数据通信基本概念及应用技术

2023-11-20 理论教育版权反馈

【摘要】：也就是说，主设备具备在总线上主动发起通信的能力，又称命令者。总线从设备不能在总线上主动发起通信，只能挂接在总线上，对总线信息进行接收查询的设备称为总线从设备，也称基本设备。这是一套事先规定的、必须共同遵守的规约。它们有可能要求传送数据，也有可能要求完成某种动作。总线仲裁是用于裁决哪一个主设备是下一个占有总线的设备。

1.总线的基本术语

（1）总线与总线段

从广义来说，总线就是传输信号或信息的公共路径，是遵循同一技术规范的连接与操作方式。一组设备通过总线连在一起称为总线段（Bus Segment）。可以通过总线段相互连接，把多个总线段连接成一个网络系统。

（2）总线主设备

可在总线上发起信息传输的设备称为总线主设备（Bus Master）。也就是说，主设备具备在总线上主动发起通信的能力，又称命令者。

（3）总线从设备

不能在总线上主动发起通信，只能挂接在总线上，对总线信息进行接收查询的设备称为总线从设备（Bus Slaver），也称基本设备。

在总线上可能有多个主设备，这些主设备都可主动发起信息传输。某一设备既可以是主设备，也可以是从设备，但不能同时既是主设备又是从设备。被总线主设备连上的从设备称为响应者（Responder），它参与命令者发起的数据传送。

（4）控制信号

总线上的控制信号通常有3种类型，一类是控制连在总线上的设备，让它进行所规定的操作，如设备清零、初始化、启动和停止等；另一类是用于改变总线操作的方式，如改变数据流的方向，选择数据字段的宽度和字节等；还有一类是控制信号，表明地址和数据的含义。例如，对于地址，可用于指定某一地址空间，或表示出现了广播操作；对于数据，可用于指定它能否转译成辅助地址或命令。

（5）总线协议

管理主、从设备使用总线的一套规则称为总线协议（Bus Protocol）。这是一套事先规定的、必须共同遵守的规约。

2.总线操作的基本内容

（1）总线操作

总线上命令者与响应者之间的“连接—数据传送—脱开”这一操作序列称为一次总线交易（Transaction），或者称为一次总线操作。脱开（Disconnect）是指完成数据传送操作以后，命令者断开与响应者的连接。命令者可以在做完一次或多次总线操作后放弃总线占有权。

（2）总线传送

一旦某一命令者与一个或多个响应者连接上以后，就可以开始数据的读写操作规程。“读”（Read）数据操作是读来自响应者的数据；“写”（Write）数据操作是向响应者写数据。读写数据都需要在命令者和响应者之间传递数据。为了提高数据传送操作的速度，有些总线系统采用了块传送和管线方式，加快了长距离的数据传送速度。(www.chuimin.cn)

（3）通信请求

通信请求是由总线上某一设备向另一设备发出的请求信号，要求后者给予注意并进行某种服务。它们有可能要求传送数据，也有可能要求完成某种动作。

（4）寻址

寻址过程是命令者与一个或多个从设备建立联系的一种总线操作。通常有以下3种寻址方式：

1）物理寻址：用于选择某一总线段上某一特定位置的从设备作为响应者。由于大多数从设备都包含有多个寄存器，因此物理寻址常常有辅助寻址，以选择响应者的特定寄存器或某一功能。

2）逻辑寻址：用于指定存储单元的某一个通用区，而并不顾及这些存储单位在设备中的物理分布。某一设备监测到总线上的地址信号，看其是否与分配给它的逻辑地址相符，如果相符，它就成为响应者。物理寻址与逻辑寻址的区别在于前者是选择与位置有关的设备，而后者是选择与位置无关的设备。

3）广播寻址：用于选择多个响应者。命令者把地址信息放在总线上，从设备将总线上的地址信息与其内部的有效地址进行比较，如果相符，则该从设备被“连上”（Connect）。能使多个从设备连上的地址称为广播地址（Broadcast Addresses）。命令者为了确保所选的全部从设备都能响应，系统需要有适应这种操作的定时机构。

每一种寻址方法都有其优点和使用范围。逻辑寻址一般用于系统总线，而现场总线则较多采用物理寻址和广播寻址。不过，现在有一些新的系统总线常常具备上述两种，甚至3种寻址方式。

（5）总线仲裁

总线在传送信息的操作过程中有可能会发生“冲突”（Contention）。为解决这种冲突，就需进行总线占有权的“仲裁”（Arbitration）。总线仲裁是用于裁决哪一个主设备是下一个占有总线的设备。某一时刻只允许某一主设备占有总线，直到它完成总线操作、释放总线占有权后才允许其他总线主设备使用总线。当前的总线主设备称为命令者（Commander）。总线主设备为获得总线占有权而等待仲裁的时间称为访问等待时间（Access Latency），而命令者占有总线的时间称为总线占有期（Bus Tenancy）。命令者发起的数据传送操作，可以在称为“听者”（Listener）和“说者”（Talker）的设备之间进行，而更常见的是在命令者和一个或多个从设备之间进行。

（6）总线定时

总线操作用定时（Timing）信号进行同步。大多数总线标准都规定命令者可发起控制信号，用来指定操作的类型；还规定响应者要回送从设备状态响应（Slave Status Response）信号。主设备获得总线控制权以后，就进入总线操作，即进行命令者和响应者之间的信息交换。这种信息可以是地址和数据，定时信号就是用于指明这些信息何时有效。定时信号有异步和同步两种。

（7）出错检测

在总线上传送信息时会因噪声和串扰而出错，因此在高性能的总线中一般设有出错码产生和校验机构，以实现传送过程的出错检测。传送地址时的奇偶错会使要连接的从设备连不上；传送数据时如果有奇偶错，通常是再发送一次。也有一些总线由于出错率很低而不设检错机构。

（8）容错

设备在总线上传送信息出错时，如何减少故障对系统的影响，提高系统的重配置能力是十分重要的。故障对分布式仲裁的影响就比菊花链式仲裁小。后者在设备出故障时，会直接影响其后面设备的工作。总线系统应能支持软件利用一些新技术，如动态重新分配地址，把故障隔离，关闭或更换故障单元。

数据通信基本概念及应用技术

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