【E課堂】盤點常見總線類型

　　談總線之前，首先應該明白總線是什么?度娘的完整定義是：總線是計算機各種功能部件之間傳送信息的公共通信干線，它是由導線組成的傳輸線束，按照計算機所傳輸?shù)男畔⒎N類。

　　其實，小編覺得，總線就是是一種內部結構，它是cpu、內存、輸入、輸出設備傳遞信息的公用通道。工程師為了簡化硬件電路設計、簡化系統(tǒng)結構，常用一組線路，配置以適當?shù)慕涌陔娐?，與各部件和外圍設備連接，這組共用的連接線路被稱為總線。另外就是采用總線結構便于部件和設備的擴充，尤其制定了統(tǒng)一的總線標準則容易使不同設備間實現(xiàn)互連。

　　總線分類：

　　1、總線按功能和規(guī)范可分為五大類型：數(shù)據(jù)總線、地址總線、控制總線、擴展總線及局部總線。

　　數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線也統(tǒng)稱為系統(tǒng)總線，即通常意義上所說的總線。常見的數(shù)據(jù)總線為ISA、EISA、VESA、PCI等。

　　地址總線：是專門用來傳送地址的，由于地址只能從CPU傳向外部存儲器或I/O端口，所以地址總線總是單向三態(tài)的，這與數(shù)據(jù)總線不同，地址總線的位數(shù)決定了CPU可直接尋址的內存空間大小。

　　控制總線：用來傳送控制信號和時序信號。控制信號中，有的是微處理器送往存儲器和I/O接口電路的;也有是其它部件反饋給CPU的，比如：中斷申請信號、復位信號、總線請求信號、設備就緒信號等。

　　2、按照傳輸數(shù)據(jù)的方式劃分，可以分為串行總線和并行總線。串行總線中，二進制數(shù)據(jù)逐位通過一根數(shù)據(jù)線發(fā)送到目的器件;并行總線的數(shù)據(jù)線通常超過2根。常見的串行總線有SPI、I2C、USB及RS232等。

　　3、按照時鐘信號是否獨立，可以分為同步總線和異步總線。同步總線的時鐘信號獨立于數(shù)據(jù)，而異步總線的時鐘信號是從數(shù)據(jù)中提取出來的。SPI、I2C是同步串行總線，RS232采用異步串行總線。

　　4、微機中總線一般有內部總線、系統(tǒng)總線和外部總線。內部總線是微機內部各外圍芯片與處理器之間的總線，用于芯片一級的互連;而系統(tǒng)總線是微機中各插件板與系統(tǒng)板之間的總線，用于插件板一級的互連;外部總線則是微機和外部設備之間的總線，微機作為一種設備，通過該總線和其他設備進行信息與數(shù)據(jù)交換，它用于設備一級的互連。

　　那么多分類，小編也只能選擇一種介紹了，就選擇內部總線、系統(tǒng)總線和外部總線咯。

　　內部總線

　　I2C總線：I2C(Inter-IC)總線10多年前由Philips公司推出，是近年來在微電子通信控制領域廣泛采用的一種新型總線標準。它是同步通信的一種特殊形式，具有接口線少，控制方式簡化，器件封裝形式小，通信速率較高等優(yōu)點。在主從通信中，可以有多個I2C總線器件同時接到I2C總線上，通過地址來識別通信對象。

　　SCI總線：串行通信接口SCI也是由Motorola公司推出的。它是一種通用異步通信接口UART，與MCS-51的異步通信功能基本相同。

　　IIS：I2S(Inter-IC Sound Bus)是飛利浦公司為數(shù)字音頻設備之間的音頻數(shù)據(jù)傳輸而制定的一種總線標準。I2S有3個主要信號：1.串行時鐘SCLK，也叫位時鐘，即對應數(shù)字音頻的每一位數(shù)據(jù)，SCLK有1個脈沖。2.幀時鐘LRCK，用于切換左右聲道的數(shù)據(jù)。LRCK為“1”表示正在傳輸?shù)氖亲舐暤赖臄?shù)據(jù)，為“0”則表示正在傳輸?shù)氖怯衣暤赖臄?shù)據(jù)。3.串行數(shù)據(jù)SDATA，就是用二進制補碼表示的音頻數(shù)據(jù)。有時為了使系統(tǒng)間能夠更好地同步，還需要另外傳輸一個信號MCLK，稱為主時鐘，也叫系統(tǒng)時鐘(Sys Clock)。

　　SPI：SPI(Serial Peripheral Interface：串行外設接口);SPI是Motorola首先在其MC68HCXX系列處理器上定義的。SPI接口主要應用在EEPROM，F(xiàn)LASH，實時時鐘，AD轉換器，還有數(shù)字信號處理器和數(shù)字信號解碼器之間。SPI接口是以主從方式工作的，這種模式通常有一個主器件和一個或多個從器件，其接口包括以下四種信號：(1)MOSI – 主器件數(shù)據(jù)輸出，從器件數(shù)據(jù)輸入 (2)MISO – 主器件數(shù)據(jù)輸入，從器件數(shù)據(jù)輸出 (3)SCLK – 時鐘信號，由主器件產(chǎn)生(4)/SS – 從器件使能信號，由主器件控制。

　　UART：UART(Universal Asynchronous Receiver Transmitter：通用異步收發(fā)器)。將由計算機內部傳送過來的并行數(shù)據(jù)轉換為輸出的串行數(shù)據(jù)流。將計算機外部來的串行數(shù)據(jù)轉換為字節(jié)，供計算機內部使用并行數(shù)據(jù)的器件使用。在輸出的串行數(shù)據(jù)流中加入奇偶校驗位，并對從外部接收的數(shù)據(jù)流進行奇偶校驗。在輸出數(shù)據(jù)流中加入啟停標記，并從接收數(shù)據(jù)流中刪除啟停標記。處理由鍵盤或鼠標發(fā)出的中斷信號(鍵盤和鼠票也是串行設備)。可以處理計算機與外部串行設備的同步管理問題。有一些比較高檔的UART還提供輸入輸出數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)。常用TXD，RXD，/RTS，/CTS。

　　JTAG：JTAG (Joint Test Action Group 聯(lián)合測試行動小組)是一種國際標準測試協(xié)議(IEEE1149.1兼容)，主要用于芯片內部測試。標準的JTAG接口是4線：TMS、TCK、TDI、TDO，分別為模式選擇、時鐘、數(shù)據(jù)輸入和數(shù)據(jù)輸出線。測試復位信號(TRST，一般以低電平有效)一般作為可選的第五個端口信號。一個含有JTAGDebug接口模塊的CPU，只要時鐘正常，就可以通過JTAG接口訪問CPU的內部寄存器和掛在CPU總線上的設備，如FLASH，RAM，內置模塊的寄存器，象UART，Timers，GPIO等等的寄存器。

　　CAN：CAN全稱為“Controller Area Network”，即控制器局域網(wǎng)，是國際上應用最廣泛的現(xiàn)場總線之一。最初，CAN被設計作為汽車環(huán)境中的微控制器通訊，在車載各電子控制裝置ECU之 間交換信息，形成汽車電子控制網(wǎng)絡。比如：發(fā)動機管理系統(tǒng)、變速箱控制器、儀表裝備、電子主干系統(tǒng)中，均嵌入CAN控制裝置。一個由CAN總線構成的單一網(wǎng)絡中，理論上可以掛接無數(shù)個節(jié)點。實際應用中，節(jié)點數(shù)目受網(wǎng)絡硬件的電氣特性所限制。例如，當使用Philips P82C250作為CAN收發(fā)器時，同一網(wǎng)絡中允許掛接110個節(jié)點。CAN 可提供高達1Mbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率，這使實時控制變得非常容易。另外，硬件的錯誤檢定特性也增強了CAN的抗電磁干擾能力。

　　SDIO：SDIO是SD型的擴展接口，除了可以接SD卡外，還可以接支持SDIO接口的設備，插口的用途不止是插存儲卡。支持 SDIO接口的PDA，筆記本電腦等都可以連接象GPS接收器，Wi-Fi或藍牙適配器，調制解調器，局域網(wǎng)適配器，條型碼讀取器，F(xiàn)M無線電，電視接收 器，射頻身份認證讀取器，或者數(shù)碼相機等等采用SD標準接口的設備。

　　GPIO：GPIO (General Purpose Input Output 通用輸入/輸出)或總線擴展器利用工業(yè)標準I?C、SMBus?或SPI?接口簡化了I/O口的擴展。當微控制器或芯片組沒有足夠的I/O端口，或當系統(tǒng) 需要采用遠端串行通信或控制時，GPIO產(chǎn)品能夠提供額外的控制和監(jiān)視功能。

　　系統(tǒng)總線

　　ISA總線：ISA(industrialstandardarchitecture)總線標準是IBM公司1984年為推出PC/AT機而建立的系統(tǒng)總線標準，所以也叫AT總線。它是對XT總線的擴展，以適應8/16位數(shù)據(jù)總線要求。它在80286至80486時代應用非常廣泛，以至于現(xiàn)在奔騰機中還保留有ISA總線插槽。ISA總線有98只引腳。

　　EISA總線：EISA總線是1988年由Compaq等9家公司聯(lián)合推出的總線標準。它是在ISA總線的基礎上使用雙層插座，在原來ISA總線的98條信號線上又增加了98條信號線，也就是在兩條ISA信號線之間添加一條EISA信號線。在實用中，EISA總線完全兼容ISA總線信號。

　　VESA總線：VESA(videoelectronicsstandardassociation)總線是1992年由60家附件卡制造商聯(lián)合推出的一種局部總線，簡稱為VL(VESAlocalbus)總線。它的推出為微機系統(tǒng)總線體系結構的革新奠定了基礎。該總線系統(tǒng)考慮到CPU與主存和Cache的直接相連，通常把這部分總線稱為CPU總線或主總線，其他設備通過VL總線與CPU總線相連，所以VL總線被稱為局部總線。它定義了32位數(shù)據(jù)線，且可通過擴展槽擴展到64位，使用33MHz時鐘頻率，最大傳輸率達132MB/s，可與CPU同步工作。是一種高速、高效的局部總線，可支持386SX、386DX、486SX、486DX及奔騰微處理器。

　　PCI總線：PCI(peripheralcomponentinterconnect)總線是當前最流行的總線之一，它是由Intel公司推出的一種局部總線。它定義了32位數(shù)據(jù)總線，且可擴展為64位。PCI總線主板插槽的體積比原ISA總線插槽還小，其功能比VESA、ISA有極大的改善，支持突發(fā)讀寫操作，最大傳輸速率可達132MB/s，可同時支持多組外圍設備。PCI局部總線不能兼容現(xiàn)有的ISA、EISA、MCA(microchannelarchitecture)總線，但它不受制于處理器，是基于奔騰等新一代微處理器而發(fā)展的總線。

　　外部總線

　　RS-232-C總線：RS-232-C是美國電子工業(yè)協(xié)會EIA制定的一種串行物理接口標準。RS是英文“推薦標準”的縮寫，232為標識號，C表示修改次數(shù)。RS-232-C總線標準設有25條信號線，包括一個主通道和一個輔助通道，在多數(shù)情況下主要使用主通道，對于一般雙工通信，僅需幾條信號線就可實現(xiàn)，如一條發(fā)送線、一條接收線及一條地線。RS-232-C標準規(guī)定的數(shù)據(jù)傳輸速率為每秒50、75、100、150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200波特。RS-232-C標準規(guī)定，驅動器允許有2500pF的電容負載，通信距離將受此電容限制，例如，采用150pF/m的通信電纜時，最大通信距離為15m;若每米電纜的電容量減小，通信距離可以增加。傳輸距離短的另一原因是RS-232屬單端信號傳送，存在共地噪聲和不能抑制共模干擾等問題，因此一般用于20m以內的通信。

　　RS-485總線：在要求通信距離為幾十米到上千米時，廣泛采用RS-485串行總線標準。RS-485采用平衡發(fā)送和差分接收，因此具有抑制共模干擾的能力。加上總線收發(fā)器具有高靈敏度，能檢測低至200mV的電壓，故傳輸信號能在千米以外得到恢復。RS-485采用半雙工工作方式，任何時候只能有一點處于發(fā)送狀態(tài)，因此，發(fā)送電路須由使能信號加以控制。RS-485用于多點互連時非常方便，可以省掉許多信號線。應用RS-485可以聯(lián)網(wǎng)構成分布式系統(tǒng)，其允許最多并聯(lián)32臺驅動器和32臺接收器。

　　IEEE-488總線：IEEE-488總線用來連接系統(tǒng)，如微計算機、數(shù)字電壓表、數(shù)碼顯示器等設備及其他儀器儀表均可用IEEE-488總線裝配起來。它按照位并行、字節(jié)串行雙向異步方式傳輸信號，連接方式為總線方式，儀器設備直接并聯(lián)于總線上而不需中介單元，但總線上最多可連接15臺設備。最大傳輸距離為20米，信號傳輸速度一般為500KB/s，最大傳輸速度為1MB/s。

　　USB總線：通用串行總線USB是由Intel、Compaq、Digital、IBM、Microsoft、NEC、NorthernTelecom等7家世界著名的計算機和通信公司共同推出的一種新型接口標準。它基于通用連接技術，實現(xiàn)外設的簡單快速連接，達到方便用戶、降低成本、擴展PC連接外設范圍的目的。它可以為外設提供電源，而不像普通的使用串、并口的設備需要單獨的供電系統(tǒng)。

　　另外，汽車電子最近這么火，小編想談一下汽車網(wǎng)絡中的LIN與CAN總線：

　　早在1983年，博世公司開始開發(fā)控制器局域網(wǎng)(CAN)總線，并且在1986年正式發(fā)布相關協(xié)議。目前有多種不同汽車總線標準，但是CAN仍然是最流行的標準。在CAN網(wǎng)絡中，所有節(jié)點(源于不同的ECU)都擔當主節(jié)點(即，不存在主從拓撲結構)，而且并不分配具體地址。而是由消息攜帶標識符。

　　在給定時間，多個節(jié)點可以同時向CAN總線發(fā)送數(shù)據(jù)。然后由消息標識符幫助確定消息的優(yōu)先級。最高優(yōu)先級的消息會使CAN總線進入顯性狀態(tài)，而所有其他節(jié)點會停止發(fā)送。這些節(jié)點實際上是收發(fā)器，除發(fā)送消息之外，其可以根據(jù)特定功能從總線查找特定消息。因此，CAN總線所連接的不同節(jié)點之間會出現(xiàn)信息流。

　　由于CAN會進行填充錯誤、誤碼、校驗和錯誤、誤幀以及應答錯誤等多項錯誤檢查， 因此具有高可靠性。CAN支持高達1Mbps的數(shù)據(jù)傳輸速率，從而成為連接汽車關鍵功能ECU(如：變速箱、溫度傳感器等)的默認選擇。

　　但汽車為什么選擇LIN?

　　汽車電子的作用并非僅僅局限于這些關鍵單元。車身電子市場多年來一直在增長。典型車身控制應用包括座椅、車窗、智能雨刷以及汽車空調傳感器等。對車身電子的關鍵要求是確保汽車更舒適、更安全。盡管這些系統(tǒng)可能不要求像關鍵ECU那樣的高安全性，但是它們仍然需要一定的汽車網(wǎng)絡通信標準。

　　LIN與CAN對比：

　　實現(xiàn)CAN比實現(xiàn)LIN的成本高。導致CAN成本更高的因素包括：

　　- CAN網(wǎng)絡中的每個節(jié)點都需要時鐘發(fā)生器或晶體;

　　- CAN的芯片級實現(xiàn)起來更復雜;

　　- 采用雙線傳輸。

　　最重要的是，整個昂貴的架構對于不需要高可靠性和高數(shù)據(jù)速率的應用來說過于奢侈。

　　以上就是各類總線大全了，希望對工程師們有些幫助。