计算机控制第2章计算机控制系统硬件设计相关技术郝成
郝 成 第2章 计算机控制系统硬件 设计相关技术 计算机控制
第2章计算机控制系统硬件设计相关技术2.1并行总线技术2.2串行总线技术2.3基于并行总线的接口与过程通道技术2.4基于串行总线的接口与过程通道技术2.5硬件抗干扰技术
第2章 计算机控制系统硬件 设计相关技术 ⚫ 2.1 并行总线技术 ⚫ 2.2 串行总线技术 ⚫ 2.3 基于并行总线的接口与过程通道技 术 ⚫ 2.4 基于串行总线的接口与过程通道技 术 ⚫ 2.5 硬件抗干扰技术
2.1并行总线技术总线，就是计算机各模块之间互联和传送信息（指令、地址和数据）的一组信号线。以微处理器为核心，总线可以分为内部总线和外部总线，而内部总线又可分为片级总线和系统总线，在工业控制中常用的系统总线有ISA总线、EISA总线、VESA总线、PCI总线、STD总线、PC-104总线、PCI总线等，这些都是并行总线。所谓并行总线是指能够一次传递多位数据的总线。2.1.1工控机总线工控机总线以PC/ISA/EISA/PCI总线为主
2.1 并行总线技术 总线，就是计算机各模块之间互联和传送信息（指令、地址和数 据）的一组信号线。以微处理器为核心，总线可以分为内部总线和外 部总线，而内部总线又可分为片级总线和系统总线，在工业控制中常 用的系统总线有ISA总线、EISA总线、VESA总线、PCI总线、STD总 线、PC-104总线、PCI总线等，这些都是并行总线。所谓并行总线， 是指能够一次传递多位数据的总线。 2.1.1 工控机总线 工控机总线以PC/ISA/EISA/PCI总线为主
1984年，PCIAT问世，提出PCIAT总线，这是一种16位总线。为了开发与IBMPC兼容的外围设备，行业内便逐渐确立了以IBMPC总线规范为基础的ISA（IndustryStandardArchitecture）总线。1987年IEEE正式制定了ISA总线标准。EISA总线是为32位中央处理器（386、486、586等）设计的总线扩展工业标准。Compag、HP、AST、Epson、NEC、Olivetti、Tandy、Wyse、ZeithDataSystem（ZDS）9家公司联合起来在ISA的基础上于1988年推出了为32位处理器设计的“扩展工业标准结构”（ExtendedIndustryStandardArchitecture），即EISA总线
1984年，PC/AT问世，提出PC/AT总线，这是一种16位总线。为了 开发与IBM PC兼容的外围设备，行业内便逐渐确立了以IBM PC总线规 范为基础的ISA（Industry Standard Architecture）总线。1987年IEEE 正式制定了ISA总线标准。 EISA总线是为32位中央处理器（386、486、586等）设计的总 线扩展工业标准。 Compaq、HP、AST、Epson、NEC、Olivetti、Tandy、Wyse、 Zeith Data System（ZDS）9家公司联合起来在ISA的基础上于1988 年推出了为32位处理器设计的“扩展工业标准结构”（Extended Industry Standard Architecture），即EISA总线
总线BCLK基本OSC信号RESETSD~SDSA~SA.总线BALEOCHRDY访间AENIOCHCK信号总线8位SMEMRNOWS-访间ISASMEMW信号总线TORowDACK,~DACKIRQTIRQ总线总线控制控制2DRQDRQ信号信号T/CSDsSDLAn~LAC总线总线SBHEMEMCS16访间访间MEMR信号JOCSV6信号16位MEMWISA扩充DACK,~DACK,IRQisIRQIRQ12~IRQ总线总线控制DACK.控制信号信号DRQ~DRQSDRQMASTER图2-1ISA总线基本结构
图2-1 ISA总线基本结构
1）总线基本信号总线基本信号指的是用于总线工作的最基本的信号，通常有复位、时钟、电源、地线等。RESET、BCLK：复位及总线基本时钟，BLCK=8MHZ2）总线访问信号总线访问信号指的是用于访问数据的地址、数据线及相应的应答信号。3）总线控制信号ISA总线控制主要有中断和DMA请求两种方式。中断方式时由ISA卡发出中断请求而取得软件的控制权：DMA请求方式则在DMA控制器响应请求后，由DMA控制器代为管理总线的控制，或者与MASTER信号配合取得ISA总线的真正控制权
1）总线基本信号 总线基本信号指的是用于总线工作的最基本的信号，通常有复位、 时钟、电源、地线等。 RESET、BCLK：复位及总线基本时钟，BLCK=8MHz。 2）总线访问信号 总线访问信号指的是用于访问数据的地址、数据线及相应的应答信号。 3）总线控制信号 ISA总线控制主要有中断和DMA请求两种方式。中断方式时由ISA卡 发出中断请求而取得软件的控制权；DMA请求方式则在DMA控制器响应请 求后，由DMA控制器代为管理总线的控制，或者与MASTER信号配合取得 ISA总线的真正控制权
2.PCI总线介绍1991年下半年，Intel公司首先提出了PCI的概念，并联合100多家公司成立了PCi组织，其英文全称为PeripheralComponentInterconnectSpecialInterestGroup（外围部件互连专业组），简称PCISIG。PCI是一种先进的局部总线，已成为局部总线的新标准。Intel公司于1992年6月发布了第一个PCI总线规范（1.0版），继而于1993年4月发布了2.0版，于1995年6月发布了2.1版，1998年12月发布了2.2修改版。PCI克服了ISA总线和VESA总线的不足，成为当今微机总线的主流。PCI总线工控机也广泛应用于工业控制领域，与其他种类工控机相比，它的特点是数据处理能力强，信息存储容量大，且和主流微机软/硬件兼容。常用做人机接口一一操作站、工程师站
2. PCI总线介绍 1991年下半年，Intel公司首先提出了PCI的概念，并联合100 多家公司成立了PCI组织，其英文全称为Peripheral Component Interconnect Special Interest Group（外围部件互连专业组）， 简称PCISIG。PCI是一种先进的局部总线，已成为局部总线的新标 准。 Intel公司于1992年6月发布了第一个PCI总线规范（1.0版），继而 于1993年4月发布了2.0版，于1995年6月发布了2.1版，1998年12 月发布了2.2修改版。PCI克服了ISA总线和VESA总线的不足，成为 当今微机总线的主流。PCI总线工控机也广泛应用于工业控制领域， 与其他种类工控机相比，它的特点是数据处理能力强，信息存储容 量大，且和主流微机软/硬件兼容。常用做人机接口——操作站、工 程师站
必备信号可选信号ADu~AD,AD63~-AD32地址/数据C/BE-C/BEC/BEr~C/BE64位总线和命令信号PARPARt扩展信号REQ64FRAMEACKTRDYLOCKIRDY接口控制信号接口控制信号STOPINTADEVSELINTBISDEL中断请求信号INTCPCI兼容设备INTDPERR错误报告信号SERRSBO高速缓存REQSDONE支持信号仲裁信号GNTTDUTDOJTAG/边界TCK扫描信号TMSCLK系统信号RSTTRST图2-2PCI总线结构
图2-2 PCI总线结构
PCI信号可分为必备和可选两大类。如果是主设备，必备信号为49条；如果是从设备，必备信号是47条。可选的信号为51条，主要用于64位扩展、中断请求和高速缓存支持等。利用这些信号线，可以处理数据、地址信息，实现接口控制、仲裁及系统功能。PCI总线信号如图2-2所示，信号的类型1）系统信号2）地址/数据和命令信号3）接口控制信号
PCI信号可分为必备和可选两大类。如果是主设备，必备信 号为49条；如果是从设备，必备信号是47条。可选的信号为51 条，主要用于64位扩展、中断请求和高速缓存支持等。利用这些 信号线，可以处理数据、地址信息，实现接口控制、仲裁及系统 功能。 PCI总线信号如图2-2所示，信号的类型 1）系统信号 2）地址/数据和命令信号 3）接口控制信号
4）仲裁信号5）中断请求信号6）错误报告信号7）64位总线扩展信号8）高速缓存支持信号9）JTAG/边界扫描信号目前PCI总线用于工控系统接口电路的典型实现方式是利用PCI总线专用控制芯片，如PLX公司的PCI9052、PCI9030等。PLX公司的PCI9052实现PCI接口电路的设计如图2-3所示
4）仲裁信号 5）中断请求信号 6）错误报告信号 7）64位总线扩展信号 8）高速缓存支持信号 9）JTAG/边界扫描信号 目前PCI总线用于工控系统接口电路的典型实现方式是利用 PCI总线专用控制芯片，如PLX 公司的PCI9052、PCI9030等。 PLX 公司的PCI9052实现PCI接口电路的设计如图2-3所示