嵌入式系統(tǒng)-98645五、系統(tǒng)總線(xiàn)

1、嵌入式系統(tǒng)總線(xiàn)PC系統(tǒng)總線(xiàn)技術(shù)應(yīng)用在嵌入式系統(tǒng)ISA(PC、PC/AT、PCI)PC/104PC/104+PC-104PCICPCIPC/104系列總線(xiàn)PC/104協(xié)會(huì)是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化組織，為PC計(jì)算機(jī)總線(xiàn)制定工業(yè)化的版本 PC系統(tǒng)總線(xiàn)經(jīng)歷了ISA、PCI、PCI Express 幾個(gè)主要的發(fā)展階段 PC/104協(xié)會(huì)制定了對(duì)應(yīng)的系列工業(yè)計(jì)算機(jī)總線(xiàn)：PC/104（ISA）、PC/104-Plus（ISA和PCI）、PCI-104（PCI）、PCI/104-Express（PCI及PCI Express）及PCIe/104（PCI Express）PC/104系列總線(xiàn)發(fā)展1981年，IBM公司提出了8

2、位PC/XT總線(xiàn)，1984年提出16位PC/AT總線(xiàn)1987年，由INTEL等提出以IBMPC總線(xiàn)規(guī)范為基礎(chǔ)的ISA總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)（IEEE-996） 1992年，由RTD公司和AMPRO公司等12家從事嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的廠商發(fā)起，組建了國(guó)際PC/104協(xié)會(huì)，制定了PC/104嵌入式總線(xiàn)規(guī)范（IEEE-P996.1）PC/104是一種緊湊型的IEEE-P996，其信號(hào)定義和PC/AT基本一致 PC/104標(biāo)準(zhǔn)確立后，得到業(yè)界的廣泛支持，迅速發(fā)展PC/104系列總線(xiàn)發(fā)展（續(xù)）1992年，Intel提出了PCI總線(xiàn)，將總線(xiàn)頻率提高到了33MHZ 1997年，PC/104(PC104)協(xié)會(huì)制訂了PC/104

3、+總線(xiàn)，在原PC/104基礎(chǔ)上增加了對(duì)PCI總線(xiàn)的支持2003年，PC/104又制訂了PCI-104總線(xiàn)規(guī)范，取消了對(duì)ISA總線(xiàn)的支持為什么有PC/104系列總線(xiàn)？PC是最普及的通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，在PC發(fā)展過(guò)程中積累了豐富的硬件、軟件資源PC性能發(fā)展很快，在需要高性能計(jì)算的嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用中引入PC技術(shù)是條捷徑在嵌入式系統(tǒng)中引入PC技術(shù)，需要遵循PC的體系結(jié)構(gòu)系統(tǒng)總線(xiàn)是計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)的核心將PC總線(xiàn)技術(shù)引入嵌入式系統(tǒng)PC/104PC/104總線(xiàn)PC/104緊湊型ISA總線(xiàn)PC/104定義8位和16位兩種模塊，分別對(duì)應(yīng)PC/XT和PC/ATPC/104與ISA的不同電路板尺寸減小到90 x96mm采用自

4、棧(self-stacking)結(jié)構(gòu)，不需要背板對(duì)功耗進(jìn)行約束，一般12W每module，大多數(shù)信號(hào)需要的驅(qū)動(dòng)電流小于4mAPC/104電路板外形總線(xiàn)90mm96mmPC/104連接器64PIN + 40PINPC/104信號(hào)分配PC/104增加了幾個(gè)GND引腳，如紅圈標(biāo)注PC/104信號(hào)分配與ISA一致J1/P1對(duì)應(yīng)著8位的PC/XT，J2/P2對(duì)應(yīng)著16位的PC/ATPC/104連接器實(shí)物PC/104安裝方式8位模塊結(jié)構(gòu)16位模塊結(jié)構(gòu)PC/104-plusPC/104-plus起源PC/104作為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)普遍應(yīng)用因?yàn)椋琍CI總線(xiàn)的普及，PCI上的技術(shù)資源越來(lái)越豐富因?yàn)?，PC/104(ISA

5、)總線(xiàn)帶寬不能滿(mǎn)足圖像/視頻、高速網(wǎng)絡(luò)等大數(shù)據(jù)量應(yīng)用的要求所以，將PCI總線(xiàn)技術(shù)引入PC/104的架構(gòu)中PC/104-plusPC/104-plus特點(diǎn)兼容過(guò)去的PC/104資源增加一個(gè)120 pin（4x30）的插座（32位PCI局部總線(xiàn)采用124 pin連接器）PC/104-plus不支持64位擴(kuò)展、不支持JTAG、PRSNT、CLKRUN信號(hào)PC/104-plus機(jī)械結(jié)構(gòu)PC/104 & PC/104-plusPC/104PC/104-plus采用龍芯的PC/104-plusPC-104PC-104起源PC/104是ISA緊湊形式PC/104-plus在PC/104的基礎(chǔ)上增加了對(duì)PCI

6、總線(xiàn)的支持在PC機(jī)中，ISA已經(jīng)被淘汰，硬件（芯片）和軟件集中在PCI總線(xiàn)上發(fā)展在PC/104-plus的基礎(chǔ)上，把原ISA部分刪除，只剩下對(duì)PCI的支持PC-104PC-104機(jī)械結(jié)構(gòu)PC/104的發(fā)展PC/104PC/104-plusPC-104ISAISA+PCIPCIPC/104系列總線(xiàn)CompactPCI總線(xiàn)什么是CPCICPCI，即CompactPCI、緊湊型PCI，應(yīng)用在一些高性能工業(yè)計(jì)算機(jī)中Compact PCI是一種基于標(biāo)準(zhǔn)PCI總線(xiàn)的堅(jiān)固、可靠的高性能總線(xiàn)技術(shù) 1994年P(guān)CIMG提出了Compact PCI技術(shù)，它定義了更加堅(jiān)固耐用的PCI版本 在電氣、邏輯和軟件方面，它

7、與PCI標(biāo)準(zhǔn)完全兼容 CPCI實(shí)物PCI6U CPCI3U CPCI插頭3U CPCICPCI機(jī)箱CPCI特點(diǎn)/優(yōu)點(diǎn)業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)PCI芯片組，以低價(jià)格提供高性能單總線(xiàn)8個(gè)槽，可通過(guò)PCI橋擴(kuò)展 歐式無(wú)源背板結(jié)構(gòu)(IEEE 1101.1)高密度氣密2mm針孔接頭 前面板安裝和拆卸 板卡垂直安裝利于冷卻 強(qiáng)抗沖擊和震動(dòng)特性支持熱插拔工業(yè)計(jì)算機(jī)的要求堅(jiān)固：工業(yè)計(jì)算機(jī)往往要工作在熱、冷、臟、差的環(huán)境，還要能承受一定的沖擊或振動(dòng) 可靠：MTBF要高。它涉及到電氣部件、機(jī)械部件、連接器以及配套的外圍設(shè)備的可靠性 模塊化：除了基本功能，工業(yè)計(jì)算機(jī)往往還有多種不同用途的I/O，如模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器、視頻接口或其他各

8、種各樣的專(zhuān)用I/O。并且，不同的應(yīng)用對(duì)象要求也各異，這就勢(shì)必要用模塊化解決 標(biāo)準(zhǔn)化：成功的計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)大都不是一家能做好的，只有基于標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái)和工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)才能從多個(gè)售主獲得好產(chǎn)品 前面板I/O：為了使用方便，工業(yè)計(jì)算機(jī)往往需要從前面連接I/O，前面板也兼有某些狀態(tài)指示、插卡拔取和鎖緊功能CPCI采用背板安裝CPCI的總線(xiàn)連接器6U的CPCI板結(jié)構(gòu)3U的CPCI板結(jié)構(gòu)CPCI的熱插拔熱插拔功能允許用戶(hù)在無(wú)需關(guān)掉主程序的同時(shí)在線(xiàn)更改、添加、升級(jí)CPC I 板卡而不需要重新啟動(dòng)操作系統(tǒng)CPC I 熱插拔技術(shù)包括熱替換(hot replacement)、熱添加(ho t expansion) 和熱升級(jí)(ho

9、 t upgrade)CPCI與PCI最主要的區(qū)別：機(jī)械結(jié)構(gòu)；熱插拔CPCI連接器的不等長(zhǎng)插針 CompactPCI背板的J1連接器插針?lè)譃殚L(zhǎng)針、中長(zhǎng)針和短針 長(zhǎng)針都是電源和信號(hào)地，中長(zhǎng)針是PCI信號(hào)，IDSEL、BD_SEL#所在插針最短 J2的插針都是中長(zhǎng)針 CPCI模塊的熱插入在CompactPCI模塊兩側(cè)設(shè)計(jì)有靜電條，模塊插入時(shí)首先通過(guò)靜電條向機(jī)箱放電，消除靜電的影響隨后，模塊電源和信號(hào)地首先與底板接通，這時(shí)對(duì)PCI信號(hào)進(jìn)行預(yù)充電，使這些信號(hào)線(xiàn)在與底板總線(xiàn)連接之前維持在1.0V左右的電壓 ，減少熱插入設(shè)備造成的瞬態(tài)干擾 BD_SEL#和IDSEL信號(hào)的插針最短，所以模塊插入插槽時(shí)，最后

10、連接上是是這兩個(gè)信號(hào)。模塊的BD_SEL#有效，板上邏輯才可以開(kāi)始工作；而IDSEL信號(hào)連接到總線(xiàn)上后，主處理器可以訪(fǎng)問(wèn)模塊的配置空間，實(shí)現(xiàn)后續(xù)的設(shè)備配置工作 CPCI模塊的熱拔出功能模塊的拔出順序過(guò)程與插入過(guò)程相反首先是短針的BD_SEL#、IDSEL信號(hào)斷開(kāi)然后需要預(yù)充電的PCI信號(hào)電平被調(diào)整到1.0V左右的最后斷開(kāi)電源和信號(hào)地系統(tǒng)卸載該模塊的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序及相關(guān)資源配置 CompactPCI總線(xiàn)預(yù)充電原理 龍芯CPCIminiPCIminiPCI基本概念miniPCI是PCI的一種小尺寸形式由PCISIG定義是筆記本計(jì)算機(jī)中可擴(kuò)展PCI卡的一種形式因?yàn)榫哂行∏傻慕Y(jié)構(gòu)，在嵌入式系統(tǒng)中時(shí)有所見(jiàn)

11、miniPCI與PCI的轉(zhuǎn)接筆記本電腦中的miniPCIminiPCI在嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用高性能嵌入式系統(tǒng)經(jīng)常需要使用PCI的資源嵌入式系統(tǒng)往往結(jié)構(gòu)緊湊，有機(jī)械尺寸的限制。一般不能提供商用計(jì)算機(jī)的PCI安裝結(jié)構(gòu)miniPCI是嵌入式系統(tǒng)的適用選擇miniPCI的使用可以方便地為嵌入式系統(tǒng)擴(kuò)充無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)、有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)、Modem、聲卡等功能miniPCI在嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例無(wú)線(xiàn)投影機(jī)網(wǎng)關(guān)投影機(jī)便攜機(jī)1便攜機(jī)2便攜機(jī)n802.11g無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)VGA連接系統(tǒng)結(jié)構(gòu)GX533DDR RAMCS5535外部控制器BIOSUSB1USB1USB1USB1聲卡控制器CRT接口MiniPCI插座(無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡)CF存儲(chǔ)卡系統(tǒng)

12、實(shí)物(正面)GX533CS5535DDR SDRAMUSB VGA BIOS 系統(tǒng)實(shí)物(背面)miniPCI插座，擴(kuò)展無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡CF卡插座，存儲(chǔ)WinCEminiPCI的特點(diǎn)/優(yōu)點(diǎn)可升級(jí)靈活性強(qiáng)：如配置不同的接口降低系統(tǒng)成本維修方便軟件兼容小尺寸標(biāo)準(zhǔn)化的結(jié)構(gòu)自動(dòng)配置，容易使用增加系統(tǒng)板的市場(chǎng)壽命靈活的電源管理miniPCI的總線(xiàn)信號(hào)PCI局部總線(xiàn)信號(hào)PCI電源管理類(lèi)信號(hào)音頻接口信號(hào)網(wǎng)絡(luò)接口信號(hào)Modem接口信號(hào)自定義系統(tǒng)總線(xiàn)自定義系統(tǒng)總線(xiàn)的需求嵌入式系統(tǒng)針對(duì)具體應(yīng)用進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)成本、功耗、機(jī)械尺寸、安裝方式有特殊的要求PC/104、CPCI等總線(xiàn)的使用極大降低了系統(tǒng)硬件、軟件的開(kāi)發(fā)工作量，但是硬件成本很高，只適合工業(yè)、軍事等對(duì)價(jià)格不敏感的行業(yè)在需要進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)的嵌入式系統(tǒng)中，自定義總線(xiàn)是常見(jiàn)設(shè)計(jì)自定義系統(tǒng)總線(xiàn)實(shí)例多錄語(yǔ)音記錄器 多路語(yǔ)音記錄器系統(tǒng)功能要求獨(dú)立的嵌入式設(shè)備，上電后自行工作支持多路語(yǔ)音同時(shí)采集、編碼、存儲(chǔ)、傳輸語(yǔ)音通道數(shù)量在4、8、12、16、20、24、28、32路可配置自定義總線(xiàn)設(shè)計(jì)實(shí)例系統(tǒng)原理CPURAMFLASH硬盤(pán)網(wǎng)絡(luò)A/DA/DA/DA/D編碼編碼編碼編碼RS2