PCIe 总线的通信机制
在介绍事务层之前，首先简单地了解一下PCIe 总线的通信机制。假设某
个设备要对另一个设备进行读取数据的操作，首先这个设备（称之为Requester）需要向另一个设备发送一个Request，然后另一个设备（称之为Completer）通过Completion Packet 返回数据或者错误信息。在PCIe Spec 中，规定了四种类型的请求（Request）：Memory、IO、Configuration 和Messages。其中，前三种都是从PCI/PCI-X 总线中继承过来的，第四种Messages 是PCIe 新增加的类型。
详细的信息如下表所示：
从表中我们可以发现，只有Memory Write 和Message 是Posted 类型的，其他的都是Non-Posted 类型的。所谓Non-posted，就是Requester 发送了一个包含Request 的包之后，必须要得到一个包含Completion 的包的应答，这
次传输才算结束，否则会进行等待。所谓Posted，就是Requester 的请求并不需要Completer 通过发送包含Completion 的包进行应答，当然也就不需要进
行等待了。很显然，Posted 类型的操作对总线的利用率（效率）要远高于
Non-Posted 型。
那幺为什幺要分为Non-Posted 和Posted 两种类型呢？对于Memory Writes
PCIe总线概述 随着现代处理器技术的发展，在互连领域中，使用离速差分总线替代并行总线是大势所趋。与单端并行信号相比，高速差分信号可以使用更高的时钟频率，从而使用更少的信号线, 完成之前需要许多单端并行数据信号才能达到的总线带宽。 PCI总线使用并行总线结构，在同一条总线上的所有外部设备共享总线带宽，而PCIe 总线使用了鬲速差分总线，并釆用端到端的连接方式，因此在每一条PCIe链路中只能连接两个设备。这使得PCIe与PCI总线釆用的拓扑结构有所不同。PCIe总线除了在连接方式上与PCI总线不同之外，还使用了一些在网络通信中使用的技术，如支持多种数据路由方式，基于多通路的数据传递方式，和基于报丈的数据传送方式，并充分考虑了在数据传送中出现服务质量QoS （Qual ity of Service）问题。 PCIe总线的基础知识 与PCI总线不同，PCIe总线使用端到端的连接方式，在一条PCIe链路的两端只能各连接一个设备，这两个设备互为是数据发送端和数据接收端。PCIe总线除了总线链路外，还具有多个层次，发送端发送数据时将通过这些层次，而接收端接收数据时也使用这些层次。PCIe 总线使用的层次结构与网络协议栈较为类似。 端到端的数据传递 PCIe链路使用“端到端的数据传送方式”.发送端和接收端中都含有TX（发送逻辑）和RX（接收逻辑），其结构如图4-1所示。
Da" Linker layer “ Ph 、sical layer ■ Data Linker la^^r 图41PCIe 总线的物理链蒋 由上图所示，在PCIe 总线的物理链路的一个数扌居通路(Lane)中，由两组差分信号，共4根 信号线组成。其中发送端的TX 部件与接收端的RX 部件使用一组差分信号连接，该链路也被 称为发送端的发送链路，也是接收端的接收链路：而发送端的RX 部件与接收端的TX 部件使 用另一组差分信号连接，该链路也被称为发送端的接收链路，也是接收端的发送链路。一个 PCIe 链路可以由多个Lane 组成。 离速差分信号电气规范要求其发送端串接一个电容，以进行AC 耦合。该电容也被称为AC 耦合电容。PCIe 链路使用差分信号进行数据传送，一个差分信号由D+和D-两根信号组成， 信号接收端通过比较这两个信号的差值，判斯发送端发送的是逻辑“1”还是逻辑“0”。 与单端信号相比，差分信号抗千扰的能力更强，因为差分信号在布线时要求“等长”、“等宽”、 “贴近”，而且在同层。因此外部干扰噪声将被“同值”而且“同吋”加载到D+和D-两根信 号上，其差值在理想情况下为0,对信号的逻辑值产生的影响较小。因此差分信号可以使用 更商的总线频率。 此外使用差分信号能有效抑制电磁干扰EMI (Electro Magnetic Interference) o 由于差分 信号D+与D-距离很近而且信号幅值相等.极性相反。这两根线与地线间耦合电磁场的幅值 相等，将相互抵消，因此差分信号对外界的电触千扰较小。当然差分信号的缺点也是显而易 见的，一是差分信号使用两根信号传送一位数据；二是差分信号的布线相对严格一些。 PCIe 链路可以由多条Lane 组成，目前PCIe 链路可以支持1、2. 4. 8、12、16和32个Lane, 即X1、X2、X4、X8、X12. X16和X32宽皮的PCIe 链路。每一个Lane 上使用的总线 频率与PCIe 总线使用的版本相关。 第1个PCIe 总线规范为，之后依次为… 和。目前PCIe 总线的置新规范为，而正在开发过 程中，预计在2010年发布。不同的PCIe 总线规范所定义的总线频率和链路编码方式并不相 同，如表4T 所示。
汽车C A N总线基础知 识
CAN总线协议 控制器局域网总线（CAN，Controller Area Network）是一种用于实时应用的串行通讯协议总线，它可以使用双绞线来传输信号，是世界上应用最广泛的现场总线之一。CAN协议用于汽车中各种不同元件之间的通信，以此取代昂贵而笨重的配电线束。该协议的健壮性使其用途延伸到其他自动化和工业应用。CAN协议的特性包括完整性的串行数据通讯、提供实时支持、传输速率高达1Mb/s、同时具有11位的寻址以及检错能力。 CAN总线发展 控制器局域网CAN( Controller Area Network)属于现场总线的范畴，是一种有效支持分布式控制系统的串行通信网络。是由德国博世公司在20世纪80年代专门为汽车行业开发的一种串行通信总线。而且能够检测出产生的任何错误。当信号传输距离达到10km时，CAN仍可提供高达50kbit/s的数据传输速率。CAN总线的工作原理 CAN总线使用串行数据传输方式，可以1Mb/s的速率在40m的双绞线上运行，也可以使用光缆连接，而且在这种总线上总线协议支持多主控制器。[1]CAN与I2C总线的许多细节很类似，但也有一些明显的区别。当CAN总线上的一个节点(站)发送数据时，它以报文形式广播给网络中所有节点。对每个节点来说，无论数据是否是发给自己的，都对其进行接收。每组报文开头的11位字符为标识符，定义了报文的优先级，这种报文格式称为面向内容的编址方案。在同一系统中标识符是唯一的，不可能有两个站发送具有相同标识符的报文。当几个站同时竞争总线读取时，这种配置十分重要。
当一个站要向其它站发送数据时，该站的CPU将要发送的数据和自己的标识符传送给本站的CAN芯片，并处于准备状态；当它收到总线分配时，转为发送报文状态。CAN芯片将数据根据协议组织成一定的报文格式发出，这时网上的其它站处于接收状态。每个处于接收状态的站对接收到的报文进行检测，判断这些报文是否是发给自己的，以确定是否接收它。由于CAN总线是一种面向内容的编址方案，因此很容易建立高水准的控制系统并灵活地进行配置。我们可以很容易地在CAN总线中加进一些新站而无需在硬件或软件上进行修改。当所提供的新站是纯数据接收设备时，数据传输协议不要求独立的部分有物理目的地址。它允许分布过程同步化，即总线上控制器需要测量数据时，可由网上获得，而无须每个控制器都有自己独立的传感器。 CAN总线在空闲（没有节点传输报文）时是一直处于隐性状态。当有节点传输报文时显性覆盖隐性，由于CAN总线是一种串行总线，也就是说报文是一位一位的传输的，而且是数字信号（0和1），1代表隐性，0代表显性。在传送报文的过程中是显隐交替的，就像二进制数字0101001等，这样就能把信息发送出去，而总线空闲的时候是一直处于隐性的。 CAN总线特征 (1)报文(Message)总线上的数据以不同报文格式发送，但长度受到限制。当总线空闲时，任何一个网络上的节点都可以发送报文。 (2)信息路由(Information Routing)在CAN中，节点不使用任何关于系统配置的报文，比如站地址，由接收节点根据报文本身特征判断是否接收这帧信息。因此系统扩展时，不用对应用层以及任何节点的软件和硬件作改变，可以直接在CAN中增加节点。
计算机基础知识及答案( 二) 1 微型计算机采用的是冯? 诺依曼体系结构，其硬件系统由运算器、控制器、存储器、输入设备和 ___C___ 五部分组成。 A 键盘、鼠标器。 B 显示器、打印机。 C 输出设备。 D 系统总线。 2、在微型计算机中，其核心部件中央处理器CPU 被称之为—D—。 A关键部件。B主要部件。C必备部件。D微处理器MPU(Micro ProcessingUnit) 。 3、微处理器把运算器和__A ___ 集成在一块很小的硅片上，是一个独立的部件。 A 控制器。 B 内存储器。 C 输入设备。 D 输出设备。 4、微型计算机的基本构成有两个特点：一是采用微处理器，二是采用___D___ 。 A 键盘和鼠标器作为输入设备。 B 显示器和打印机作为输出设备。CROM 和RAM 乍为主存储器。D 总线系统。 5、根据微型计算机硬件构成的特点，可以将其硬件系统具体化为由微处理器、内存储器、接口电路、I/O 设备和__D ___ 组成。 A 键盘、鼠标器。 B 显示器、打印机。 C 外围设备。 D 总线系统。 6、在微型计算机系统组成中，我们把微处理器CPU 只读存储器ROM 和随机存储器RAME 部分统称为___D___ 。 A 硬件系统。 B 硬件核心模块。 C 微机系统。 D 主机。 7、微型计算机使用的主要逻辑部件是___D___ 。 A 电子管。 B 晶体管。 C 固体组件。 D 大规模和超大规模集成电路。 8、在微型计算机中，通常把输入/输出设备，统称为__D _____ 。
ACPU B 存储器。C 操作系统。D 外部设备。 9、下面是关于微型计算机总线的描述，正确的有___C___ 。 A 总线系统由系统总线、地址总线、数据总线和控制总线组成。 B 总线系统由接口总线、地 址总线、数据总线和控制总线组成。C系统总线由地址总线、数据总线和控制总线组成。D 地址总线、数据总线和控制总线的英文缩写分别为DB AB CBo 10、微型计算机的系统总线是CPU与其它部件之间传送D信息的公共通道。 A输入、输出、运算。B输入、输出、控制。C程序、数据、运算。D数据、地址、控制。 11、CPU与其它部件之间传送数据是通过A实现的。 A数据总线。B地址总线。C控制总线。D数据、地址和控制总线三者。 12、下面是关于数据总线(Data Bus )的描述，不正确的是_D ____________ 。 A数据总线用来传送数据信息。B数据总线的位数，决定了CPU 一次能够处理的数据的位数。CMPU H次能够处理的数据的位数称为字长。D字长越长的CPU处理信息所需的时间越长。 13、CPU与其它部件之间传送地址是通过B实现的。 A数据总线。B地址总线。C控制总线。D数据、地址和控制总线三者。 14、下面是关于地址总线(Address Bus )的描述，不正确的是_D _____________ 。 A地址总线用来传送地址信息。B地址总线的根数，决定了CPU可访问的内存最大范围。C若地址总线为n根，则该微处理器可访问内存的最大范围是2的n次方。D拥有32根地址总线的微处理 器，其可访问内存的最大范围是4000M 15、CPU与其它部件之间传送控制信号是通过_________ C_实现的。 A数据总线。B地址总线。C控制总线。D数据、地址和控制总线三者。
----- 计算机基础知识及答案（二） 1、微型计算机采用的是冯·诺依曼体系结构，其硬件系统由运 算器、控制器、存储器、输 入设备和___C___五部分组成。 A 键盘、鼠标器。 B 显示器、打印机。 C 输出设备。 D 系统 总线。 2、在微型计算机中，其核心部件中央处理器CPU，被称之为 ___D___。 A 关键部件。 B 主要部件。C必备部件。D 微处理器 MPU(Micro Processing Unit)。 、微处理器把运算器和3集成在一块很小的硅片上，是一个独立的 部件。__A____ A 控制器。 B 内存储器。 C 输入设备。D输出设备。 4、微型计算机的基本构成有两个特点：一是采用微处理器，二
是采用___D___。 显示器和打印机作为输出设备。键盘和鼠标器作为输入设备。B A CROM和RAM作为主存储器。 总线系统。D 、根据微型计算机硬件构成的特点，可以将其硬件系统具体化为由微处理器、内存储器、5 组成。I/O 设备和__D____接口电路、 显示器、打印机。B A 键盘、鼠标器。总线系统。 D C 外围设备。 CPU、在微型计算机系统组成中，我们把微处理器6、只读存储器ROM和随机存储器RAM三 。部分统称为___D___ 主机。微机系统。 B 硬件系统。硬件核心模块。C D A 、微型计算机使用的主要逻辑部件是7。___D___ A 电子管。 B 晶体管。 C 固体组件。 D 大规模和超大规模集成电路。
8、在微型计算机中，通常把输入/ 输出设备，统称为__D____。ACPU。B 存储器。C操作系统。 D 外部设备。 9、下面是关于微型计算机总线的描述，正确的有___C___。 ----- ----- A 总线系统由系统总线、地址总线、数据总线和控制总线组成。 B 总线系统由接口总线、地 D系统总线由地址总线、数据总线和控制总线组成。C 址总线、数据总线和控制总线组成。 地址总线、数据总线和控制总线的英文缩写分别为DB、AB，CB。 10、微型计算机的系统总线是CPU与其它部件之间传___D___信息的公共通道。 送 A 输入、输出、运算。 B 输入、输出、控制。 C 程序、数据、运算。 D 数据、地址、控制。
PCIe总线的基础知识 与PCI总线不同，PCIe总线使用端到端的连接方式，在一条PCIe链路的两端只能各连接一个设备，这两个设备互为是数据发送端和数据接收端。PCIe总线除了总线链路外，还具有多个层次，发送端发送数据时将通过这些层次，而接收端接收数据时也使用这些层次。PCIe 总线使用的层次结构与网络协议栈较为类似。 4.1.1 端到端的数据传递 PCIe链路使用“端到端的数据传送方式”，发送端和接收端中都含有TX(发送逻辑)和RX(接收逻辑)，其结构如图4?1所示。 由上图所示，在PCIe总线的物理链路的一个数据通路(Lane)中，由两组差分信号，共4根信号线组成。其中发送端的TX部件与接收端的RX部件使用一组差分信号连接，该链路也被称为发送端的发送链路，也是接收端的接收链路；而发送端的RX部件与接收端的TX部件使用另一组差分信号连接，该链路也被称为发送端的接收链路，也是接收端的发送链路。一个PCIe链路可以由多个Lane组成。 高速差分信号电气规范要求其发送端串接一个电容，以进行AC耦合。该电容也被称为AC 耦合电容。PCIe链路使用差分信号进行数据传送，一个差分信号由D+和D-两根信号组成，信号接收端通过比较这两个信号的差值，判断发送端发送的是逻辑“1”还是逻辑“0”。 与单端信号相比，差分信号抗干扰的能力更强，因为差分信号在布线时要求“等长”、“等宽”、“贴近”，而且在同层。因此外部干扰噪声将被“同值”而且“同时”加载到D+和D-两根信号上，其差值在理想情况下为0，对信号的逻辑值产生的影响较小。因此差分信号可以使用更高的总线频率。 此外使用差分信号能有效抑制电磁干扰EMI(Electro Magnetic Interference)。由于差分信号D+与D-距离很近而且信号幅值相等、极性相反。这两根线与地线间耦合电磁场的幅值相等，将相互抵消，因此差分信号对外界的电磁干扰较小。当然差分信号的缺点也是显而易见的，一是差分信号使用两根信号传送一位数据；二是差分信号的布线相对严格一些。
现场总线基础知识 现场总线技术综述 现场总线（Fieldbus）是80年代末、90年代初国际上发展形成的，用于过程自动化、制造自动化、楼宇自动化等领域的现场智能设备互连通讯网络。它作为工厂数字通信网络的基础，沟通了生产过程现场及控制设备之间及其与更高控制管理层次之间的联系。它不仅是一个基层网络，而且还是一种开放式、新型全分布控制系统。这项以智能传感、控制、计算机、数字通讯等技术为主要内容的综合技术，已经受到世界范围的关注，成为自动化技术发展的热点，并将导致自动化系统结构与设备的深刻变革。国际上许多实力、有影响的公司都先后在不同程度上进行了现场总线技术与产品的开发。现场总线设备的工作环境处于过程设备的底层，作为工厂设备级基础通讯网络，要求具有协议简单、容错能力强、安全性好、成本低的特点。 具有一定的时间确定性和较高的实时性要求,还具有网络负载稳定，多数为短帧传送、信息交换频繁等特点。由于上述特点，现场总线系统从网络结构到通讯技术，都具有不同上层高速数据通信网的特色。 一般把现场总线系统称为第五代控制系统，也称作FCS——现场总线控制系统。人们一般把50年代前的气动信号控制系统PCS称作第一代，把4～20mA等电动模拟信号控制系统称为第二代，把数字计算机集中式控制系统称为第三代，而把70年代中期以来的集散式分布控制系统DCS称作第四代。现场总线控制系统FCS作为新一代控制系统，一方面，突破了DCS系统采用通信专用网络的局限，采用了基于公开化、标准化的解决方案，克服了封闭系统所造成的缺陷；另一方面把DCS的集中与分散相结合的集散系统结构，变成了新型全分布式结构，把控制功能彻底下放到现场。可以说，开放性、分散性与数字通讯是现场总线系统最显著的特征。 现场总线技术在历经了群雄并起，分散割据的初始阶段后，尽管已有一定范围的磋商合并，但至今尚未形成完整统一的国际标准。其中有较强实力和影响的有:FoudationFieldbus （FF）、LonWorks、Profibus、HART、CAN、Dupline等。它们具有各自的特色，在不同应用领域形成了自己的优势。本文将在简要描述现场总线技术特点的基础，紧扣系统的可靠性、实用性等，介绍现场总线网络结构、体系结构等关键技术及目前较为流行的几种有实力的现场总线技术的现状，最后阐述现场总线的发展趋势与技术展望。 一、现场总线的技术特点 1、系统的开放性。开放系统是指通信协议公开，各不同厂家的设备之间可进行互连并实现信息交换，现场总线开发者就是要致力于建立统一的工厂底层网络的开放系统。这里的开放是指对相关标准的一致、公开性，强调对标准的共识与遵从。一个开放系统，它可以与任何遵守相同标准的其它设备或系统相连。一个具有总线功能的现场总线网络系统必须是开放的，开放系统把系统集成的权利交给了用户。用户可按自己的需要和对象把来自不同供应商的产品组成大小随意的系统。 2、互可操作性与互用性，这里的互可操作性，是指实现互连设备间、系统间的信息传送与沟通，可实行点对点，一点对多点的数字通信。而互用性则意味着不同生产厂家的性能类似的设备可进行互换而实现互用。 3、现场设备的智能化与功能自治性。它将传感测量、补偿计算、工程量处理与控制等
计算机组成原理基本知识点 1．冯.诺依曼计算机具有如下基本特点： a . 计算机内部采用二进制来表示指令和数据，即二进制原理。 b. 将编好的程序和原始数据事先存入存储器中，然后再启动计算机工作，使计算机在不需要人工 干预的情况下，自动、高速地从存储器中取出指令加以执行，程序存储原理c．计算机由运算器，存储器，控制器，输入设备和输出设备五大基本部件组成。 2．1024B=1KB ，1024KB=1MB ，1024MB=1GB ，1024GB=1TB 。 3．数值数据的校验：奇偶校验码，海明校验码，循环冗余校验码（CRC 码）。 4．存储器的分类： A ?按存储介质分类：磁存储器、半导体存储器、光存储器。 B ?按存储方式分类：随机存取存储器（RAM ）、顺序存取存储器（SAM ）、直接存取存储 器（DAM ）、只读存储器（ROM ）。 C.按信息可保存性分类：易失性存储器、永久性存储器。 D?按性能分类：通用寄存器、高速缓冲存储器（Cache）、主存、外存。 5 ?存储器系统的层次结构：高速缓冲存储器一一主存储器（内存）一一外存储器（辅存） 6?非易失性半导体存储器：掩膜式只读存储器（MROM ）、可编程只读存储器（PROM ）、可擦除可编程只读存储器（EPROM ）、电擦除可编程只读存储器（EEPROM ）、闪速存储器。7?刷新电路的工作方式：集中式刷新、分散式刷新、异步刷新。 &高速缓冲存储器：提高主存的存取速度。 9 ?指令就是要计算机执行某种操作的命令，又称为机器指令。 10. —台计算机中所有机器指令的集合，称为这台计算机的指令系统。 11 ?指令结构：操作码字段+地址码字段 12?精简指令系统计算机（RISC）、复杂指令系统计算机（CISC） 13. CPU的功能：指令控制、操作规程控制、时间控制、数据加工。 14. CPU中的主要寄存器：指令寄存器（IR）、程序计数器（PC）、地址寄存器（AR）、数据缓冲寄存器（DR）、累加寄存器（AC）、状态条件寄存器。 15. 微指令格式：水平型微指令、垂直型微指令。 16?总线是指能为多个功能部件服务的一组公用信息线，并且能够分时地发送和接受信息。 17. 总线的分类： A ?按连接部件分类：内部总线（片内总线）、系统总线、通信总线（外部总线） B ?按数据传送方式分类：并行总线、串行总线 C.按总线的通信定时方式分类：并行总线、异步总线 18. 输入/输出设备的编址方式：存储器映像编址（统一编址）、I/O独立编址 19?输入/输出数据的控制方式：程序直接控制方式、程序中断控制方式、直接内存访问方 式（DMA ）、通道方式、I/O 处理器方式 20. 原码：纯小数不够字长时，数值位后补“ 0”纯整数不够时，符号位后、数值位前补0 21. 补码：正数不变，负数的符号位为1,数值位按位取反，末位加1 22. 已知一个数的补码，求它的真值的方法是：如果补码的符号位为0,则该数为正数，补码表示的数即为真值；如果补码的符号位为1,则该数为负数,数值为按位取反末位加1。
计算机总线技术基础知识 任何一个微处理器都要与一定数量的部件和外围设备连接，但如果将各部件和每一种外围设备都分别用一组线路与CPU直接连接，那么连线将会错综复杂，甚至难以实现。为了简化硬件电路设计、简化系统结构，常用一组线路，配置以适当的接口电路，与各部件和外围设备连接，这组共用的连接线路被称为总线。采用总线结构便于部件和设备的扩充，尤其制定了统一的总线标准则容易使不同设备间实现互连。 微机中总线一般有内部总线、系统总线和外部总线。内部总线是微机内部各外围芯片与处理器之间的总线，用于芯片一级的互连；而系统总线是微机中各插件板与系统板之间的总线，用于插件板一级的互连；外部总线则是微机和外部设备之间的总线，微机作为一种设备，通过该总线和其他设备进行信息与数据交换，它用于设备一级的互连。 另外，从广义上说，计算机通信方式可以分为并行通信和串行通信，相应的通信总线被称为并行总线和串行总线。并行通信速度快、实时性好，但由于占用的口线多，不适于小型化产品；而串行通信速率虽低，但在数据通信吞吐量不是很大的微处理电路中则显得更加简易、方便、灵活。串行通信一般可分为异步模式和同步模式。 随着微电子技术和计算机技术的发展，总线技术也在不断地发展和完善，而使计算机总线技术种类繁多，各具特色。下面仅对微机各类总线中目前比较流行的总线技术分别加以介绍。 一、内部总线 1．I2C总线 I2C（Inter-IC）总线10多年前由Philips公司推出，是近年来在微电子通信控制领域广泛采用的一种新型总线标准。它是同步通信的一种特殊形式，具有接口线少，控制方式简化，器件封装形式小，通信速率较高等优点。在主从通信中，可以有多个I2C总线器件同时接到I2C总线上，通过地址来识别通信对象。 2．SPI总线 串行外围设备接口SPI（serial peripheral interface）总线技术是Motorola公司推出的一种同步串行接口。Motorola公司生产的绝大多数MCU（微控制器）都配有SPI硬件接口，如68系列MCU。SPI总线是一种三线同步总线，因其硬件功能很强，所以，与SPI有关的软件就相当简单，使CPU有更多的时间处理其他事务。 3．SCI总线 串行通信接口SCI（serial communication interface）也是由Motorola公司推出的。它是一种通用异步通信接口UART，与MCS-51的异步通信功能基本相同。 二、系统总线
4.1 PCIe总线的基础知识 与PCI总线不同，PCIe总线使用端到端的连接方式，在一条PCIe链路的两端只能各连接一个设备，这两个设备互为是数据发送端和数据接收端。PCIe总线除了总线链路外，还具有多个层次，发送端发送数据时将通过这些层次，而接收端接收数据时也使用这些层次。PCIe总线使用的层次结构与网络协议栈较为类似。 4.1.1 端到端的数据传递 PCIe链路使用“端到端的数据传送方式”，发送端和接收端中都含有TX(发送逻辑)和RX(接收逻辑)，其结构如图4?1 所示。由上图所示，在PCIe总线的物理链路的一个数据通路(Lane)中，由两组差分信号，共4根信号线组成。其中发送端的TX部件与接收端的RX部件使用一组差分信号连接，该链路也被称为发送端的发送链路，也是接收端的接收链路；而发送端的RX部件与接收端的TX部件使用另一组差分信号连接，该链路也被称为发送端的接收链路，也是接收端的发送链路。一个PCIe链路可以由多个Lane组成。 高速差分信号电气规范要求其发送端串接一个电容，以进行AC耦合。该电容也被称为AC耦合电容。PCIe链路使用差
分信号进行数据传送，一个差分信号由D+和D-两根信号组成，信号接收端通过比较这两个信号的差值，判断发送端发送的是逻辑“1”还是逻辑“0”。 与单端信号相比，差分信号抗干扰的能力更强，因为差分信号在布线时要求“等长”、“等宽”、“贴近”，而且在同层。因此外部干扰噪声将被“同值”而且“同时”加载到D+和D-两根信号上，其差值在理想情况下为0，对信号的逻辑值产生的影响较小。因此差分信号可以使用更高的总线频率。 此外使用差分信号能有效抑制电磁干扰EMI(Electro Magnetic Interference)。由于差分信号D+与D-距离很近而且信号幅值相等、极性相反。这两根线与地线间耦合电磁场的幅值相等，将相互抵消，因此差分信号对外界的电磁干扰较小。当然差分信号的缺点也是显而易见的，一是差分信号使用两根信号传送一位数据；二是差分信号的布线相对严格一些。 PCIe链路可以由多条Lane组成，目前PCIe链路可以支持1、2、4、8、12、16和32个Lane，即×1、×2、×4、×8、×12、×16和×32宽度的PCIe链路。每一个Lane上使用的总线频率与PCIe总线使用的版本相关。
计算机基础知识及答案（二） 1、微型计算机采用的是冯·诺依曼体系结构，其硬件系统由运算器、控制器、存储器、输入设备和___C___五部分组成。 A键盘、鼠标器。B显示器、打印机。C输出设备。D系统总线。 2、在微型计算机中，其核心部件中央处理器CPU，被称之为___D___。 A关键部件。B主要部件。C必备部件。D微处理器MPU(Micro Processing Unit)。 3、微处理器把运算器和__A____集成在一块很小的硅片上，是一个独立的部件。 A控制器。B内存储器。C输入设备。D输出设备。 4、微型计算机的基本构成有两个特点：一是采用微处理器，二是采用___D___。 A键盘和鼠标器作为输入设备。B显示器和打印机作为输出设备。CROM和RAM作为主存储器。D总线系统。 5、根据微型计算机硬件构成的特点，可以将其硬件系统具体化为由微处理器、内存储器、接口电路、I/O设备和__D____组成。 A键盘、鼠标器。B显示器、打印机。C外围设备。D总线系统。 6、在微型计算机系统组成中，我们把微处理器CPU、只读存储器ROM和随机存储器RAM三部分统称为___D___。 A硬件系统。B硬件核心模块。C微机系统。D主机。 7、微型计算机使用的主要逻辑部件是___D___。 A电子管。B晶体管。C固体组件。D大规模和超大规模集成电路。 8、在微型计算机中，通常把输入/输出设备，统称为__D____。 ACPU。B存储器。C操作系统。D外部设备。 9、下面是关于微型计算机总线的描述，正确的有___C___。
A总线系统由系统总线、地址总线、数据总线和控制总线组成。B总线系统由接口总线、地址总线、数据总线和控制总线组成。C系统总线由地址总线、数据总线和控制总线组成。D 地址总线、数据总线和控制总线的英文缩写分别为DB、AB，CB。 10、微型计算机的系统总线是CPU与其它部件之间传送___D___信息的公共通道。 A输入、输出、运算。B输入、输出、控制。C程序、数据、运算。D数据、地址、控制。 11、CPU与其它部件之间传送数据是通过__A____实现的。 A数据总线。B地址总线。C控制总线。D数据、地址和控制总线三者。 12、下面是关于数据总线（Data Bus）的描述，不正确的是__D____。 A数据总线用来传送数据信息。B数据总线的位数，决定了CPU一次能够处理的数据的位数。CMPU一次能够处理的数据的位数称为字长。D字长越长的CPU，处理信息所需的时间越长。 13、CPU与其它部件之间传送地址是通过___B___实现的。 A数据总线。B地址总线。C控制总线。D数据、地址和控制总线三者。 14、下面是关于地址总线（Address Bus）的描述，不正确的是__D____。 A地址总线用来传送地址信息。B地址总线的根数，决定了CPU可访问的内存最大范围。C 若地址总线为n根，则该微处理器可访问内存的最大范围是2的n次方。D拥有32根地址总线的微处理器，其可访问内存的最大范围是4000M。 15、CPU与其它部件之间传送控制信号是通过____C__实现的。 A数据总线。B地址总线。C控制总线。D数据、地址和控制总线三者。 16、下面是关于控制总线（Control Bus）的描述，不正确的是__C____。 A控制总线用来传送控制器的各种制信息。B控制总线的数目由CPU的控制功能所决定。 C80486和PⅢ都是Intel公司推出的微处理器，它们的控制功能是相同的。D不同微处理器的控制功能具有较大的差异。 17、下面是关于微处理器MPU的描述，不正确的是___D___。 A微处理器是微型计算机的核心部件。B微处理器是一块包含运算器和控制器的大规模集成电路芯片。C微处理器的性能决定了微型计算机的档次。D我们在购买微型计算机时，应该不断跟踪微处理器的更新。
以太网和现场总线基础知识 以太网及tcp/ip通信技术在it行业获得了很大的成功, 成为it行业应用中首选的网络通信技术。近年来，由于国际现场总线技术标准化工作没有达到人们理想中的结果，以太网及tcp/ip技术逐步在自动化行业中得到应用，并发展成为一种技术潮流。 以太网在自动化行业中的应用应该区分为两个方面问题，或者说两个层次的问题。一是工厂自动化技术与it技术结合，与互连网internet技术结合，成为未来可能的制造业电子商务技术、网络制造技术雏形。大多数专家们对自动化技术这种发展趋势给予肯定的评价。另一个方面，即以太网能否在工业过程控制底层，也就是设备层或称为现场层广泛应用？能否成为甚至取代现有的现场总线技术成 为统一的工业网络标准？这些问题实为目前自动化行业专家们争论的热点。本文将只就这一问题,从以太网与现场总线的技术比较出发,谈谈个人看法。 1．以太网指的是什么 什么是“以太网”？以及相关的ieee 802.3及tcp/ip技术? 这对计算机网络工程师可能是基本常识，但我们自动化技术工程师未必清楚。在讨论以太网与自动化技术及现场总线技术之前,有必要先澄清一下这几个基本术语的含义。笔者查阅了有关资料，现将有关“以太网”、ieee 802.3及tcp/ip相关的技术背景摘要如下: (1) 以太网: ?1975年: 美国施乐(xerox)公司的palo alto研究中心研制成功[metc76]，该网采用无源电缆作为总线来传送数据帧，故以传播电磁波的“以太(ether)”命名。 ?1981年：美国施乐(xerox)公司+数字装备公司(digital)+英特尔(intel)公司联合推出以太网(ethernet)规约[ethe80] ?1982年：修改为第二版，dix ethernet v2 因此：“以太网”应该是特指“dix ethernet v2”所描述的技术。 (2) ieee802.3 ?80年代初期: 美国电气和电子工程师学会ieee 802委员会制定出局域网体系结构, 即ieee 802参考模型.ieee 802参考模型相当于osi模型的最低两层: ?1983年：ieee 802 委员会以美国施乐(xerox)公司+数字装备公司(digital)+英
CAN终端电阻 CAN终端电阻，顾名思义就是加在总线末端的电阻。此电阻虽小，但在CAN总线中却有十分重要的作用。 终端 CAN总线终端电阻的作用有两个： 一、提高抗干扰能力，确保总线快速进入隐性状态。 二、提高信号质量。 提高抗干扰能力 CAN总线有“显性”和“隐性”两种状态，“显性”代表“0”，“隐性”代表“1”，由CAN 决定。图1是一个CAN收发器的典型内部结构图，CANH、CANL连接总线。
图1 总线显性时，收发器内部Q1、Q2导通，CANH、CANL之间压差；隐性时，Q1、Q2截止，CANH、CANL处于无源状态，压差为0。 总线若无负载，隐性时电阻阻值很大，外部的干扰只需要极小的能量即可令总线进入显性（一般的收发器显性门限最小电压仅500mV）。为提升总线隐性时的抗干扰能力，可以增加一个差分负载电阻，且阻值尽可能小，以杜绝大部分能 量的影响。然而，为了避免需要过大的总线才能进入显性，阻值也不能过小。
确保快速进入隐性状态 在显性状态期间，总线的寄生电容会被，而在恢复到隐性状态时，这些电容需要放电。如果CANH、CANL之间没有放置任何阻性负载，电容只能通过收发器内部的差分电阻放电。我们在收发器的CANH、CANL之间加入一个220PF的电容进行模拟试验，位速率为 500kbit/s，波形如图2、图3。 图2 图3
从图3看出，显性恢复到隐性的时间长达1.44μS，在点较高的情况下勉强能够通信，若通信速率更高，或寄生电容更大，则很难保证通信正常。 为了让总线寄生电容快速放电，确保总线快速进入隐性状态，需要在CANH、CANL之间放置一个负载电阻。增加一个60Ω的电阻后，波形如图4、图5。从图中看出，显性恢复到隐性的时间缩减到128nS，与显性建立时间相当。 图4 图5
CAN总线协议 控制器局域网总线(CAN, Controller Area Network )是一种用于实时应用的串行通讯协议总线，它可以使用双绞线来传输信号，是世界上应用最广泛的现场总线之一。CAN协议用于汽车中各种不同元件之间的通信，以此取代昂贵而笨重的配电线束。该协议的健壮性使其 用途延伸到其他自动化和工业应用。CAN协议的特性包括完整性的串行数据通讯、提供实时 支持、传输速率高达1Mb/s、同时具有11位的寻址以及检错能力。 CAN总线发展 控制器局域网CAN( Controller Area Network)属于现场总线的范畴，是一种有效支持分布式控制系统的串行通信网络。是由德国博世公司在20世纪80年代专门为汽车行业开发的一种串行通信总线。而且能够检测出产生的任何错误。当信号传输距离达到10km时，CAN仍可提供高达50kbit/s的数据传输速率。 CAN总线的工作原理 CAN总线使用串行数据传输方式，可以1Mb/s的速率在40m的双绞线上运行，也可以 使用光缆连接，而且在这种总线上总线协议支持多主控制器。[1]CAN与I2C总线的许多细节 很类似，但也有一些明显的区别。当CAN总线上的一个节点(站)发送数据时，它以报文形式 广播给网络中所有节点。对每个节点来说，无论数据是否是发给自己的，都对其进行接收。每组报文开头的11位字符为标识符，定义了报文的优先级，这种报文格式称为面向内容的编址方案。在同一系统中标识符是唯一的，不可能有两个站发送具有相同标识符的报文。当几个站同时竞争总线读取时，这种配置十分重要。 当一个站要向其它站发送数据时，该站的CPU将要发送的数据和自己的标识符传送给 本站的CAN芯片，并处于准备状态；当它收到总线分配时，转为发送报文状态。CAN芯片将数据根据协议组织成一定的报文格式发出，这时网上的其它站处于接收状态。每个处于接 收状态的站对接收到的报文进行检测，判断这些报文是否是发给自己的，以确定是否接收它。 由于CAN总线是一种面向内容的编址方案，因此很容易建立高水准的控制系统并灵活地进行配置。我们可以很容易地在CAN总线中加进一些新站而无需在硬件或软件上进行修改。 当所提供的新站是纯数据接收设备时，数据传输协议不要求独立的部分有物理目的地址。它允许分布过程同步化，即总线上控制器需要测量数据时，可由网上获得，而无须每个控制器 都有自己独立的传感器。 CAN总线在空闲(没有节点传输报文)时是一直处于隐性状态。当有节点传输报文时显性覆盖隐性，由于CAN总线是一种串行总线，也就是说报文是一位一位的传输的，而且是数字信号(0和1)，1代表隐性，0代表显性。在传送报文的过程中是显隐交替的，就像二进制数字0101001等，这样就能把信息发送出去，而总线空闲的时候是一直处于隐性的。 CAN总线特征 (1)报文(Message)总线上的数据以不同报文格式发送，但长度受到限制。当总线空闲时， 任何一个网络上的节点都可以发送报文。 ⑵信息路由(Information Routing)在CAN中，节点不使用任何关于系统配置的报文，比 如站地址，由接收节点根据报文本身特征判断是否接收这帧信息。因此系统扩展时，不用对应用层以及任何节点的软件和硬件作改变，可以直接在CAN中增加节点。 (3) 标识符(Identifier)要传送的报文有特征标识符(是数据帧和远程帧的一个域)，它给出的不是目标节点地址，而是这个报文本身的特征。信息以广播方式在网络上发送，所有节点都可以接收到。节点通过标识符判定是否接收这帧信息。
Profibus总线技术 一、什么是Profibus现场总线？ 现场总线是安装在生产过程区域的现场设备/仪表与控制室内的自动控制装置/系统之间的一种串行、数字式、多点通讯的数字总线。当然，生产过程包括连续生产和断续生产两种。Profibus现场总线是其中的一种。 简单的说就是Profibus通过总线把各分散的现场设备（传感器和执行机构）连接到控制器或控制系统，同时支持工厂自动化和过程自动化以及驱动应用。 二、Profibus总线的三种行规 Profibus现场总线包括：Profibus-FMS、Profibus-DP、Profibus-PA。相应的通信方式的应用领域及优点为;FMS主要是是通用目的的自动化，是大范围的应用，多主通信；DP主要是工厂自动化，它的特点主要是快速，即插即用，高效廉洁；而PA主要应用于过程自动化，面向应用，需要总线供电，要求符合本质安全的。 目前来看，市面上主要应用还是Profibus-DP网络，所以接下来的我将主要介绍DP网络的一些知识。 三、Profibus-DP定义的三种设备类型 1、DP-1类主设备（DPM1） 中央控制器，它与分散的I/O设备（DP-从）交换数据； 允许若干个DPM1同时存在，典型性的设备是PLC,PC,VME。 2、DP2类主设备（DPM2） 组态、监视或工程工具，它被用来设定网络或参数、监视DP-从设备 3、DP-从设备 直接连接I/O信号的外围设备； 典型的设备是输入、输出、驱动器、阀、操作面板等等。 四、Profibus-DP-主站和DP从站间的数据传输 1、参数化阶段
从站由DP-主站用现行总线参数、监控时间和从站的特定参数进行参数化。 2、组态阶段 DP-主站对DP-从站所需要的配置和现行的配置进项比较。 3、用户数据传输阶段 在参数化和组态成功后，DP-从站改变其状态进入用户数据交换阶段。 在此阶段，从站的参数化能被更改，而不必中断数据传输。 注意：在这三个阶段中，都可以附加诊断数据和控制命令的传输。 五、Profibus的主要应用 Profibus总线技术现在在国内的发展已经相对比较成熟，它应用的行业也比较广泛。其中工厂自动化中有：车辆制造、灌装工厂、库存系统、开关设备玻璃生产等等；过程自动化中有：化学工业、石化工业、造纸和纺织工业、食品粮食工业、电站、污水处理等等；另外一些驱动技术和安全应用行业也是非常广泛的。 六、网络的调试、维护和诊断 众所周知，现在Profibus总线网络的应用已经越来越多，那么对于网络的维护和诊断也变得越来越重要，不可忽视。那么对于网络诊断个工具我们可能了解的不是很多，我也只是接触了几种，其中它包含两种类型，一种是在线式的，T H LINK Profibus硬件加软件TH SCOPE；另一种是手持式的，NetTESTⅡ和Profibus Test 5。两种类型的工具在诊断过程中的使用可以结合的，所谓在线式的就是长期在线监测，实时记录网络的状态，每个站点的工作状况，是否出现问题，什么时间出现的问题，可能出现了什么问题，并给出相应的建议，这种情况对于那种出现间歇性故障的网络是非常有帮助的，因为这种故障是我们完全没办法预期的，但是这种故障有时会严重影响生产质量的，因此诊断工具的重要性就可想而知了。 同时，检测到网络出现故障之后，可以带着手持式的诊断工具进行检测，一一排查网络中每一个站点可能出现的问题，我们可能都知道，对于Profibus网络的故障来说，百分之**十的故障都是发生在物理层的，那么这两款手持式的诊断工具-NetTESTⅡ和Profibus Test 5在这方面的诊断是非常强大的，他们可以： comsoft NetTEST II网络分析测试仪，可以系统的检测每一段DP网络，其中大部分的常见错误，比如安装错误，短路，线缆中断，或者屏蔽中断都能够在实际操作之前被检测和解决，而且不管DP从站是连接还是断开，是通电还是断电都是可以的。 NetTEST II能够检测和准确找出以下错误： ◆两根信号线A和B之间的短路 ◆信号线A或者信号线B以及屏蔽情况 ◆线缆中断或者屏蔽中断 ◆交叉的信号线A-B ◆不准确的或者丢失的总线终端 ◆总线终端的错误位置 ◆线缆长度不合适 ◆错误的总线电缆波阻抗 ◆错误类型的电缆 ◆不够高的传送和接收级别 ◆不允许的支线 ◆反射 PROFIBUS Tester 5 BC-700-PB是一款功能强大的DP总线诊断和故障排除工具，用于PROFIBUS线缆测试、物理链路层信号质量检测和协议层通信分析。PB-T5内置充电电池，单机模式下可以图形化显示信号质量柱状图，快速查看检测结果。存储在PB-T5中的检测结果可导入到PC软件中用于更详细分析。在不影响PROFIBUS正常运行的情况下，PROFIBUS-Tester 5对DP段内所有主从站的物理层和协议层同时进行完整检测，从而分析网络状况并定位故障
总线接口电路基本知识 RS-232、RS-422与RS-485标准： 一、RS-232、RS-422与RS-485的由来 RS-232、RS-422与RS-485都是串行数据接口标准，最初都是由电子工业协会（EIA）制订并发布的，RS-232在1962年发布，命名为EIA-232-E，作为工业标准，以保证不同厂家产品之间的兼容。RS-422由RS-232发展而来，它是为弥补RS-232之不足而提出的。为改进RS-232通信距离短、速率低的缺点，RS-422定义了一种平衡通信接口，将传输速率提高到10Mb/s，传输距离延长到4000英尺（速率低于100kb/s时），并允许在一条平衡总线上连接最多10个接收器。RS-422是一种单机发送、多机接收的单向、平衡传输规范，被命名为TIA/EIA-422-A标准。为扩展应用范围，EIA又于1983年在RS-422基础上制定了RS-485标准，增加了多点、双向通信能力，即允许多个发送器连接到同一条总线上，同时增加了发送器的驱动能力和冲突保护特性，扩展了总线共模范围，后命名为TIA/EIA-485-A标准。由于EIA提出的建议标准都是以“RS”作为前缀，所以在通讯工业领域，仍然习惯将上述标准以RS作前缀称谓。 RS-232、RS-422与RS-485标准只对接口的电气特性做出规定，而不涉及接插件、电缆或协议，在此基础上用户可以建立自己的高层通信协议。 二、RS-232串行接口标准 目前RS-232是PC机与通信工业中应用最广泛的一种串行接口。RS-232被定义为一种在低速率串行通讯中增加通讯距离的单端标准。RS-232采取不平衡传输方式，即所谓单端通讯，DB25各引脚定义参见图1，DB9的引脚定义参见图2。 图1 图2 典型的RS-232信号在正负电平之间摆动，在发送数据时，发送端驱动器输出正电平在+5～+15V，负电平在-5～-15V电平。当无数据传输时，线上为TTL，从开始传送数据到结束，线上电平从TTL电平到RS-232电平再返回TTL电平，见图3。接收器典型的工作电平在+3～+12V与-3～-12V。由于发送电平与接收电平的差仅为2V至3V左右，所以其共模抑制能力差，再加上双绞线上的分布电容，其传送距离最大为约15米，最高速率为20kb/s。RS-232是为点对点（即只用一对收、发设备）通讯而设计的，其驱动器负载为3～7kù。所以RS-232适合本地设备之间的通信。RS-232的所传输的数据格式约定为：信息起始位，数据块停止位，奇偶校验位和若干数据位。 图3