系统总线的标准
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PXI-Express总线标准
PLX Express总线标准1. PXI总线概述PXI（PCI extensions for Instrumentation，面向仪器系统的PCI扩展）平台是基于成熟的PCI总线技术，随着PCI发展到PCI-Express，PCI Express技术也被引入到PXI的标准中，2005年，PXISA官方组织推出了新一代基于高速差分信号和交换式结构的PXI-Express的软硬件标准。
与PXI相比，PXI-Express具有以下几个方面的突出特点：1) 数据吞吐量高：由于采用了高速串行差分信号和交换式结构（Switched Fabrics），PXI-Express能够将传统并行总线的带宽提高约45倍，从原来PXI的132MB/s突发传输速率提高到6GB/s，突破了传统PXI总线传输速率的瓶颈；2) 除了保持PXI现有的定时和同步功能，PXI-Express还提供了附加的定时和触发总线，包括：100MHz差分系统时钟、差分星形触发信号，以及槽间菊花链式差分信号等；3) 通过使用差分时钟和触发信号，PXI-Express系统提高了对仪器时钟信号的抗噪声能力，确保可靠同步和触发。
除了上述性能上的提升，PXI-Express同时还保持了和原来PXI软件上的完全兼容性。
PCI-Express的软件兼容性使得PXI提供的标准软件框架同样适用于PXI-Express。
传统的PXI总线仪器用户可以“无妨碍”地过渡到先进的PXI-Express总线仪器。
2 .PXI-Express总线的技术优势PXI-了混合兼容的插槽，使得PXI与PXI-Express模块可以协同工作于同一系统。
故PXI与PXI-Express系统均有面向自动化测试应用的三个关键技术优势。
这些技术优势包括：（1）灵活的、软件定义的仪器。
（2）模块化仪器的集成。
（3）高数据吞吐量。
软件定义的仪器系统所具备的灵活性，使得用户可以为各种不同的测量重新配置测试系统。
军用总线标准
军用总线标准
军用总线标准通常分为时分多路复用（TDM）和随机存取（RAM）两种
方式。
这些标准由美国自动化工程师协会制定，并在军方和工业界的
支持下正式公布于1978年，1986-1993年进行了修改和补充。
MIL-STD-1553B总线全称为飞行器内部时分命令/响应式多路数据总线，它由美国自动化工程师协会在军方和工业界的支持下制定，正式公布
于1978年，1986-1993年进行了修改和补充。
我国与之对应的标准是GJB289A-97。
该总线采用冗余的总线型拓扑结构，传输数据率可达
1Mb/S，足以满足第三代作战飞机的要求。
MIL-STD-1553B总线系统主要由总线控制器BC、远程终端RT和总线监
控器BM组成，其字长度20bit，数据有效长度为16bit，半双工传输
方法，双冗余故障容错方式，传输媒介为屏蔽双绞线。
这种总线的冗
余度设计提高了子系统和全系统的可靠性。
它的主要功能是为所有连
接到总线上的航空电子系统提供综合化、集中式的系统控制和标准化
接口。
MIL-STD-1553B总线技术首先运用于美国空军F-16战斗机。
在
过去的30年中，MIL-STD-1553B已成功地应用于多种战机，并且成功
应用于其它控制领域，如导弹控制、舰船控制等，在海军和陆军的武
器和维护系统中已经开始采用1553B总线。
总线
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2、分布式仲裁
分布式仲裁方式没有独立的总线控制器，总线上每个 主设备都有自己的总线仲裁逻辑。每次总线仲裁都由 各个设备的总线仲裁逻辑根据一定的仲裁算法来决定 自己是否占用总线。 常用的分布式仲裁方式分为： ① ② ③ 自举分布式仲裁 冲突检测分布式仲裁 并行竞争分布式仲裁
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①自举分布式仲裁
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二、总线的分类
3. 按总线的通信定时方式分类
① 同步总线：指互联的部件或设备均通过统一的时 钟进行同步，即所有的互联的部件或设备都必须 使用同一个时钟（同步时钟），在规定的时钟节 拍内进行规定的总线操作，来完成部件或设备之 间的信息交换。 ② 异步总线：指没有统一的时钟而依靠各部件或设 备内部定时操作，所有部件或设备是以信号握手 的方式进行，即发送设备和接受设备互用请求 （request）和确认（acknowledgement）信号来 协调动作，总线操作时序不是固定的。因此，异 步总线能兼容多种不同的设备，而且不必担心时 钟变形或同步问题使得总线长度不受限制。例如， 火线协议（Firewire 或IEEE1394）和USB2.0协议 都是异步总线协议。
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二、总线的定时
总线的一次信息传送过程，大致可分为五个阶段： ① 请求总线阶段； ② 总线仲裁阶段； ③ 寻址阶段； ④ 信息传送阶段； ⑤ 结束阶段。 为了同步主方、从方的操作，必须制订定时协议 定时协议。 定时协议 定时：是指事件出现在总线上的时序关系。 数据传送过程中采用两种定时方式： ① ② 同步定时 异步定时
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总线信息的传送方式
3. 分时传送
分时传送有两种含义。 一种是：指采用总线复用，即在传输线上既传送 地址信息，又传送数据信息，这样可以减少总线 的线数，为此，必须划分时间片，使得同一总线 上在不同的时间片中完成传送地址和传送数据的 任务。 二种是：指共享总线的部件分时使用总线。因为， 总线是系统的公共资源，可以有很多部件挂在总 线上，但在一个时间片内，总线只为一对互相交 换信息的源设备和目的设备提供服务。所以，如 果有多个设备要求使用总线时，要由总线控制器 按时间片来分时提供服务。
第2章 系统总线
2.2 总线的基本概念
• 一个单处理器系统中的总线，大致分为3类： ① CPU内部连接各寄存器及运算部件之间的总线，称 为内部总线。 ② CPU同计算机系统的其他具有高速传输功能的部件 ，如存储器、通道等互相连接的总线称为系统总线。 ③ 中、低速I/O设备之间互相连接的总线称为I/O总线。 最常见的计算机互连结构使用一个或多个系统总线。
2.2.3 总线内部结构
总线按传输信息，都可以分成3个功能组： • 数据总线:系统模块间传输数据的路径 • 地址总线:指定数据总线上数据的来源和去向 • 控制总线:控制对数据地址线的访问和使用
C PU 存储器 … 存储器 I/O … I/O
控制 地址 数据 总线
2.2.4 总线标准
• 为了使系统设计简化，模块生产批量化，确保其性 能稳定，质量可靠，实现可移植化，便于维护等， 人们开始研究如何使总线建立标准，在总线的统一 标准下，完成系统设计、模块制作。 • 为了获得广泛的工艺和法律支持，要求总线：
1个时钟周期为1/100MHz 0.01s。 总线传输周期为0.01s×4 0.04s。 由于总线的宽度为32位 4B（字节）。 故总线的数据传输率为4B/(0.04s) 100MB/s。 若想提高一倍数据传输率，可以在不改变总线时钟频率的前提下，使数 据线宽度改为64位，也可以仍保持数据宽度为32位，但使总线的时钟 频率增加到200MHz。
第二章 系统总线
重点内容： •总线的基本概念和基本技术，主要包括总线 的特性、总线性能指标、总线标准、总线连 接方式、总线仲裁、总线定时， •总线数据传输模式、PCI总线。 计算机系统的主要部件（处理器、主存、 I/O模块）为了交换数据和控制信号，需要进 行互连，由多条线组成的共享总线是构成计 算机系统的互连机构。当代系统中，通常是 采用层次式总线以改善性能。
《第十二章总线》PPT课件
地址总线
是微机传送地址信息用的，采用单向三态逻 辑。总线中的地址数目决定了该总线构成的微机 系统所具有的寻址范围。例如，ISA总线为24位 地址线，可寻址16MB。EISA总线有32位地址 线，可寻址4GB。PCI总线有32位或64位地址线。
控制总线 提供系统操作所必需的控制信号，对 操作过程进行控制与定时。 电源线和地线
四、总线的性能参数
总线时钟频率：总线工作频率，以MHz表示， 它是影响总线传输速率的重要因素之一。总线信号 中有一个CLK时钟，CLK越高每秒钟传输数据的速度 越快。ISA、EISA为8MHz，PCI为33.3MHz， PCI-2 可达66.6MHz。 总线宽度：数据总线的位数，用位(bit)表示。 如总线宽度为8位、16位、32位和64位。例：S100 为8位，ISA为16位，EISA为32位，PCI-2可达64位。 总线宽度不会超过微处理器外部数据总线的宽度。
P333表12.1 几种微型计算机总结性能参数
五、总线传输过程及握手技术
1.总线传输过程
挂在总线上的模块，通过进行信息交换。 系统总线的基本任务是保证数据能在总线上 高速可靠地传输。
总线上完成一次数据传输要经历4个阶段：
① 申请(Arbitration)占用总线阶段。需要使用总线 的主控模块 ( 如 CPU 或 DMAC) 。向总线仲裁机构提 出占有总线控制权的申请。由总线仲裁机构判别确 定，把下一个总线传输周期的总线控制权授给申请 者。
同步方式：总线工作方式有同步和异步之分。 多路复用：数据线和地址线是否共用。
负载能力：一般采用“可连接的扩展槽电路的数 量”来表示。
信号线数：表明总线拥有信号线的数目，是数据、 地址、控制线的总和。 总线控制方式：如传输方式，并发工作，设备自 动配置，中断及仲裁方式。 其它性能：电源电压等级是5V还是3.3V，能否 扩展64位宽度等。
第二章 总线与接口标准
数据总线
地址总线
控制总线
电源线和地线 决定总线使用的电源种类及地线 分布和用法
2、1、4 总线的性能参数
总线的主要功能就是建立各模块之间的通信， 能否保证模块间优秀的通信质量是衡量总线性 能的关键指标。 1、总线时钟频率 也就是总线的工作频率，以MHz表示。 2、总线宽度 即数据总线的位数，用位（bit）表示，如总线 宽度为8位、16位、32位和64位等。 3、总线传输率 在总线上每秒钟传输的最大字节数，用MB/s表 示，即每秒多少兆字节。如果总线时钟频率为 33.3MHz，总线宽度为32位，则总线传输率为 133MB/s。
2、2 系统总线
EISA总线
由Compaq、HP、AST、Epson等9家公司联合 起来，在ISA总线的基础上，推出了一种与 ISA兼容的总线标准，称为增强型工业标准体 系结构EISA(Extended Industry Standard Architecture)。 EISA总线既保持了与PC/XT、ISA总线的100% 兼容，又能较好地满足了32位微处理器的数 据传输要求，支持多总线主控部件、猝发式 传送（Burst Transfer），是一种高性能的32 位标准总线
2.6.2 AGP图形加速端口 用于连接显卡 Intel公司开发的AGP总线旨在提高图形，尤其 是3D图形的处理能力。 AGP总线在主存与显示卡之间提供了一条直接 通路，使3D图形数据越过PCI总线直接送入显示 系统。
PCI 总线信号定义
必须信号线：主控设备49条，目标设备 47条 可选信号：51条 信号线总数：120条
2、4通用串行总线USB
USB（Universal Serial Bus）的中文含意 是通用串行总线。USB是以Intel公司为 主，联合IBM、Microsoft、Compaq、 DEC和NEC等公司共同开发，并于1994 年11月制定了第一个草案，1996年2月公 布了USB1.0版本，目前已经发展到了 USB2.0版本。
现场总线标准
现场总线标准现场总线是一种用于工业自动化领域的通信协议，它允许设备之间进行数字通信和信息交换。
现场总线标准对于实现工业自动化的互操作性和开放性非常重要。
本文将介绍现场总线标准的几个关键方面。
●开放性和互操作性现场总线标准应该是开放的和可互操作的，这意味着不同厂商的设备可以相互通信和协作。
开放性和互操作性是工业自动化领域的重要特性，它们促进了设备之间的信息共享和互操作，从而提高了生产效率和质量。
●高可靠性现场总线系统需要具有高可靠性，以确保工业自动化系统的稳定性和可靠性。
高可靠性包括以下几个方面：●可靠的数据传输：现场总线系统应确保数据的准确性和完整性，避免数据丢失或损坏。
●可靠的设备连接：现场总线系统应能够确保设备之间的连接稳定可靠，避免连接断开或通信失败。
●可靠的控制策略：现场总线系统应采用可靠的的控制策略，以确保系统的稳定性和可靠性。
实时性现场总线系统需要支持实时通信和控制，以确保生产过程的高效性和响应速度。
实时性包括以下几个方面：●快速的数据传输：现场总线系统应能够快速地传输数据，以便实现实时控制和监测。
●实时的控制策略：现场总线系统应采用实时的控制策略，以确保系统的响应速度和控制精度。
●实时的故障处理：现场总线系统应能够实时地检测和处理故障，以确保系统的可靠性和稳定性。
标准化现场总线标准应该是标准化的，以便不同厂商的设备可以相互兼容和替换。
标准化包括以下几个方面：●标准化的通信协议：现场总线系统应采用标准化的通信协议，以便不同厂商的设备可以相互通信和协作。
●标准化的设备描述语言：现场总线系统应支持使用标准化的设备描述语言（如XML或JSON），以便不同厂商的设备可以相互识别和理解。
安全性现场总线系统需要具备安全性，以确保工业自动化系统的安全性和可靠性。
安全性包括以下几个方面：●数据安全性：现场总线系统应能够确保数据的保密性和完整性，避免数据泄露或篡改。
●设备安全性：现场总线系统应能够确保设备的物理安全和软件安全性，避免设备损坏或被攻击。
现场总线及其国际标准
现场总线及其国际标准
现场总线（Fieldbus）是一种用于工业自动化领域的通信协议，用于连接现场设备和控制系统。
它可以通过单一通信链路传输数据和控制信号，实现实时监控和控制。
现场总线的国际标准有多种，其中最常用的是国际电工委员会（IEC）的标准。
1. IEC 61158：这是IEC针对现场总线制定的系列标准，其中
包括了不同类型的现场总线协议。
比如，IEC 61158-2是关于CAN总线的标准，IEC 61158-5是关于设备网关接口（DeviceNet）的标准，IEC 61158-6是关于媒体独立接口（Ethernet/IP）的标准。
2. Profibus：这是一种常用的现场总线协议，也是IEC 61158
标准的一种实现。
它可以传输数据和控制信号，广泛应用于工业自动化领域。
3. Foundation Fieldbus：这是另一种常用的现场总线协议，也
是IEC 61158标准的一种实现。
它采用数字通信和控制技术，
适用于过程控制系统。
4. Modbus：这是一种开放的现场总线协议，不属于IEC 61158标准，但在工业自动化领域得到了广泛应用。
它简单易用，适用于小型控制系统。
这些国际标准提供了一种统一的现场总线通信协议，使不同厂
家的设备可以进行互操作，提高了工业自动化系统的灵活性和可靠性。
系统总线的类型
系统总线的类型
系统总线的类型
1、ISA总线
ISA（industrialstandardarchitecture）总线标准是IBM公司1984年为推出PC/AT机而建立的系统总线标准，所以也叫AT总线。
它是对XT总线的扩展，以适应8/16位数据总线要求。
它在80286至80486时代应用非常广泛，以至于现在奔腾机中还保留有ISA总线插槽。
ISA总线有98只引脚。
2、EISA总线
EISA总线是1988年由Compaq等9家公司联合推出的总线标准。
它是在ISA总线的基础上使用双层插座，在原来ISA总线的98条信号线上又增加了98条信号线，也就是在两条ISA信号线之间添加一条EISA信号线。
在实用中，EISA总线完全兼容ISA总线信号。
3、VESA总线。
现场总线的国际标准
现场总线的国际标准现场总线是工业自动化领域中的一个重要概念，它是指在工业控制系统中，将各种现场设备如传感器、执行器、控制器等通过总线连接起来，实现数据传输和通信的一种技术。
随着工业自动化的不断发展，现场总线的国际标准也逐渐成为了行业的热点话题。
国际上关于现场总线的标准主要由国际电工委员会（IEC）制定，其中IEC 61158和IEC 61784是现场总线的两个主要标准。
IEC 61158标准规定了现场总线的数据传输方式、数据帧格式、物理层特性等内容，而IEC 61784标准则规定了现场设备之间的通信协议、数据格式、错误检测和纠正等内容。
这两个标准共同构成了现场总线技术的基本框架，为工业自动化领域提供了统一的技术规范。
在国际标准化的过程中，现场总线的国际标准主要考虑了以下几个方面的内容：首先，是数据传输的可靠性和实时性。
现场总线作为工业控制系统中的重要组成部分，对数据传输的可靠性和实时性有着非常高的要求。
国际标准对现场总线的数据传输速率、数据帧格式、错误检测和纠正机制等方面进行了详细规定，以确保现场设备之间的数据传输能够稳定可靠，并且能够满足工业控制系统对实时性的要求。
其次，是设备之间的互操作性和兼容性。
工业控制系统中的现场设备种类繁多，不同厂家生产的设备之间需要能够实现互相通信和协作。
国际标准对现场总线的通信协议、数据格式、设备识别和配置等方面进行了统一规定，以确保不同厂家生产的现场设备能够实现互操作性和兼容性，从而降低工业控制系统的集成和维护成本。
再次，是安全性和可靠性。
工业控制系统中的现场设备往往处于恶劣的工业环境中，对设备的安全性和可靠性有着非常高的要求。
国际标准对现场总线的物理层特性、电磁兼容性、抗干扰能力等方面进行了严格规定，以确保现场总线能够在恶劣的工业环境中稳定可靠地工作，同时保障工业控制系统的安全性。
最后，是技术的开放性和可持续性。
现场总线作为工业自动化领域的重要技术，需要能够适应不断变化的技术环境和市场需求。
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系统总线的标准
系统总线的标准可以分为以下几种：
1. PCI（Peripheral Component Interconnect）：是很常见的一种系统总线标准，用于连接计算机内部的各种设备，包括显卡、声卡、网卡等。
2. USB（Universal Serial Bus）：是一种用于连接外部设备的通用总线标准，可连接各种设备，如打印机、摄像头、键盘、鼠标等。
3. SATA（Serial ATA）：用于连接存储设备，如硬盘、光驱等。
它取代了旧的ATA（Advanced Technology Attachment）标准，提供了更高的传输速率。
4. IEEE 1394（FireWire）：用于高速数据传输的总线标准，用于连接摄像机、硬盘录像机、音频设备等高带宽设备。
5. PCI Express（PCIe）：是一种快速的串行总线标准，用于连接各种设备，并提供高带宽和低延迟的数据传输。
除了以上几种常见的系统总线标准，还有一些其他的标准，如VME（Versa Module Eurocard）、CAN（Controller Area Network）等，它们用于特定领域的设备连接。