輸 表3 4AD 1 0 和C BE 3 0 對(duì)應(yīng)關(guān)系表 內(nèi)存地址空間 AD 1 0 00時(shí) 突發(fā)傳輸順序?yàn)榈刂愤f增方式AD 1 0 01時(shí) 為Cache行切換方式AD 1 0 1X時(shí) 保留 最低尋址 或訪問 精度為雙字 A1A0必須為00 或不譯碼 可作它用 AD 31 02 譯碼得到雙字邊界對(duì)齊的起始地址 每個(gè)數(shù)據(jù)周期過后地址加4 直到傳輸過程結(jié)束 配置地址空間 最低尋址 或訪問 精度為雙字 IDSEL信號(hào)有效且AD 1 0 00 則該設(shè)備被選為訪問的從設(shè)備AD 1 0 01 且譯碼符合某橋電路的編號(hào) 則說明配置訪問是針對(duì)該橋電路后面的設(shè)備AD 7 2 用于選擇每個(gè)設(shè)備配置空間的雙字寄存器 共64個(gè) AD 10 8 用于選擇某個(gè)功能設(shè)備AD 31 11 無意義 思考 軟件層次如何訪問三種地址空間 總線命令 0110 01110010 00111010 1011接口識(shí)別 命令 地址命令 地址配置空間片選 地址軟件指令 MOVIN OUTIN OUT 配置空間片選 同一配置命令 只有一個(gè)接口響應(yīng)總線命令 IN OUT 配置命令使用頻率較低 借用I O指令通過間接訪問實(shí)現(xiàn) 字節(jié)對(duì)齊 AD 31 00 一次只能進(jìn)行32位數(shù)據(jù)交換 不能進(jìn)行字節(jié)交換 有64位通道的主設(shè)備可進(jìn)行64位 雙字 數(shù)據(jù)交換 字節(jié)交換辦法 主設(shè)備在每個(gè)新數(shù)據(jù)期開始的時(shí)鐘前沿改變字節(jié)使能信號(hào) 見I O尋址 且在該數(shù)據(jù)期中保持不變 對(duì)可緩沖的存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)可不考慮字節(jié)使能信號(hào) 而傳送所有的字節(jié) 總線寬度 PCI總線的傳輸控制 PCI總線的傳輸控制規(guī)則 FRAME 和IRDY 定義了總線的忙 閑狀態(tài) 11空閑 00數(shù)據(jù) 10最后一個(gè)數(shù)據(jù) 01啟動(dòng)或等待狀態(tài)0表示低電平信號(hào)有效一旦FRAME 信號(hào)被置為無效 在該傳輸期 幀 不能重新設(shè)置除非設(shè)置IRDY 信號(hào)有效 一般情況下不能設(shè)置FRAME 信號(hào)無效 即FRAME 在IRDY 有效時(shí)設(shè)置 數(shù)據(jù)期內(nèi)設(shè)置IRDY 或TRDY 信號(hào)無效 表示主或從設(shè)備插入了等待周期 PCI總線的驅(qū)動(dòng)與過渡 在每個(gè)地址 數(shù)據(jù) 期中 所有AD線 包括字節(jié)使能信號(hào)表明無效字節(jié)所對(duì)應(yīng)的AD線 都必須被驅(qū)動(dòng)到穩(wěn)定的狀態(tài) 才可進(jìn)行交換 一個(gè)設(shè)備驅(qū)動(dòng)總線到另一個(gè)設(shè)備驅(qū)動(dòng)總線之間需設(shè)置一個(gè)過渡期 又稱為交換周期 以防止總線訪問沖突 例如讀操作 設(shè)備選擇 注意DEVSEL 與FRAME TRDY 的關(guān)系 無DEVSEL 信號(hào)時(shí)的處理 所有從設(shè)備共用PCI總線的DEVSEL 信號(hào) 從設(shè)備設(shè)置DEVSEL 后 傳輸完成前不能撤消它 總線上的讀操作傳輸過程 一幀中最多只有一個(gè)從設(shè)備設(shè)置DEVSEL 有效 TRDY 無效 表示從設(shè)備插入了等待周期 總線上的寫操作傳輸過程 由主設(shè)備提出的終止原因 傳輸結(jié)束 或超時(shí) DEVSEL 無效 處理 傳輸結(jié)束 建立IRDY 撤消FRAME 直到TRDY 有效后傳輸完最后一個(gè)數(shù)據(jù)后 撤消IRDY 超時(shí) 建立IRDY 撤消FRAME 撤消IRDY 由從設(shè)備提出的終止原因 死鎖 或8個(gè)時(shí)鐘內(nèi)來不及響應(yīng)處理 發(fā)STOP 傳輸中止協(xié)議 當(dāng)STOP 有效時(shí) FRAME 應(yīng)在其后2 3個(gè)TC內(nèi)撤消 撤消時(shí)應(yīng)使IRDY 有效 從設(shè)備應(yīng)無條件地保持STOP 有效直到FRAME 撤消為止 STOP 緊跟著撤消 在任何時(shí)鐘的上升沿 若STOP 和TRDY 同時(shí)有效 就表示是傳輸?shù)淖詈笾芷?IRDY 要在下一個(gè)時(shí)鐘的上升沿之前撤消 表示傳輸?shù)慕Y(jié)束 對(duì)于被目標(biāo)設(shè)備終止的傳輸 主設(shè)備若要繼續(xù)完成它 就必須用下一個(gè)未傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的地址來重試訪問 PCI總線上傳輸終止遵循的規(guī)則 13 6 6PCI總線仲裁機(jī)制 PCI的仲裁機(jī)制是基于訪問的 而不是基于時(shí)間 采用集中仲裁方式總線管理必須為每次訪問進(jìn)行仲裁 主設(shè)備要訪問總線 必須提出仲裁請(qǐng)求集中仲裁機(jī)構(gòu)通常采用輪轉(zhuǎn)優(yōu)先級(jí)等仲裁算法 13 6 7PCI總線配置 PNP過程BIOS檢查所有PNP卡的ID及所需資源 系統(tǒng)配置程序檢查非PNP卡ID及所需資源 管理程序匯總信息構(gòu)成硬件樹 統(tǒng)一配置資源到卡 基礎(chǔ)知識(shí) 一個(gè)擴(kuò)展卡 PCI物理設(shè)備 簡(jiǎn)稱設(shè)備 可包含多個(gè)功能設(shè)備 簡(jiǎn)稱功能 PCI總線標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定最多有8個(gè)功能 每個(gè)設(shè)備 所有功能 只有一個(gè)IDSEL引腳信號(hào) 2 PCI設(shè)備及其配置空間 存在問題 所有設(shè)備均沒有I O地址 尚等待管理程序分配 如何選擇某個(gè)設(shè)備以讀取資源需求和分配資源 在沒有I O地址時(shí) 如何選擇某個(gè)功能 在沒有I O地址時(shí) 如何讀取不同廠家功能設(shè)備的資源需求 處理方法 通過IDSEL選擇設(shè)備 同一時(shí)刻只有一個(gè)設(shè)備被選擇 選擇設(shè)備的同時(shí) 用功能號(hào)選擇具體功能 每個(gè)功能有一個(gè)配置空間 前面部分的格式統(tǒng)一 配置空間 大小 256B 前64B 稱頭區(qū)域 格式統(tǒng)一 尋址精度 雙字 32位 A1A0可作他用 關(guān)鍵問題 如何實(shí)現(xiàn)配置空間選擇 總線 設(shè)備和功能 如何利用I O空間命令進(jìn)行配置空間訪問 如何實(shí)現(xiàn)配置空間信息的讀取與分配 3 PCI設(shè)備的配置空間選擇方法 總線級(jí) PCI橋應(yīng)具有功能 總線號(hào)譯碼功能 根據(jù)命令中地址 識(shí)別目標(biāo)總線是否包含在自己橋下 根據(jù)命令中地址 識(shí)別目標(biāo)是否在本級(jí)橋總線上 HOST PCI橋發(fā)出的配置命令地址期總線信號(hào) C BE 3 0 1010 1011 配置讀 寫操作碼AD 31 0 AD 31 24 保留 AD 23 16 選擇的目標(biāo)總線號(hào) AD 10 8 所選目標(biāo)設(shè)備的功能號(hào) AD 7 2 配置空間REG地址 精度為雙字 AD 1 0 00表示目標(biāo)設(shè)備在一級(jí)總線上 01表示目標(biāo)設(shè)備在下級(jí)總線上 總線號(hào)編碼規(guī)則 采用分段式編碼表示各級(jí)總線號(hào) 段i值為0時(shí)表示該總線為i級(jí)總線 硬件習(xí)慣于從右開始編號(hào) 1 PCI橋?qū)κ欠癖贿x中的檢測(cè)選中類型 自己為目標(biāo)橋 或目標(biāo)橋的中間橋 選中檢測(cè) 被選中時(shí)的處理 2 PCI設(shè)備對(duì)是否被選中 作為目標(biāo)設(shè)備 的檢測(cè)選中條件 地址期 C 3 0 為配置操作 它的IDSEL引腳信號(hào)有效 AD 1 0 00 檢測(cè)原理 所連總線為目標(biāo)總線 即AD 1 0 00 在目標(biāo)總線上被選中 目標(biāo)總線上所有設(shè)備的IDSEL引腳信號(hào)應(yīng)只有一個(gè)有效 IDSEL引腳連接方法 AD 15 11 分別連接到同一總線上各設(shè)備的IDSEL引腳 即總線上設(shè)備數(shù) 5 PCI橋?qū)D 15 11 譯碼 產(chǎn)生分離信號(hào)到同一總線上各設(shè)備IDSEL引腳 即總線上設(shè)備數(shù) 32 PC機(jī)采用該方案 3 PCI設(shè)備對(duì)某功能是否被選中的檢測(cè)選中條件 地址期 C 3 0 為配置操作 IDSEL引腳信號(hào)有效 AD 1 0 00 它具備的功能 功能設(shè)備 數(shù) AD 10 8 4 配置空間訪問的類型 0類配置空間訪問 AD 1 0 00 對(duì)當(dāng)前PCI總線上的目標(biāo)設(shè)備的功能設(shè)備的配置REG進(jìn)行訪問 1類配置空間訪問 AD 1 0 01 通過PCI橋?qū)ο乱患?jí)PCI總線上的目標(biāo)設(shè)備的功能設(shè)備的配置REG進(jìn)行訪問 PCI橋處理 到達(dá)目標(biāo)總線前 轉(zhuǎn)發(fā)1類訪問操作到達(dá)目標(biāo)總線時(shí) 1類訪問 0類訪問操作 HOST PCI橋發(fā)出的配置訪問類型 對(duì)一級(jí)總線上的設(shè)備用0類訪問類型 對(duì)二級(jí)以后 含二級(jí) 總線上的設(shè)備用1類訪問類型 例 PCI總線操作地址期總線信號(hào)如下 C BE 1011 AD 00011005H 該操作訪問幾號(hào)橋下幾號(hào)設(shè)備何REG 解 C BE 1011 表示總線操作為配置寫操作 AD 00000000000000010001000000000101 表示訪問1 總線上 2號(hào)設(shè)備 0號(hào)功能配置空間的從00000100B開始的32位寄存器 5 PNP時(shí)取得所有設(shè)備配置信息的過程 對(duì)所有總線 最多28個(gè) 處理 對(duì)當(dāng)前總線的所有設(shè)備 最多5個(gè) 處理 對(duì)當(dāng)前設(shè)備的所有功能 最多8個(gè) 處理 對(duì)當(dāng)前功能頭區(qū)域所有REG 16個(gè) 處理 配置訪問 一級(jí)總線為0類訪問 注 配置訪問8個(gè)Clock內(nèi)DEVSEL 無效時(shí) 進(jìn)行下一個(gè)訪問 4 配置空間訪問的實(shí)現(xiàn) 總線級(jí)和指令級(jí) 1 HOST PCI橋訪問配置空間的實(shí)現(xiàn) 直接訪問C BE 3 0 配置讀 配置寫 1010 1011 AD 31 24 保留 AD 23 16 選擇的目標(biāo)總線 目標(biāo)設(shè)備所在的總線 AD 15 11 選擇的目標(biāo)設(shè)備IDSEL 只有一個(gè)有效 AD 10 8 選擇的目標(biāo)設(shè)備的功能 AD 7 2 選擇的目標(biāo)功能的配置空間中REG的索引 AD 1 0 目標(biāo)設(shè)備在一級(jí)總線上時(shí)為00 目標(biāo)設(shè)備在其他總線上時(shí)為01 2 CPU訪問配置空間的實(shí)現(xiàn) 間接訪問訪問配置空間的指令 OUT IN OUT指令對(duì) 先用OUT指令寫總線級(jí)配置訪問地址期的地址 再用IN OUT指令傳送總線級(jí)配置訪問的數(shù)據(jù) I O指令的端口地址 0CF8H 0CFFH 配置地址端口 OUT指令的地址 為0CF8H 配置數(shù)據(jù)端口 IN OUT指令的地址 為0CFCH I O指令到PCI總線配置命令的轉(zhuǎn)換 HOST PCI橋中的配置機(jī)構(gòu)保存配置操作所需的地址和數(shù)據(jù) 第二個(gè)I O指令時(shí)進(jìn)行配置轉(zhuǎn)換 3 配置機(jī)構(gòu)工作原理 保存配置信息 實(shí)現(xiàn)配置轉(zhuǎn)換 5 配置空間頭區(qū)域信息的讀取與分配 1 設(shè)備識(shí)別信息廠商 設(shè)備 版本 分類等 2 設(shè)備控制信息I O訪問 MEM訪問 特殊周期 錯(cuò)誤響應(yīng) 等待周期等 3 設(shè)備狀態(tài)信息運(yùn)行環(huán)境 錯(cuò)誤標(biāo)志 DEVSEL 時(shí)序等 4 基址寄存器 思考 如何利用一個(gè)REG解決請(qǐng)求和分配問題 例1 基址寄存器的值 FFF00000h D0 0 表示是一個(gè)MEM地址空間映射D 2 1 00B 表示使能32位MEM映射D3 0 表示該功能設(shè)備不是預(yù)取MEMD 31 4 第一個(gè)為1的位是D20 表示映射的MEM空間為1MB 220 即將分配的MEM空間的基址應(yīng)該為1MB的整數(shù)倍 系統(tǒng)管理程序經(jīng)過權(quán)衡后再向該基址寄存器寫入實(shí)際映射的空間基址 滿足邊界對(duì)齊原則 基址寄存器是為簡(jiǎn)化設(shè)備配置過程 達(dá)到配置空間的映射與設(shè)備無關(guān)的目標(biāo)而設(shè)計(jì)的 例2 基址寄存器的值 FFFFFF01H D0 1 表示是一個(gè)I O地址空間映射D 31 2 第一個(gè)為1的是D8 表示映射的I O空間為256B 即將分配的I O空間的基地址應(yīng)該為256的整數(shù)倍 最大 最小存儲(chǔ)映射地址空間 最小存儲(chǔ)映射地址空間 16字節(jié)最大存儲(chǔ)映射地址空間 2GB 最大 最小I O映射地址空間 最小I O映射地址空間 4字節(jié)最大存儲(chǔ)映射地址空間 256字節(jié) 5 擴(kuò)展ROM基地址寄存器 例3 擴(kuò)展ROM基址寄存器的值 FFFF0001H D0 1 表示擴(kuò)展ROM訪問允許D 31 11 第一個(gè)為1的是D16 表示映射的ROM空間為64K 即將分配的ROM空間的基地址應(yīng)該為64K的整數(shù)倍 6 頭區(qū)域中其它寄存器Cache 中斷引腳 中斷請(qǐng)求REG等 例4 讀0號(hào)PCI總線的1號(hào)擴(kuò)展槽設(shè)備的2號(hào)功能的基址REG0 MOVDX 0CF8HMOVEAX 80000A10HOUTDX EAXMOVDX 0CFCHMOVEAX FFFFFFFFHOUTDX EAXMOVDX 0CF8HMOVEAX 80000A10HOUTDX EAXMOVDX 0CFCHINEAX DX 例5 給2號(hào)PCI總線的3號(hào)擴(kuò)展槽設(shè)備的0號(hào)功能的基址REG0分配從1A00H開始的8個(gè)地址I O空間 MOVDX 0CF8HOUTDX 80022011HMOVDX 0CFCHOUTDX 00001A00H PCIBIOS 初始化程序只能通過PCIBIOS才能訪問PCI配置寄存器 PCIBIOS再通過配置地址端口寄存器和配置數(shù)據(jù)口寄存器實(shí)現(xiàn)其功能 1 16位PCIBIOS的調(diào)用 通過INT1AH實(shí)現(xiàn) AH B1H AL為子功能號(hào) 2 32位PCIBIOS的調(diào)用 確認(rèn)32位BIOS是否存在 確認(rèn)BIOS是否支持PCIBIOS 并取得PCIBIOS入口地址 通過INT1AH實(shí)現(xiàn) AH B1H AL為子功能號(hào) 13 6 7可編程邏輯器件實(shí)現(xiàn)PCI總線接口 CPLD 復(fù)雜可編程邏輯器件 或FPGA 現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列 的優(yōu)點(diǎn)是具有靈活的可編程性PCI接口可以依據(jù)插卡功能進(jìn)行最優(yōu)化 而不必實(shí)現(xiàn)所有的PCI功能 這樣可以節(jié)約系統(tǒng)的邏輯資源可以將PCI插卡上的其他用戶邏輯與PCI接口邏輯集成在一個(gè)芯片上 實(shí)現(xiàn)緊湊的系統(tǒng)設(shè)計(jì) 當(dāng)系統(tǒng)升級(jí)時(shí) 只需對(duì)可編程器件重新進(jìn)行邏輯設(shè)計(jì) 而無需更新PCB FPGA實(shí)現(xiàn)的PCI接口應(yīng)用 PCI接口專用芯片 專用PCI接口芯片可以實(shí)現(xiàn)完整的PCI主控模塊和目標(biāo)模塊接口功能 將復(fù)雜的PCI總線接口轉(zhuǎn)換為相對(duì)簡(jiǎn)單的用戶接口廠商對(duì)PCI總線接口已經(jīng)進(jìn)行了嚴(yán)格的測(cè)試 用戶只要設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換后的總線接口即可 用戶可集中于應(yīng)用設(shè)計(jì) 而不是調(diào)試PCI總線接口 縮短開發(fā)時(shí)間應(yīng)用比較普遍的主要有AMCC公司的S5920 從 S5933 主 PLX公司的PCI9050 PCI9054及PCI9080等芯片 PCI應(yīng)用系統(tǒng) 13 7通用串行總線USB USB是英文UniversalSerialBus縮寫1996年公布USB1 0版本協(xié)議1997年有USB外設(shè)目前計(jì)算機(jī)與外設(shè)連接采用USB1 1標(biāo)準(zhǔn)2000年發(fā)布了USB2 0規(guī)范 數(shù)據(jù)的傳輸速率480Mbps 13 7 1概述 USB外設(shè) 鍵盤 鼠標(biāo) 游戲桿攝像頭 掃描儀打印 電視盒調(diào)制解調(diào)器 網(wǎng)卡CD ROM CDRW 硬盤 軟驅(qū)聲卡 音箱手機(jī)充電器說寫電子板USBHub USB外設(shè) USB特點(diǎn) 速度快 USB1 1傳輸速率12Mbps USB2 0傳輸速率480Mbps連接簡(jiǎn)單快捷 直接連接 無需關(guān)機(jī) 重新啟動(dòng) 打開機(jī)箱等操作無需外接電源 USB提供內(nèi)置電源 能向低壓設(shè)備提供5V的電源支持多連接 USB支持多設(shè)備連接 良好的兼容性 USB接口標(biāo)準(zhǔn)有良好的向下兼容性低功耗 13 7 2USB系統(tǒng)的組成 USB系統(tǒng)連接模式 1 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 樹型結(jié)構(gòu) 最多可連接127個(gè)設(shè)備 USB總線 由VCC GND D D 四根線組成 D 和D 通過差分方式作為一根數(shù)據(jù)線 半雙工 使用USB事務(wù) USB總線上最基本的一次數(shù)據(jù)交換操作USB邏輯地址 邏輯地址不通過連線實(shí)現(xiàn) 每個(gè)USB集線器和USB設(shè)備 不連接到PCI總線 均不占用I O地址空間 無I O地址 只具有一個(gè)惟一的USB邏輯地址 USB系統(tǒng)自動(dòng)配置所分配 USB端口 連接USB總線的連接器 USB端點(diǎn) 集線器或設(shè)備的內(nèi)部寄存器 仿照I O端口起名 又要與USB端口區(qū)分 編號(hào)在0 15之間 2 基本概念 USB系統(tǒng)的硬件 1 USB主控制器 根集線器 HostCtrl RootHub 由主控制器和根集線器組成主控制器 連接到PCI總線可作為主設(shè)備通過PCI總線直接與MEM交換數(shù)據(jù) 功能 實(shí)現(xiàn)并 串轉(zhuǎn)換 創(chuàng)建USB事務(wù) 管理USB事務(wù)傳輸過程 在根集線器與主機(jī)MEM間傳遞結(jié)果 占用一定數(shù)量I O地址空間 受CPU控制 根集線器 連接到主控制器功能 控制USB端口電源 啟用 禁止USB端口 識(shí)別連接的設(shè)備 設(shè)置和報(bào)告端口的狀態(tài)等 只占用一個(gè)USB邏輯地址 0 受主控制器控制 2 USB集線器 USBHub 由控制器和中繼器組成 最多支持4個(gè)USB端口 有高速 支持USB2 0 和全速 USB1 x 2種類型 可集成在USB設(shè)備內(nèi)部 不作為獨(dú)立硬件出現(xiàn) 每個(gè)USBHUB占用一個(gè)USB邏輯地址 每個(gè)USBHUB具有一定數(shù)量 16 的USB端點(diǎn) 3 USB設(shè)備可分為HUB設(shè)備 USB集線器 和功能設(shè)備兩種 功能設(shè)備類型 有高速 全速或低速三種類型 每個(gè)USB設(shè)備占用一個(gè)USB邏輯地址 每個(gè)USB設(shè)備具有一定數(shù)量 16 的USB端點(diǎn) 1 USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序?qū)⒛秤脩舨僮髡?qǐng)求轉(zhuǎn)換成幾個(gè)IRP I O請(qǐng)求包 以IRP形式送給USB驅(qū)動(dòng)程序 2 USB驅(qū)動(dòng)程序功能 將I O系統(tǒng)的操作轉(zhuǎn)換成USB系統(tǒng)的操作 實(shí)現(xiàn) 根據(jù)USB設(shè)備特性 IRP類型等特征 將IRP組織 轉(zhuǎn)換 成幾個(gè)USB事務(wù) 用USB事務(wù)的傳輸描述符表示 送給USB主控制器驅(qū)動(dòng)程序 傳輸描述符 包括USB設(shè)備地址 USB事務(wù)類型 I O S等 傳輸數(shù)據(jù)大小 處理速度 傳輸速度 內(nèi)存緩沖區(qū)位置等 USB系統(tǒng)的軟件 將這些USB事務(wù)調(diào)度到一系列事務(wù)列表中 USB主控制器定時(shí)讀取一個(gè)列表信息并執(zhí)行 調(diào)度思想 各USB設(shè)備在一定時(shí)長(zhǎng)內(nèi)得到服務(wù)的機(jī)會(huì)均等 調(diào)度方法 一定時(shí)長(zhǎng) USB1 x為1ms USB2 0為125 s 定義 該時(shí)長(zhǎng)稱為幀 微幀機(jī)會(huì)均等 一定時(shí)長(zhǎng)內(nèi)的事務(wù)可為不同設(shè)備的事務(wù) 即各事務(wù)占時(shí)有限 1個(gè)IRP 多個(gè)USB事務(wù)的原因 調(diào)度依據(jù) 設(shè)備速度和事務(wù)類型 已等待事務(wù)類型和數(shù)量等 3 USB主控制器驅(qū)動(dòng)程序 二 USB系統(tǒng)的通信1 USB系統(tǒng)的通信模型I O系統(tǒng)通信 USB系統(tǒng)通信 并行通信 串行通信 通信核心 USB主控制器 DMA方式與MEM交換數(shù)據(jù) 串行處理幀內(nèi)各事務(wù) 2 USB系統(tǒng)的通信原理 USB驅(qū)動(dòng)程序?qū)RP分解為幾個(gè)USB事務(wù) 描述符 每個(gè)事務(wù)所用時(shí)長(zhǎng)不能太長(zhǎng) 800ns USB主控制器驅(qū)動(dòng)程序?qū)⑦@些事務(wù)調(diào)度到各幀中 調(diào)度依據(jù) 根據(jù)已請(qǐng)求事務(wù)特征 類型和速度等 當(dāng)前事務(wù)特征等進(jìn)行調(diào)度 幀內(nèi)事務(wù)數(shù)量 根據(jù)各事務(wù)耗時(shí)的多少確定 數(shù)量不固定 保證每幀執(zhí)行時(shí)長(zhǎng) 1ms 轉(zhuǎn)上頁(yè) USB主控制器在規(guī)定時(shí)間內(nèi)串行執(zhí)行完幀中事務(wù) 每幀內(nèi)從根HUB各端口 HUB 設(shè)備的空閑時(shí)間越來越長(zhǎng) 每個(gè)事務(wù)的執(zhí)行通過1 3個(gè)包交換完成 包類型 有標(biāo)志包 數(shù)據(jù)包 握手包 特殊包四種 事務(wù)與包 每個(gè)事務(wù)均有標(biāo)志包或特殊包 全部由主控制器發(fā)出 設(shè)備與事務(wù) 只有標(biāo)志包具有USB設(shè)備地址 端點(diǎn)號(hào) 事務(wù)類型 3 USB設(shè)備端點(diǎn) 管道與數(shù)據(jù)流類型USB系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)即插即用 PNP方式 USB設(shè)備端點(diǎn) 每個(gè)設(shè)備最多有16個(gè)端點(diǎn) 配置前 端點(diǎn)0為默認(rèn)端點(diǎn) 管道 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序與設(shè)備端點(diǎn)間的邏輯連接管道類型 端點(diǎn)類型 有流管道 消息管道2種 數(shù)據(jù)流類型 有控制信號(hào)流 塊數(shù)據(jù)流 中斷數(shù)據(jù)流 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流4種 不同數(shù)據(jù)流類型采用不同類型管道進(jìn)行通信 4 USB的基本傳輸類型 流類型 1 控制傳輸 雙向 用于配置設(shè)備或特殊用途 出錯(cuò)時(shí)重傳 2 批傳輸 單 雙向 用于大批量數(shù)據(jù)傳輸 要求準(zhǔn)確 出錯(cuò)時(shí)重傳 時(shí)間性不強(qiáng) 3 中斷傳輸 單向 用于查詢USB設(shè)備有無中斷請(qǐng)求 出錯(cuò)時(shí)在下一查詢周期重傳 4 等時(shí)傳輸 單 雙向 用于連續(xù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸 時(shí)間性強(qiáng) 出錯(cuò)時(shí)不重傳 速率固定 所有傳輸類型均為主 從式傳輸 主控制器發(fā)起 思考 兩個(gè)PCI機(jī)的USB端口能否通信 三 USB總線的接口信號(hào)和電氣特性 1 接口信號(hào)線 2 電氣特性 1 供電特性HUB收發(fā)器 提供4 75 5 25V電壓 500mA電流 D D 上不加電壓 USB設(shè)備 高 全速設(shè)備在D 線加3 0 3 6V電壓 低速設(shè)備反之 D 線 2 D D 線電壓特性 低速設(shè)備反之 發(fā)送端 VOH max 3 6V VOH min 2 8V VOL max 0 3V VOL min 0 0V 接收端 VIHZ min 2 7V VIH min 2 0V VIL max 0 8V VIL min 0 0V 3 USB總線狀態(tài) 低速設(shè)備反之 1 總線狀態(tài)轉(zhuǎn)換未連接狀態(tài) 連接狀態(tài) 空閑狀態(tài)均針對(duì)接收端而言 2 USB設(shè)備包含狀態(tài)連接狀態(tài) 重置狀態(tài) 上電狀態(tài) 地址默認(rèn)狀態(tài) 地址狀態(tài) 配置狀態(tài) 空閑狀態(tài) 工作狀態(tài) 4 USB設(shè)備狀態(tài)和總線枚舉 5 數(shù)據(jù)位表示 NRZI編碼 雙向不歸零編碼 無獨(dú)立時(shí)鐘 需通過數(shù)據(jù)變化反映時(shí)鐘寬度 數(shù)據(jù)表示 邏輯0 在時(shí)鐘寬度內(nèi) 電平產(chǎn)生跳變 從差動(dòng)信號(hào) 1 0 到差動(dòng)信號(hào) 0 1 邏輯1 在時(shí)鐘寬度內(nèi) 電平不變 時(shí)鐘寬度確定 信息包的開始幾位為邏輯 0 填充規(guī)則 發(fā)送方在數(shù)據(jù)的連續(xù)6個(gè) 1 后插入1個(gè) 0 接收方將所收數(shù)據(jù)的連續(xù)6個(gè) 1 后1個(gè) 0 去掉 目的 提高信號(hào)的準(zhǔn)確性 防止漂移 NRZI編碼示例 四 USB交換的包格式USB事務(wù)的執(zhí)行通過包交換 一次傳輸 完成 一個(gè)USB事務(wù)由1 3個(gè)USB包組成 包的數(shù)量由傳輸類型決定 通信幀 定長(zhǎng) 由幀開始包和若干事務(wù)的包組成 1 包的一般格式 所有信息段 CRC除外 均是從低位 高位發(fā)送 如SYNC PID 包正文信息等的各字符均從bit0 bitx SYNC 同步序列 并行數(shù)據(jù)為10000000 PID 包分類碼 由PID類型碼及其反碼組成 串行數(shù)據(jù)如下圖所示 2 標(biāo)志包類型 幀開始包 接收包 發(fā)送包 設(shè)置包 發(fā)送方 主機(jī) 主控制器 1 幀開始包 SOF 發(fā)送方 主機(jī) 每一幀均以主機(jī)廣播幀開始包表示一幀的開始 2 接收包 IN 發(fā)送方 主機(jī) 控制 批 中斷傳輸交換 事務(wù) 等時(shí)傳輸交換 事務(wù) 3 發(fā)送包 OUT 發(fā)送方為主機(jī) 包格式與接收包一致 PID不同 控制 批 等時(shí)傳輸交換 批傳輸才有握手包 中斷傳輸歸接收包 4 設(shè)置包 SETUP 發(fā)送方為主機(jī) 包格式與接收包一致 PID不同 控制傳輸交換 無批 等時(shí) 中斷傳輸 3 數(shù)據(jù)包發(fā)送方 主機(jī)或設(shè)備 注意 CRC為16位 標(biāo)志包中為5位 數(shù)據(jù)長(zhǎng)度 思考 為什么數(shù)據(jù)包中無USB設(shè)備地址 4 握手包發(fā)送方 主機(jī)或設(shè)備 即數(shù)據(jù)的接收方發(fā)送 5 特殊包發(fā)送方 主機(jī) 包格式 與握手包相同 PID不同