串行总线及接口推选优秀ppt.ppt

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,单击此处编辑母版标题样式,*,微机原理汇编接口技术,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版标题样式,微机原理汇编接口技术,第,*,页,第八章 串行总线及接口(ji ku),第一页，共56页。,微机(wi j)原理汇编接口技术,的由来,USB（Universal Serial Bus）是由Compaq、HP、Intel、Lucent（朗讯）、Microsoft、NEC和Philips七家公司联合推出的新一代标准接口总线。该总线是一种连接外围设备(shbi)的机外总线，最多可连接127个设备(shbi)，为微机系统扩充和配置外部设备(shbi)提供了方便。USB规范有多种版本，最早的版本是1994年11月推出的版。1996年1月推出了标准版本，目标是为中低速的外围设备(shbi)提供双向、低成本的总线，数据传输率最高为12Mb/s。,第二页，共56页。,微机(wi j)原理汇编接口技术,USB新规范(gufn),随着微机系统及其外设性能和功能(gngnng)的增强，需处理的数据量越来越大，2000年4月又推出了新的USB规范。在新版本中，增加了一种480Mb/s的数据传输率，以满足日益复杂的高级外设与PC机之间的高性能连接需求。,是USB的自然升级，它在保留原有USB规范的基础上又提供了更高的带宽，并且与现有的外设保持完全兼容。,第三页，共56页。,微机原理(yunl)汇编接口技术,PC机的主要(zhyo)外设总线回顾,串行总线,RS232（1969年，EIA颁布）,IEEE1394（1995年，IEEE颁布）,USB（1994年，七家公司(n s)联合推出）,并行总线,STD（8位，Pro-Log公司(n s)1978年推出）,ISA（16位，IBM公司(n s)1984年推出）,EISA（16位，Compaq等公司(n s)1989年推出）,PCI（32位，1992年Intel倡导下推出版）,第四页，共56页。,微机原理(yunl)汇编接口技术,USB,基本概念（,1,）,近年来USB技术已经成为了计算机领域发展最快的技术之一，并为越来越多的个人计算机界人士所接受。Windows98的问世，使USB的操作系统支持问题得到了解决。从此(cngc)各种USB设备不断涌现。可以认为在Windows 98操作系统推动下，带来了USB技术的飞速发展和普及。,现在，不管买什么样的个人电脑，你都能找到USB端口。,USB技术并不仅限于PC行业，现在每一个计算机硬件的生产商都在尝试在他自己的平台上应用USB技术。,第五页，共56页。,微机(wi j)原理汇编接口技术,USB,基本概念（,2,）,我们(w men)通常所用的鼠标和调制解调器都是连接在串口上的。但USB并不完全是一个串口，它实际上是一种串行总线。这意味着你的机箱后盖上的USB端口可以连接许多设备，这些设备可以相互连接在一起。而且不同类型的设备组成可以通过一种称为USB集线器的硬件分离开来，这些都是与传统的串口上只能链接一个设备有着本质区别的。USB用来把串口、并口等不同的接口统一起来，使用一个4针插头作为标准插头。通过这个标准插头，采用菊花链形式(星型结构)可以把所有的外设连接起来，并且不会损失带宽。,第六页，共56页。,微机(wi j)原理汇编接口技术,USB,基本概念（,3,）,今后USB将取代当前PC上的串口和并口。当我们提到USB时，与其将它想象成一个(y)串口，还不如将它想象成一个(y)连接有不同设备的网络，就像我们所熟悉的以太网一样。给出了一个(y)典型的USB设备网络配置的示意图。,第七页，共56页。,微机(wi j)原理汇编接口技术,典型(dinxng)的USB配置图,第八页，共56页。,微机原理(yunl)汇编接口技术,的基本(jbn)特点,与传统的总线接口相比，USB有以下七方面的优点。下面(xi mian)分别介绍。,第九页，共56页。,微机(wi j)原理汇编接口技术,USB总线(zn xin)的主要性能特点（1）,每个USB系统中有一个主机，采用“级联”方式USB总线可连接多个外部设备。每个USB设备用一个USB插头连接到上一个USB设备的USB插座上，而其本身又提供(tgng)一或多个USB插座供下一个或多个USB设备连接使用。这种多重连接是通过集线器Hub来实现的，整个USB网络中最多可连接127个设备，支持多个设备同时操作。,第十页，共56页。,微机(wi j)原理汇编接口技术,USB总线的主要(zhyo)性能特点（2）,USB提供机箱外的热即插即用功能，连接外设不必再打开机箱，也不必关闭主机电源，USB可智能地识别USB链上外围设备的动态(dngti)插入或拆除，具有自动配置和重新配置外设的能力，因此连接设备方便。,第十一页，共56页。,微机原理(yunl)汇编接口技术,USB总线的主要(zhyo)性能特点（3）,适用于带宽范围在几千位/秒（Kb/s）几百兆位/秒（Mb/s）的设备。USB总线既可连接键盘(jinpn)、鼠标、摄像头、游戏设备、虚拟现实外设这样的低速设备，也可连接 、声频、麦克风、压缩视频这样的全速设备，还可连接视频、存储器、图像这样的高速设备。此外，USB总线还允许复合设备（即具有多种功能的外设）连接到PC机。,第十二页，共56页。,微机原理(yunl)汇编接口技术,USB总线的主要性能(xngnng)特点（4）,低成本的电缆和连接器。USB通过一根四芯的电缆传送信号和电源，电缆长度可变，可长达5m。USB统一的4针插头将取代机箱后部(hu b)众多的串行口、并行口、键盘接口等插头。,USB具有错误检测和处理机制，可识别设备的错误。,较低的协议开销带来了高的总线性能，且适合于低成本外设的开发。,支持主机与设备之间的多数据流和多消息流传输，且支持同步和异步传输类型。,第十三页，共56页。,微机(wi j)原理汇编接口技术,过去接口方案(fng n)存在缺点,今天的微型计算机上所使用的大多数外围设备仍然(rngrn)是基于接口实现的，这些接口最早由IBM公司在20世纪80年代早期设计。,这些接口的设计有很多缺陷，它们不仅给设计者带来了许多麻烦，而且也给用户带来诸多不便。下面我们将对这些缺点进行总结和回顾。在这个过程中我们将会注意到：这些缺点中的很多直接导致了人们需要更好的解决方案来实现外围设备与计算机之间的连接。,第十四页，共56页。,微机原理(yunl)汇编接口技术,PC的I/O模式(msh)的缺点,下图表示了传统的I/O模式，在那里外围设备通常被映射为CPU的I/O地址空间，并且被分配一个指定的IRQ(中断请求)，在某种情况下它们也可以是一个DMA通道。这些系统资源被分配给指定的外围设备，这些地址的分配通常是由IBM公司和其他设备制造商指定。而且(r qi)在事实上，这种地址分配方法已经成为一种标准。软件开发者要利用这些关于中断请求和DMA通道的信息对指定的设备进行访问。,第十五页，共56页。,微机(wi j)原理汇编接口技术,传统(chuntng)外围设备所用的系统资源,第十六页，共56页。,用来处理USB设备如何使用主机通过USB总线提供(tgng)的电源。,USB音箱(yn xin),IEEE1394与USB的比较(bjio),当我们提到USB时，与其将它想象成一个(y)串口，还不如将它想象成一个(y)连接有不同设备的网络，就像我们所熟悉的以太网一样。,可编程串行接口芯片(xn pin)8251A,USB的电源规范包括两个方面：,异步传送(chun sn)的帧结构,这意味着你的机箱后盖上的USB端口可以连接许多设备，这些设备可以相互连接在一起。,微机原理(yunl)汇编接口技术,随着微机系统及其外设性能和功能(gngnng)的增强，需处理的数据量越来越大，2000年4月又推出了新的USB规范。,USB和IEEE1394竞争激烈,微机(wi j)原理汇编接口技术,一个(y)USB系统由三部分来描述：USB主机、USB设备和USB互连。,第八章 串行总线及接口(ji ku),由于在一个给定的时刻只有一个外围设备(wi wi sh bi)可以连接，这样，连接的灵活性就被最小化。,微机(wi j)原理汇编接口技术,微机原理(yunl)汇编接口技术,中断(zhngdun),在大多数情况下，许多关键的系统资源问题都涉及到中断请求分配，因为PC上所用到的很多设备都要求使用中断。这一点对于那些通过ISA总线和PC相连的外围设备来说尤其是这样，因为ISA总线不能可靠地支持共享式中断。下表列出了每个IRQ以及(yj)使用每个IRQ的典型设备。从这个表中我们可以看到，很多IRQ指定给特定的设备，这种做法完全是出于传统的考虑。但是还有一些IRQ可以被很多种外围设备使用。基于PCI总线的系统也包括ISA或EISA两种总线。,第十七页，共56页。,微机原理(yunl)汇编接口技术,典型的设备(shbi)占用中断情况表,第十八页，共56页。,微机原理(yunl)汇编接口技术,I/O地址(dzh)和非共享式接口,在PC的环境中，IO地址冲突是十分常见的。注意外围设备(wi wi sh bi)通常需要大块的IO地址单元，这样他们才能够报告设备的状态信息并且给设备发送命令。尽管x86处理器有能力访问64KB的IO地址单元，但是传统的扩展卡通常只能对16条地址线中的10个进行解码。这就导致了最多只能有1KB的地址空间块可以被ISA的扩展卡所使用。,标准PC的外围设备(wi wi sh bi)接口支持单个设备的连接。由于在一个给定的时刻只有一个外围设备(wi wi sh bi)可以连接，这样，连接的灵活性就被最小化。由于这个限制，所以通常是做一块专用的扩展卡插到扩展总线上，通过它来为新的外围设备(wi wi sh bi)建立一个连接点，但是这种做法相对来说成本比较昂贵。,第十九页，共56页。,微机(wi j)原理汇编接口技术,8.2 USB系统(xtng)描述,一个(y)USB系统由三部分来描述：USB主机、USB设备和USB互连。,USB设备,USB设备分为Hub(集线器)和Function(功能)两大类。,USB主机,在任一USB系统中只有一个(y)主机。到主计算机系统的USB接口被称作主机（主控制器）。,USB互连,USB互连指的是USB设备与主机的连接和通信方式，它包括总线拓扑结构、内层关系、数据流模型和USB调度表。,第二十页，共56页。,微机原理(yunl)汇编接口技术,8.2.2 USB物理(wl)接口,USB总线(zn xin)的电缆有4根导线,一对标准尺寸的双绞信号线和一对标准尺寸的电源线,USB总线(zn xin)支持的数据传输率有三种：,高速信令位传输率为480Mbs；,全速信令位传输率为12Mbs；,低速信令位传输率为s。,USB20支持在主控制器与Hub之间用高速传输全速和低速数据，而Hub与设备之间以全速或低速传输数据，,参看下图。,第二十一页，共56页。,微机(wi j)原理汇编接口技术,USB电缆(dinln)示意图,第二十二页，共56页。,微机原理(yunl)汇编接口技术,8.2.3 电源(dinyun),USB的电源规范包括两个方面：,电源分配,用来处理USB设备如何使用主机通过USB总线提供(tgng)的电源。,电源管理,用来处理USB系统软件和设备如何适应主机上的电源管理系统。,第二十三页，共56页。,微机原理(yunl)汇编接口技术,同类产品,IEEE1394,IEEEl394是Apple公司于1993年首先提出，用以取代SCSI的高速串行总线“FireWire”，后经IEEE协会于1995年12月正式接纳成为一个工业标准。,全称为IEEEl394高性能串行总线标准（IEEE l394 High Performance Serial BUS Standard）。在1997年和1998年先后(xinhu)两次由Microsoft、Intel和Compaq几家公司共同制定的PC97和PC98系统设计指南中，规定把USB、IEEEl394作为外设的新接口标准加以推行。,IEEEl394总线有如下特征:,第二十四页，共56页。,微机(wi j)原理汇编接口技术,IEEE1394的特点(tdin)（1）,IEEEl394与USB有许多相似之处，其主要性能特点如下(rxi)：,采用“级联”方式连接各个外设。IEEEl394不需要集线器(Hub)就可在一个端口上连接63个设备，设备间采用树形或菊花链结构，其电缆的最大长度是。采用树形结构时可达16层，因此，从主机到最末端外设电缆总长可达72m。电缆不需要终端器（Terminator）。,第二十五页，共56页。,微机(wi j)原理汇编接口技术,IEEE1394的特点(tdin)（2）,能够向被连接的设备提供电源。IEEEl394使用6芯电缆，其中两条线为电源线，其它4条线被包装成两对双绞线，用来传输信号。,具有高速(o s)数据传输能力。IEEEl394的数据传输率有三档：100Mbs、200Mbs、400Mbs，特别适合于高速(o s)硬盘以及多媒体数据的传输。,第二十六页，共56页。,微机原理(yunl)汇编接口技术,IEEE1394的特点(tdin)（3）,可以实时地进行数据传输。IEEEl394除了异步传送外，也提供了一种等时同步(Isochronous)传送方式，数据以一系列固定(gdng)长度的包，等时间间隔地连续发送，端到端既有最大延时限制又有最小延时限制。,第二十七页，共56页。,微机原理(yunl)汇编接口技术,IEEE1394的特点(tdin)（4）,IEEE1394的总线仲裁除了优先权仲裁方式之外，还有均等仲裁和紧急仲裁两种方式，这保证了多媒体数据的实时传送。,采用点对点(Peer to Peer)结构。任何两个支持IEEEl394的设备可直接连接，不需要通过主机控制。,设备连接方便。IEEEl394也支持热即插即用，在增加(zngji)或拆除外设后，IEEEl394会自动调整拓扑结构，重设整个外设的网络状态。,第二十八页，共56页。,微机(wi j)原理汇编接口技术,IEEE1394的特点(tdin)（5）,USB和IEEE1394的设计出发点不同,IEEEl394是一种高速串行总线，它一开始就是面向(min xin)高速外设的，而USB一开始是面向(min xin)中低速外设的。,两种串行总线都在推广之中。,USB20的推出使得USB总线也可以连接高速外设，再加上USB总线的价格优势，USB总线可能会有广阔的发展前景。,第二十九页，共56页。,微机原理(yunl)汇编接口技术,IEEE1394与USB的比较(bjio),第三十页，共56页。,微机(wi j)原理汇编接口技术,的今后(jnhu)发展,速度快，达到480MB/S，超过IEEE1394。,USB和IEEE1394竞争激烈,火线标准走向(zuxing)普及,发展趋势：USB将胜过IEEE1394,P4芯片组将集成,Windows XP最初不支持,众多的产品问世,第三十一页，共56页。,微机原理(yunl)汇编接口技术,操作系统(co zu x tn)对SUB的支持情况,DOS无USB支持(zhch)功能,Windows95不支持(zhch)USB,Windows95OSR2（俗称Windows97）支持(zhch)USB,Windows98支持(zhch)USB,不支持(zhch)USB,Windows2000支持(zhch)USB,第三十二页，共56页。,微机原理(yunl)汇编接口技术,主板的支持(zhch),判断主板是不是支持USB标准，首先可以从计算机采用的芯片类型当中去判断。,奔腾II或者以上级别的主板肯定支持USB。,奔腾II、III级的ATX主板将USB定义为标准的接口设备而直接安装在主板上。,奔腾级的主板，由于没有专用的USB外设接口，从机箱外观上无法判断其是否支持USB。此时往往需要我们(w men)自己来安装USB的接口。,第三十三页，共56页。,微机(wi j)原理汇编接口技术,常见(chn jin)的USB外部设备,USB双机互连,USB调制解调器,USB鼠标,USB音箱(yn xin),USB摄像机,USB扫描仪,USB游戏杆,第三十四页，共56页。,微机(wi j)原理汇编接口技术,常用(chn yn)的USB外部设备,USB集线器,USB移动硬盘,USB刻录机,USB数字(shz)照相机,第三十五页，共56页。,微机(wi j)原理汇编接口技术,常用(chn yn)的USB外部设备,USB集线器,USB移动硬盘,USB刻录机,USB数字(shz)照相机,第三十六页，共56页。,微机(wi j)原理汇编接口技术,串行通信(tng xn)的基本概念,并行传送,数据在多条1位宽在传输线上同时由源传送到目的(md),串行传送,数据在单条1位宽的传输线上,一位一位地按顺序分时传送,第三十七页，共56页。,微机(wi j)原理汇编接口技术,串行通信(tng xn)的基本概念,数据传送的方向,单工,两端仅有发送器或接收器、一个通道,仅能进行(jnxng)一个方向的传送,半双工,两端具有发送器和接收器、但只有一个通道,同一时刻仅能进行(jnxng)一个方向的传送,可交替的进行(jnxng)双向数据传送,全双工,两端具有发送器和接收器、且具有两个通道,同一时刻能进行(jnxng)双向传送,第三十八页，共56页。,微机原理(yunl)汇编接口技术,串行通信(tng xn)的基本概念,数据传送的方式(fngsh),异步方式(fngsh),发送和接收只需短时间内同步的数据传送,传送单元较小（一般为一个Byte）,同步方式(fngsh),发送和接收需长时间内同步的数据传送,传送单元较大（传送一个包）,第三十九页，共56页。,微机原理(yunl)汇编接口技术,串行通信(tng xn)的基本概念,异步传送(chun sn)的帧结构,起始位（1）,数据位（58）,奇偶校验位（1，Odd/Even/None）,停止位（1，2）,仅要求短时间内的同步（帧内）,第四十页，共56页。,微机(wi j)原理汇编接口技术,串行通信(tng xn)的基本概念,同步传送的帧结构,同步字符（1n）,数据(shj)块,校验字节（CRC？ECC？）,需要整个传送过程的同步，要求较高,第四十一页，共56页。,微机原理(yunl)汇编接口技术,串行通信(tng xn)的基本概念,通用收发器（URT）,通用同步(tngb)/异步收发器（USART）,通用异步收发器（UART）,结构,接收器（RxD）,发送器（TxD）,控制器,第四十二页，共56页。,微机(wi j)原理汇编接口技术,串行通信(tng xn)的基本概念,调制解调器,解决长距离的数据(shj)传送问题,借助于 线（模拟信号音频信号）,调制,将数字信号转换为音频信号（发送端）,解调,将音频信号转换为相应的数字信号（接收端）,第四十三页，共56页。,微机原理(yunl)汇编接口技术,可编程串行接口芯片(xn pin)8251A,Intel的USART，与Intel的CPU兼容,可编程芯片、全双工,速率,同步：DC64K,异步：,独立的收发(shuf)时钟,第四十四页，共56页。,微机(wi j)原理汇编接口技术,可编程串行接口芯片(xn pin)8251A,8251A的编程,方式字,确定(qudng)工作方式（初始化时）,命令字,操作控制（操作中）,状态字,了解当前的状态（操作中）,第四十五页，共56页。,微机(wi j)原理汇编接口技术,可编程串行接口芯片(xn pin)8251A,8251A的编程流程(lichng),8251A的中断请求,TxRDY+RxRDYINTR,读取状态字,TxRDY？,RxRDY？,第四十六页，共56页。,微机原理(yunl)汇编接口技术,EIA RS-232C,串行口,第四十七页，共56页。,微机(wi j)原理汇编接口技术,EIA RS-232C,串行口,接口标准,信号电平,接口电平,逻辑(lu j)高(1)(MARK):-3v -15v,逻辑(lu j)低(0)(SPACE):+3v +15v,注意与芯片引脚的区别:反向,第四十八页，共56页。,微机(wi j)原理汇编接口技术,EIA RS-232C,串行口,接口(ji ku)标准,接口(ji ku)器件,TTLRS-232,反向,驱动,MC1488(+/-12V)/MC1489(+5V),MAX232/MAX233,第四十九页，共56页。,微机(wi j)原理汇编接口技术,EIA RS-232C,串行口,第五十页，共56页。,微机(wi j)原理汇编接口技术,EIA RS-232C,串行口,接插件,第五十一页，共56页。,EIA RS-232C串行口,常用(chn yn)的USB外部设备,可编程串行接口芯片(xn pin)8251A,微机原理(yunl)汇编接口技术,第三十一页，共56页。,第二十二页，共56页。,微机(wi j)原理汇编接口技术,同一时刻能进行(jnxng)双向传送,EIA RS-232C串行口,奔腾II、III级的ATX主板将USB定义为标准的接口设备而直接安装在主板上。,IEEE1394的特点(tdin)（1）,微机(wi j)原理汇编接口技术,EIA RS-232C,串行口,接插件,25pin/9pin,DTE,针,DCE,孔,第五十二页，共56页。,微机(wi j)原理汇编接口技术,EIA RS-232C,串行口,信号(xnho)定义,第五十三页，共56页。,微机原理(yunl)汇编接口技术,EIA RS-232C,串行口,接口(ji ku)连接,第五十四页，共56页。,微机原理(yunl)汇编接口技术,EIA RS-232C,串行口,第五十五页，共56页。,微机(wi j)原理汇编接口技术,同步(tngb)数据通讯协议,高速,收发频率(pnl)的同步,BISYNC,Binary Synchronous Communication Protocol,第五十六页，共56页。,