第10章高速串行总线
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单片微型计算机原理及应用_课后习题答案_山东理工
《单片微型计算机原理及应用》习题参考答案姜志海刘连鑫王蕾编著电子工业出版社目录第1章微型计算机基础 (2)第2章半导体存储器及I/O接口基础 (4)第3章MCS-51系列单片机硬件结构 (11)第4章MCS-51系列单片机指令系统 (16)第5章MCS-51系列单片机汇编语言程序设计 (20)第6章MCS-51系列单片机中断系统与定时器/计数器 (26)第7章MCS-51系列单片机的串行口 (32)第8章MCS-51系列单片机系统扩展技术 (34)第9章MCS-51系列单片机键盘/显示器接口技术 (36)第10章MCS-51系列单片机模拟量接口技术 (40)第11章单片机应用系统设计 (44)第1章微型计算机基础1．简述微型计算机的结构及各部分的作用微型计算机在硬件上由运算器、控制器、存储器、输入设备及输出设备五大部分组成。
运算器是计算机处理信息的主要部分；控制器控制计算机各部件自动地、协调一致地工作；存储器是存放数据与程序的部件；输入设备用来输入数据与程序；输出设备将计算机的处理结果用数字、图形等形式表示出来。
通常把运算器、控制器、存储器这三部分称为计算机的主机，而输入、输出设备则称为计算机的外部设备（简称外设）。
由于运算器、控制器是计算机处理信息的关键部件，所以常将它们合称为中央处理单元CPU（Central Process Unit）。
2．微处理器、微型计算机、微型计算机系统有什么联系与区别？微处理器是利用微电子技术将计算机的核心部件（运算器和控制器）集中做在一块集成电路上的一个独立芯片。
它具有解释指令、执行指令和与外界交换数据的能力。
其内部包括三部分：运算器、控制器、内部寄存器阵列（工作寄存器组）。
微型计算机由CPU、存储器、输入/输出（I/O）接口电路构成，各部分芯片之间通过总线（Bus）连接。
以微型计算机为主体，配上外部输入/输出设备、电源、系统软件一起构成应用系统，称为微型计算机系统。
第10章串行通信
12
串行通信的异步传输模式
•以字符为基本通信单位 •起始位标志着每一个字符的开始 •停止位标志着每一个字符的结束
13
串行通信的异步传输模式
平时通信线处于空闲状态（“1”状态），当有数据 发送时，发送方首先发一“0”，称为起始位；
接着发送数据位，数据位可有5~8位组成。 然后是校验位，校验分奇校验、偶校验、置0、置1、
31
例 ： 发 送 数 据 序 列 ： 1010001101 ， 生 成 多 项 式 ： 110101。发送数据序列*25：101000110100000
x5x4x2x0
1010001101 00000 -- 1
110101
010110 -- 7
0111011 -- 2
101100 -- 8
110101
在简单的控制系统中，大都采用异步方式。 在许多对数据交换量不大的系统，也采用异步方式。 数据通信系统中采用同步方式。
21
串行异步通信的传输制式
单工：仅在一个方向上的数据传送。 半双工：两个方向上交替地传送数据，同一时间
只能在一个方向上。 全双工：可在两个方向上同时传送数据。
22
串行异步通信的同步
然后通信双方按照约定的波特率发送和采样对应数据 位。只要在一个字符传送期间，积累的误差不大于一 位数据传送时间。就不会发生错误。
因此，异步传输允许发送器和接收器不必用同一个时 钟，而是可以各有各的时钟（局部时钟），只要有同 一个标称频率即可，且对频率的精度要求也较低。
两次发送字符之间必须要有间隔时间（停止位），并 且每次字符传输，必须有一位同步信号（起始位）。
23
串行通信的校验----奇偶校验
在异步通信的格式中，可以包含一位校验位（奇、 偶校验）。
串行通信的异步传输模式
•以字符为基本通信单位 •起始位标志着每一个字符的开始 •停止位标志着每一个字符的结束
13
串行通信的异步传输模式
平时通信线处于空闲状态（“1”状态），当有数据 发送时，发送方首先发一“0”，称为起始位；
接着发送数据位，数据位可有5~8位组成。 然后是校验位，校验分奇校验、偶校验、置0、置1、
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例 ： 发 送 数 据 序 列 ： 1010001101 ， 生 成 多 项 式 ： 110101。发送数据序列*25：101000110100000
x5x4x2x0
1010001101 00000 -- 1
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010110 -- 7
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101100 -- 8
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在简单的控制系统中，大都采用异步方式。 在许多对数据交换量不大的系统，也采用异步方式。 数据通信系统中采用同步方式。
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串行异步通信的传输制式
单工：仅在一个方向上的数据传送。 半双工：两个方向上交替地传送数据，同一时间
只能在一个方向上。 全双工：可在两个方向上同时传送数据。
22
串行异步通信的同步
然后通信双方按照约定的波特率发送和采样对应数据 位。只要在一个字符传送期间，积累的误差不大于一 位数据传送时间。就不会发生错误。
因此，异步传输允许发送器和接收器不必用同一个时 钟，而是可以各有各的时钟（局部时钟），只要有同 一个标称频率即可，且对频率的精度要求也较低。
两次发送字符之间必须要有间隔时间（停止位），并 且每次字符传输，必须有一位同步信号（起始位）。
23
串行通信的校验----奇偶校验
在异步通信的格式中，可以包含一位校验位（奇、 偶校验）。
高速串行信号的均衡技术
高速串行信号的均衡技术
高速串行信号的均衡技术主要包括前向均衡（feed-forward equalization）和后向均衡（feedback equalization）两种方式。
前向均衡是在发送端对信号进行预先处理，通过增强高频部分的信
号来抵消传输线路中的损耗，以及减小信号在传输过程中的失真。
而后向均衡则是在接收端对接收到的信号进行处理，通过对信号进
行滤波和补偿来消除传输过程中的失真和噪声。
另外，高速串行信号的均衡技术还包括了一些具体的算法和方法，比如决策反馈均衡（DFE）、线性均衡器、最大似然序列估计（MLSE）等。
这些算法和方法可以根据信道的特性和系统的要求来
选择和应用，以提高信号的传输质量和可靠性。
总的来说，高速串行信号的均衡技术是一项复杂而重要的技术，它在高速串行通信中起着至关重要的作用，能够有效地提高信号的
传输质量，保证通信系统的稳定性和可靠性。
随着通信技术的不断
发展，均衡技术也在不断创新和完善，以适应日益增长的通信需求。
微处理器系统结构与嵌入式系统设计(第二版)答案全
“微处理器系统结构与嵌入式系统设计”第一章习题解答1.2 以集成电路级别而言，计算机系统的三个主要组成部分是什么？中央处理器、存储器芯片、总线接口芯片1.3 阐述摩尔定律。
每18个月，芯片的晶体管密度提高一倍，运算性能提高一倍，而价格下降一半。
1.5 什么是SoC？什么是IP核，它有哪几种实现形式？SoC：系统级芯片、片上系统、系统芯片、系统集成芯片或系统芯片集等，从应用开发角度出发，其主要含义是指单芯片上集成微电子应用产品所需的所有功能系统。
IP核：满足特定的规范和要求，并且能够在设计中反复进行复用的功能模块。
它有软核、硬核和固核三种实现形式。
1.8 什么是嵌入式系统？嵌入式系统的主要特点有哪些？概念：以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积和功耗的严格要求的专用计算机系统，即“嵌入到应用对象体系中的专用计算机系统”。
特点：1、嵌入式系统通常是面向特定应用的。
2、嵌入式系统式将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术与各个行业的具体应用相结合的产物。
3、嵌入式系统的硬件和软件都必须高效率地设计，量体裁衣、去除冗余，力争在同样的硅片面积上实现更高的性能。
4、嵌入式处理器的应用软件是实现嵌入式系统功能的关键，对嵌入式处理器系统软件和应用软件的要求也和通用计算机有以下不同点。
①软件要求固体化，大多数嵌入式系统的软件固化在只读存储器中；②要求高质量、高可靠性的软件代码；③许多应用中要求系统软件具有实时处理能力。
5、嵌入式系统和具体应用有机的结合在一起，它的升级换代也是和具体产品同步进行的，因此嵌入式系统产品一旦进入市场，就具有较长的生命周期。
6、嵌入式系统本身不具备自开发能力，设计完成以后用户通常也不能对其中的程序功能进行修改，必须有一套开发工具和环境才能进行开发。
第二章习题答案2.2 完成下列逻辑运算（1）101+1.01 = 110.01（2）1010.001-10.1 = 111.101（3）-1011.0110 1-1.1001 = -1100.1111 1（4）10.1101-1.1001 = 1.01（5）110011/11 = 10001（6）(-101.01)/(-0.1) = 1010.12.3 完成下列逻辑运算（1）1011 0101∨1111 0000 = 1111 0101（2）1101 0001∧1010 1011 = 1000 0001（3）1010 1011⊕0001 1100 = 1011 01112.4 选择题（1）下列无符号数中最小的数是( A )。
第10章作业与答案
习题一、选择题1.在异步串行通信中，收发双方必须保持________。
A.收发时钟相同B.停止位相同C.数据格式和波特率相同D.以上都正确答案：C2.同步通信过程中，通信双方依靠_____进行同步。
A.起始位B.同步字符C.命令字D.停止位答案：B3.8251A收、发串行数据的波特率_______。
A.可由编程设置B.等于CLK输入的基准时钟频率的16倍C.等于CLK输入的基准时钟频率的1/16D.等于CLK输入的基准时钟频率答案：A4.8251A以异步通信方式工作，设波特率因子为16，字符长度为8位，奇校验，停止位为2位，每秒种可传输200个字符，则它的传输速率和收发时钟信号频率分别是______（bps，kHz）。
A.200，200B.2200，38.4C.2400，38.4D.200，38.4答案：C5.DMA用于传送_____之间的大量数据。
A.CPU与存储器B.存储器与外设C.CPU与外设D.寄存器与存储器答案：B6.在微机系统中采用DMA方式传输数据时，数据传送是______。
A.由CPU控制完成的B.由执行程序（软件）完成C.由DMAC发出的控制信号控制完成的D.由总线控制器发出的控制信号控制完成的答案：C7.当8086/8088CPU响应DMA设备的HOLD请求后，CPU将______。
A.转入特殊的中断服务程序B.进入等待周期C.接受外部数据D.放弃对总线的控制权答案：D8.在DMA方式下，将内存数据送到外设的路径是_______。
A.CPU→DMAC→外设B.内存→数据总线→外设C.内存→CPU→总线→外设D.内存→DMAC→数据总线→外设答案：B9.在DMA方式下，CPU与总线的关系是______。
A.只能控制地址总线B.相互成隔离状态C.只能控制数据线D.相互成短接状态答案：B10.采用DMA方式传送时，每传送一个数据要占用______时间。
A.一个指令周期B.一个机器周期C.一个存储周期D.一个总线时钟周期答案：C二、填空题1.异步串行通信没有数据传送时，发送方应发送______信号；串行同步通信没有数据传送时，发送方应发送_____信号。
总线基本知识(共34张PPT)
第3页，共34页。
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1
1.微型计算机总线概述
总线:是一组信号线的集合.它是器件之间通信和控制 的的渠道.
——以分时的方法来为多个部件服务的 ——总线仲裁电路来避免总线冲突
——总线的指标主要有2个，总线的工作频率和总线的宽度
—总线频率是总线时钟频率
—总线的宽度是指能够一次并行传送的信息位数
第4页，共34页。
RS-485采用半双工工作方式，因此，发送电路须由使能信号 加以控制。RS-485用于多点互连时非常方便，可以省掉信号 线
第22页，共34页。
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5
2.ＵＳＢ总线
USB(UniversalSerialBus)是外围设备与计算机进行连接的 接口总线．
——即插即用，热拔插，接口体积小，节省资源，传输可 靠，提供电源，良好的兼容性，共享式通信和低成本 ——达到了480Ｍb/s的传输速度. ——半双工串行总线.
7.1 总线基本知识
第1页，共34页。
内容简介 重点/难点 习题解答
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内容简介
总线是微型计算机系统的重要组成部分，是系
统中传递各类信息的通道，也是微型计算机系统中 各模块间的物理接口，它负责CPU和其它部件之间 信息的传递。通过本章学习，熟悉总线的一般概念 和微机系统总线的组成，理解PCI总线、RS-232-C 总线和USB总线的性能特点、连接方法及应用场合， 学会根据总线的规范设计简单的扩展接口。
初始化，在主控制器与USB设备之间建立通信信道。
•设备驱动程序(USBDeviceDriver) ——驱动USB设备的程序，通常由操作系统或USB设备制造商
提供。
•USB芯片驱动程序(USBDriver)
12.5-1394总线
4. IEEE 1394c-2006（FireWire S800T）
2007年制定，与RJ45网卡接口相同的新接头规格。
也 使 用 5 类 双 绞 线 和 相 同 的 自 动 协 商 机 制 (Auto-
negotiation)，可用同样接口连接1394设备和双绞线的
以太网设备。
安徽理工大学
12.5 1394总线
• 其余48位是寻址节点缓存区、私有区和定时寄存器。
➢ 局部总线间可用网桥互连。
➢ 每个节点拥有256Tb地址空间，一个局部总线地址空 间达到16Pb。一个1394网络最多能包含1024条局部总 线，支持16Eb地址空间。
安徽理工大学
12.5 1394总线
第12章 总线技术
开放式主机控制器接口 (OHCI)规范定义了1394 总线接入主机的方式， 即 如 图 的 1394 分 层 协 议 集。 链路层和物理层由硬件 电路实现，而交易层和 总线管理层则是固件 (firmware)，即保存在设 备 EPROM 里 的 驱 动 程 序。 厂 商 根 据 OHCI 来 设 计 1394控制器芯片。
➢ 4针i.Link标准，无电源线。 两种传输方式：
➢ 背板模式（Backplane）速率12.5/25/50Mbps，适用 于多数高带宽传输。
➢ 电缆模式（Cable）速率100/200/400Mbps，分别称火 线S100、S200和S400，S代表Speed。S200就足以传 输未压缩的高质量数字电影。
传输距离达到100米时仍有优秀性能。
安徽理工大学
12.5 1394总线
第12章 总线技术
12.5.1 IEEE 1394总线 12.5.2 1394总线的特点 12.5.3 IEEE1394规范的主要内容
微机原理与接口技术习题参考答案3-13章..
微机原理与接口技术习题参考答案3-13章..习题3.1 什么是总线？总线是如何分类的？答：总线，是一组能为多个功能部件服务的公共信息传送线路，是计算机各部件之间的传送数据、地址和控制信息的公共通路，它能分时地发送与接收各部件的信息。
按照总线系统的层次结构，可以把总线分为片内总线、系统总线、局部总线和外设总线。
3.2 举例说明有哪些常见的系统总线与外设总线。
答：常见的系统总线有：ISA总线、PCI总线、PCI Express总线。
常见的外设总线有：RS-232串行总线、IEEE1394串行总线、USB串行总线。
3.3 ISA总线的主要特点是什么？答：ISA总线的主要特点是：（1）总线支持力强，支持64KB的I/O地址空间、24位存储器地址空间、8/16位数据存取、15级硬件中断、7个DMA通道等。
（2）16位ISA总线是一种多主控（Multi Master）总线，可通过系统总线扩充槽中的MAST ER的信号线实现。
除CPU外，DMA控制器、刷新控制器和带处理器的智能接口卡都可以成为ISA总线的主控设备。
（3）支持8种类型的总线周期，分别为8/16位的存储器读周期、8/16位的存储器写周期、8/16位的I/O读周期、8/16位的I/O写周期、中断请求和中断响应周期、DMA周期、存储器刷新周期和总线仲裁周期。
3.4 PCI总线的主要特点是什么？答：PCI总线的特点概述如下：(1) 线性突发传输：PCI支持突发的数据传输模式，满足了新型处理器高速缓冲存储器（Cache）与内存之间的读写速度要求。
线性突发传输能够更有效地运用总线的带宽去传输数据，以减少不必要的寻址操作。
(2) 多总线主控：PCI总线不同于ISA总线，其地址总线和数据总线是分时复用的。
这样减少了接插件的管脚数，便于实现突发数据的传输。
数据传输时，一个PCI设备作为主控设备，而另一个PCI设备作为从设备。
总线上所有时序的产生与控制，都是由主控设备发起的。
总线系统
• CPU可通过专用总线与存储器交换信息，减轻了系统总线的负担； • 高速外设与主存之间仍可通过系统总线实现DMA操作；
• CPU通过系统总线与中低速外部设备交换信息。 优缺点：
双总线结构保持了单总线系统简单、易于扩充的优点，又提高了信息 传送的吞吐量。但这是以增加硬件为代价的。
计算机组成原理
11
3.三总线结构 它是在双总线系统的基础上增加I/O总线形成的。 在DMA方式中，外设与存储器间直接交换数据而不经过CPU，从而减轻了 CPU对数据输入输出的控制，而“通道”方式进一步提高了CPU的效率。通道 实际上是一台具有特殊功能的处理器，又称为IOP(I/O处理器),它分担了一 部分CPU的功能，以实现对外设的统一管理及外设与主存之间的数据传送。 显然，由于增加了IOP，使整个系统的效率大大提高。然而这是以增加更多 的硬件代价换来的。
总线有多种分类方法
按相对于CPU与其他芯片的位置可分为: 片内总线和片外总线。 按总线传送信息的类别，可把总线分为: 地址总线、数据总线和控制总线。 按照总线传送信息的方向，可把总线分为: 单向总线和双向总线。 按总线的层次结构可分为: CPU总线、存储总线、系统总线和外部总线。 计算机组成原理
3
1.总线的特性
计算机组成原理
7
4.总线的性能指标
总线宽度----数据总线的根数。16位总线，指其数据总线为16根。 寻址能力---- 取决于地址总线的根数。PCI总线的地址总线为32位，寻址 能力达4GB。 传输率----也称为总线带宽，通常指总线所能达到的最高数据传输率，单位 是Bps（每秒传送字节数） 计算公式：Dr=D×f /N D——数据宽度； f——总线时钟频率； N——完成一次数据传送所需的时钟周期数。 PCI总线1.0版的总线带宽132MBps 是否支持突发传送 总线上数据传送方式： 正常传送——每个传送周期先传送数据的地址，再传送数据。 突发传送——支持成块连续数据的传送，只需给出数据块的首地 址，后续数据地址自动生成。 PCI总线支持突发传送，ISA不支持。
串行系列-损耗-FIR与预加重-均衡
串行系列-SERDES概述SERDES概述写在开头：不出意外的话，这又是一个系列话题。
包括串行，损耗，加重均衡等。
小陈才疏学浅，只能写出个概述，望大神指正。
再写在开头：当小陈还是一个无忧无虑的大学生的时候，说过一句这样的话“懂你的人并不是你想要什么就给你什么，而是他给了你，你才发现这才是你想要的。
”如Iphone之于手机，如频域之于信号分析。
以前小陈觉得频域这东西不如时域好用，不明白这个想象中的东西怎么可能比实际存在的时域更加简单。
直到脑子里能把一个个频域的点看成一个正弦波，直到发现一条复杂无比的通道能使用一个清晰的S参数表示。
为何串行人们对高速的追求就像对美好生活的向往一样永无止境。
在人们面前有两条路可以走，第一条是增加信道的数量，用更多的信道传输更多的信号，也就是我们所说的并行；第二条是提高单通道的信号速率，也就是我们所说的高速串行。
而在现在的高速传输中，SERDES早已成为了绝对的主流。
主要是因为并行传输有着先天的劣势：时钟周期变得越来越短，并行的时序已经无法满足。
在之前的《串扰系列》中有说到，由于使用数字信号通信，信道的噪声容限有了很大的提升，DDR3信号的噪声裕量甚至能达到了600mV，相当于信号电平的40%。
这40%的裕量将被反射，损耗，电源噪声，串扰等问题瓜分。
串行信号同样面临着这样的问题，于是••••••SERDES：“工程师爸爸，我上升沿陡，反射会比较严重！”于是工程师把高速串行信号的驱动阻抗和接收阻抗都做成了100欧姆，与传输线相匹配：“我已经帮你把源端和末端两个最严重的反射给去掉啦，剩下的就靠你啦。
”SERDES：“工程师爸爸，我翻转次数多，串扰会比较严重！”于是工程师在所有的串行管脚附近都放上了地管脚：“我已经帮你把你跟你兄弟姐妹隔开啦，剩下的就靠你啦。
”这时隔壁家做连接器的王叔叔跑过来摸了摸SERDES的头：“小SERDES啊，我已经把连接器的串扰做到千分之一以下了。
”SERDES：“工程师爸爸，我电频低，好怕电源噪声！”工程师看了SERDES笑了笑：“傻孩子，爹爹严格执行优生优育啊，你兄弟姐妹没几个，不像临村的并行，一家兄弟姐妹可以去踢世界杯了啊。
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–检测USB设备的插拔动作（通过根集线器来实现）； –管理USB主机与USB 设备之间的控制流； –管理USB主机与USB 设备之间的数据流； –收集USB主机的状态和USB设备的动作信息。
2．USB集线器
• 集线器采用一对多的方式连接外设，7位地址，共128 个，USB主机控制器必须保留一个，还有127个地址可 以连接USB设备。
10.2 USB体系结构
• 在物理上，USB系统由三个部分组成：
–一是具备USB接口的计算机系统， –二是支持USB接口的系统软件， –三是使用USB接口的设备。
10.2.1 USB拓扑结构
• 有层次性的星型结构
USB主机 根集线器
USB主机控制器
USB设备1
USB集线器1
USB设备2
USB集线器2
–数据字段 携带主机与设备之间要传递的信息，
–CRC字段
用来检测包中数据的错误，只存在于令
牌包和数据包中。
–包结尾字段 作为包的结束标志
同步字段 包标识字段 （SYNC） （PID）
数据 字段
校验字段 （CRC）
包结尾字段 （EOP）
2．包的类型
（1）令牌包（Token Packet） –起始令牌包（SOF） –输入令牌包（IN） –输出令牌包（ OUT） –设置令牌包（SETUP）
• 信号层传输的位信息流称为包（Packet） • 协议层传输的包信息流称为事务处理（Transaction） • 数据传输层传输的信息流称为传输（Transfer）
• 协议层在逻辑上将设备分成了三层实体：
–总线接口:传送和接收数据信号，识别设备的当前唯一 地址
–端点:设备端用于传输数据的接收点和发送点，它的功 能相当于其它总线设备的I/O端口 。
USB集线器3
USB设备3
USB设备4
USB集线器4 USB设备5
复合设备
根层 1层 2层 3层 4层
• USB框架中包含的硬件有： –USB主机、 –USB集线器 –USB设备
• USB框架中包含的软件有： –USB主机控制器驱动程序 –USB驱动程序 –USB设备驱动程序。
1．USB主机
• USB只有主机才能担当主控端 • USB主机一般具有以下功能：
同步字段 PID （8位） （8位）
7位设备地址 4位端点 CRC5 （5位）
11位序列帧号
EOP （2～3位）
• （2）数据包 –USB 1.X规范支持DATA0、DATA1类数据PID –在USB2.0规范中，新添加了DATA2的数据PID –其中DATA0表示的数据包是数据传输中的第1、3、5 等奇数包，而DATA1所表示的数据包是数据传输中 的第2、4、6 等偶数包。
• USB规范中，USB设备与USB集线器的连接点被称作为端 口（Port）。每个USB 集线器将一个连接点转化成多
个连接点。
接PC或上一级集线器
12 号号
上行端口
76 号号
3 号
4 号
5 号
7个下行端口
8口USB集线器
3．USB设备
• 通过总线与USB主机相连的称为USB设备 –全速设备（12Mb/s） –低速设备（1.52Mb/s –高速设备，（480Mb/s ; USB 2.0）
–功能接口:由一组端点组成，用来完成特定的功能。
10.3.2 数据格式
• 1．包的组成
–同步字段 用于数据包位同步
–包标识符（PID、Packet Identifier）字段
• 令牌包（Token Packet） • 数据包（Data Packet） • 握手包（Handshake Packet） • 特殊包（Special Packet，也称为专用包）。
USB主机控 制器
USB总线接 口
图9.6 USB通信模型
• USB通信逻辑上分三层： –信号层 实现在USB设备和主机的物理连接之间传输位信息 流的信息 –协议层（逻辑层） 实现在USB设备和USB主机端的协议软件之间传输包 字节流的信息。 –数据传输层 实现在USB主机端的客户端驱动程序和设备端的功 能接口之间传输有一定意义的信息，这些信息在协 议层被打包成包格式。
第10章 高速串行总线
本章内容
• USB系统原理及组成 • USB通信协议 • IEEE 1394系统结构 • IEEE 1394的通信协议
10.1 高速串行接口简介
• USB
–Universal Serial Bus（通用串行总线）
• IEEE1394
–IEEE1394 High Performance Serial Bus Standard
• 3．供电模式 –自供电（Self-Powered ） –总线供电（Bus -Powered）
• 4．低功耗 –正常工作（Normal）状态 –挂起（Suspend）状态
• 5．即插即用
10.3 USB通信协议
10.3.1 通信模型
主机
物理设备
客户软件
USB应用
USB系统软 件
USB逻辑设 备
10.2.2 USB的物理接口Fra bibliotek1．USB连线 –4线电缆 –D+与D−用来进行差分数据传输 –VBUS 的电压为＋5V –最长可以5米
VBUS D+ D-
GND
VBUS
D+ DGND
2．USB连接器
• A型和B型两种插头和插座
USB A型插座
USB A型插头
Mini-USB A型插座
Mini-USB A型插头
1．USB接口的特点
• USB接口主要有以下特点：
• 使用方便 –“即插即用”。
• 速度快 –USB1.X接口的最高传输率目前可达12Mb/s，USB2.0 的传输速度可以达到480Mb/s。
• 连接灵活 • 独立供电
2．IEEE1394的特点
（1）采用“级联”方式连接各个外部设备 （2）能够向被连接的设备提供电源 （3）采用基于内存的地址编码，具有高速传输能力 （4）采用点对点结构（peer to peer ） （5）安装方便且容易使用 （6）兼容性好 （7）廉价
• 总线接口 是最底层的物理实体， 是USB发送和接收数据的接口。
• 逻辑设备 处于中间层次，基本 上就是USB协议的主体。
• 功能单元 提供不同USB设备各自 的特定功能
USB设备 功能单元 逻辑设备 总线接口
• USB设备提供了各种属性 –描述符（Descriptor） –类（Class） –功能（Function）/接口（Interface） –端点（Endpoint） –管道（Pipe） –设备地址（Device Address）
2．USB集线器
• 集线器采用一对多的方式连接外设，7位地址，共128 个，USB主机控制器必须保留一个，还有127个地址可 以连接USB设备。
10.2 USB体系结构
• 在物理上，USB系统由三个部分组成：
–一是具备USB接口的计算机系统， –二是支持USB接口的系统软件， –三是使用USB接口的设备。
10.2.1 USB拓扑结构
• 有层次性的星型结构
USB主机 根集线器
USB主机控制器
USB设备1
USB集线器1
USB设备2
USB集线器2
–数据字段 携带主机与设备之间要传递的信息，
–CRC字段
用来检测包中数据的错误，只存在于令
牌包和数据包中。
–包结尾字段 作为包的结束标志
同步字段 包标识字段 （SYNC） （PID）
数据 字段
校验字段 （CRC）
包结尾字段 （EOP）
2．包的类型
（1）令牌包（Token Packet） –起始令牌包（SOF） –输入令牌包（IN） –输出令牌包（ OUT） –设置令牌包（SETUP）
• 信号层传输的位信息流称为包（Packet） • 协议层传输的包信息流称为事务处理（Transaction） • 数据传输层传输的信息流称为传输（Transfer）
• 协议层在逻辑上将设备分成了三层实体：
–总线接口:传送和接收数据信号，识别设备的当前唯一 地址
–端点:设备端用于传输数据的接收点和发送点，它的功 能相当于其它总线设备的I/O端口 。
USB集线器3
USB设备3
USB设备4
USB集线器4 USB设备5
复合设备
根层 1层 2层 3层 4层
• USB框架中包含的硬件有： –USB主机、 –USB集线器 –USB设备
• USB框架中包含的软件有： –USB主机控制器驱动程序 –USB驱动程序 –USB设备驱动程序。
1．USB主机
• USB只有主机才能担当主控端 • USB主机一般具有以下功能：
同步字段 PID （8位） （8位）
7位设备地址 4位端点 CRC5 （5位）
11位序列帧号
EOP （2～3位）
• （2）数据包 –USB 1.X规范支持DATA0、DATA1类数据PID –在USB2.0规范中，新添加了DATA2的数据PID –其中DATA0表示的数据包是数据传输中的第1、3、5 等奇数包，而DATA1所表示的数据包是数据传输中 的第2、4、6 等偶数包。
• USB规范中，USB设备与USB集线器的连接点被称作为端 口（Port）。每个USB 集线器将一个连接点转化成多
个连接点。
接PC或上一级集线器
12 号号
上行端口
76 号号
3 号
4 号
5 号
7个下行端口
8口USB集线器
3．USB设备
• 通过总线与USB主机相连的称为USB设备 –全速设备（12Mb/s） –低速设备（1.52Mb/s –高速设备，（480Mb/s ; USB 2.0）
–功能接口:由一组端点组成，用来完成特定的功能。
10.3.2 数据格式
• 1．包的组成
–同步字段 用于数据包位同步
–包标识符（PID、Packet Identifier）字段
• 令牌包（Token Packet） • 数据包（Data Packet） • 握手包（Handshake Packet） • 特殊包（Special Packet，也称为专用包）。
USB主机控 制器
USB总线接 口
图9.6 USB通信模型
• USB通信逻辑上分三层： –信号层 实现在USB设备和主机的物理连接之间传输位信息 流的信息 –协议层（逻辑层） 实现在USB设备和USB主机端的协议软件之间传输包 字节流的信息。 –数据传输层 实现在USB主机端的客户端驱动程序和设备端的功 能接口之间传输有一定意义的信息，这些信息在协 议层被打包成包格式。
第10章 高速串行总线
本章内容
• USB系统原理及组成 • USB通信协议 • IEEE 1394系统结构 • IEEE 1394的通信协议
10.1 高速串行接口简介
• USB
–Universal Serial Bus（通用串行总线）
• IEEE1394
–IEEE1394 High Performance Serial Bus Standard
• 3．供电模式 –自供电（Self-Powered ） –总线供电（Bus -Powered）
• 4．低功耗 –正常工作（Normal）状态 –挂起（Suspend）状态
• 5．即插即用
10.3 USB通信协议
10.3.1 通信模型
主机
物理设备
客户软件
USB应用
USB系统软 件
USB逻辑设 备
10.2.2 USB的物理接口Fra bibliotek1．USB连线 –4线电缆 –D+与D−用来进行差分数据传输 –VBUS 的电压为＋5V –最长可以5米
VBUS D+ D-
GND
VBUS
D+ DGND
2．USB连接器
• A型和B型两种插头和插座
USB A型插座
USB A型插头
Mini-USB A型插座
Mini-USB A型插头
1．USB接口的特点
• USB接口主要有以下特点：
• 使用方便 –“即插即用”。
• 速度快 –USB1.X接口的最高传输率目前可达12Mb/s，USB2.0 的传输速度可以达到480Mb/s。
• 连接灵活 • 独立供电
2．IEEE1394的特点
（1）采用“级联”方式连接各个外部设备 （2）能够向被连接的设备提供电源 （3）采用基于内存的地址编码，具有高速传输能力 （4）采用点对点结构（peer to peer ） （5）安装方便且容易使用 （6）兼容性好 （7）廉价
• 总线接口 是最底层的物理实体， 是USB发送和接收数据的接口。
• 逻辑设备 处于中间层次，基本 上就是USB协议的主体。
• 功能单元 提供不同USB设备各自 的特定功能
USB设备 功能单元 逻辑设备 总线接口
• USB设备提供了各种属性 –描述符（Descriptor） –类（Class） –功能（Function）/接口（Interface） –端点（Endpoint） –管道（Pipe） –设备地址（Device Address）