各类总线的介绍

总线

一．总线的概念

总线是一组用于计算机之间各部件之间进行数据和命令的传送的公用信号线。二．总线的分类

（一）总线（微机通用总线）按功能和规范可分为三大类型:

(1)片总线(Chip Bus, C-Bus) 又称元件级总线，是把各种不同的芯片连接在一起构成特定功能模块(如CPU模块)的信息传输通路。

(2)内总线(Internal Bus, I-Bus) 又称系统总线或板级总线，是微机系统中各插件(模块)之间的信息传输通路。例如CPU模块和存储器模块或I/O接口模块之间的传输通路。

(3) 外总线(External Bus, E-Bus) 又称通信总线，是微机系统之间或微机系统与其他系统(仪器、仪表、控制装置等)之间信息传输的通路，如EIA RS-232C、IEEE-488等。（现场总线CAN属于外总线）

三类总线在微机系统中的地位和关系

其中的系统总线，即通常意义上所说的总线，一般又含有三种不同功能的总线，即数据总线DB（Data Bus）、地址总线AB（Address Bus）和控制总线CB

（Control Bus）。

（二）总线按照传输数据的方式划分：可以分为串行总线和并行总线。串行总线中，二进制数据逐位通过一根数据线发送到目的器件；并行总线的数据线通常超过2根。常见的串行总线有SPI、I2C、USB及RS232等。

（三）总线按照时钟信号是否独立划分：可以分为同步总线和异步总线。同步总线的时钟信号独立于数据，而异步总线的时钟信号是从数据中提取出来的。SPI、I2C是同步串行总线，RS232采用异步串行总线。

按照计算机所传输的信息种类，计算机的总线可以划分为数据总线、地址总线和控制总线，分别用来传输数据、数据地址和控制信号。

三．各类总线介绍

内部总线

1．I2C总线是同步通信的一种特殊形式，具有接口线少，控制方式简化，器件封装形式小，通信速率较高等优点。在主从通信中，可以有多个I2C总线器件同时接到I2C总线上，通过地址来识别通信对象。

2．SPI总线串行外围设备接口SPI是一种同步串行接口，SPI总线是一种三线同步总线，因其硬件功能很强，所以与SPI有关的软件就相当简单，使CPU 有更多的时间处理其他事务。

3．SCI总线串行通信接口SCI是一种通用异步通信接口UART，与MCS-51的异步通信功能基本相同。

系统总线

1．ISA总线总线标准是IBM 公司推出的系统总线标准。它是对XT总线的扩展，以适应8/16位数据总线要求。它在80286至80486时代应用非常广泛，以至于现在奔腾机中还保留有ISA总线插槽，ISA总线有98只引脚。

2．EISA总线是在ISA总线的基础上使用双层插座，在原来ISA总线的98条信号线上又增加了98条信号线，也就是在两条ISA信号线之间添加一条EISA信号线。在实用中，EISA总线完全兼容ISA总线信号。

3．VESA总线是一种局部总线，简称为VL(VESA local bus)总线。该总线系统考虑到CPU与主存和Cache 的直接相连，通常把这部分总线称为CPU总线或主总线，其他设备通过VL总线与CPU总线相连，所以VL总线被称为局部总线。它定义了32位数据线，且可通过扩展槽扩展到64 位，使用33MHz时

钟频率，最大传输率达132MB/s，可与CPU同步工作。是一种高速、高效的局部总线，可支持386SX、386DX、486SX、486DX及奔腾微处理器。

4．PCI总线是当前最流行的总线之一，它是由Intel公司推出的一种局部总线。它定义了32位数据总线，且可扩展为64位。PCI总线主板插槽的体积比原ISA总线插槽还小，其功能比VESA、ISA有极大的改善，支持突发读写操作，最大传输速率可达132MB/s，可同时支持多组外围设备。PCI局部总线不能兼容现有的ISA、EISA、MCA（micro channel architecture）总线，但它不受制于处理器，是基于奔腾等新一代微处理器而发展的总线。

5．Compact PCI总线是当今第一个采用无源总线底板结构的PCI系统，是PCI总线的电气和软件标准加欧式卡的工业组装标准，是当今最新的一种工业计算机标准。Compact PCI是在原来PCI总线基础上改造而来，它利用PCI的优点，提供满足工业环境应用要求的高性能核心系统，同时还考虑充分利用传统的总线产品，如ISA、STD、VME或PC/104来扩充系统的I/O和其他功能。

6. PC/104总线PC/104也是一种工业计算机总线标准。PC/104是一种专门为嵌入式控制而定义的工业控制总线，即IEEE-P996。

7. VME总线Versa Module Eurocard由Motorola公司1981年推出的第一代32位工业开放标准总线，即IEEE 1014-1987。（作为测控总线使用）

8. AGP全称Accelerated Graphic Ports，PC的图形系统接口的一种。为了使系统和图形加速卡之间的数据传输获得比PCI总线更高的带宽，AGP应运而生。

9. PCI-Express 是最新的总线和接口标准，它原来的名称为“3GIO”，是由英特尔提出的，很明显英特尔的意思是它代表着下一代I/O接口标准。交由PCI-SIG（PCI特殊兴趣组织）认证发布后才改名为“PCI-Express”，简称“PCI-E”。这个新标准将全面取代现行的PCI和AGP，最终实现总线标准的统一。它的主要优势就是数据传输速率高，目前最高的16X 2.0版本可达到10GB/s，而且还有相当大的发展潜力。PCI Express也有多种规格，从PCI Express 1X到PCI Express 16X，能满足现在和将来一定时间内出现的低速设备和高速设备的需求。

外部总线

1．RS-232-C总线设有25条信号线，包括一个主通道和一个辅助通道，在多数情况下主要使用主通道，对于一般双工通信，仅需几条信号线就可实现。RS-232-C标准规定的数据传输速率为每秒50、75、100、150、300、600、1200、

2400、4800、9600、19200波特。RS-232-C标准规定，驱动器允许有2500pF的电容负载，通信距离将受此电容限制。传输距离短的另一原因是RS-232属单端信号传送，存在共地噪声和不能抑制共模干扰等问题，因此一般用于20m以内的通信。

2．RS-485总线在要求通信距离为几十米到上千米时，广泛采用RS-485 串行总线标准。RS-485采用平衡发送和差分接收，因此具有抑制共模干扰的能力。加上总线收发器具有高灵敏度，能检测低至200mV的电压，故传输信号能在千米以外得到恢复。RS-485采用半双工工作方式，任何时候只能有一点处于发送状态，因此，发送电路须由使能信号加以控制。RS-485用于多点互连时非常方便，可以省掉许多信号线。应用RS-485 可以联网构成分布式系统，其允许最多并联32台驱动器和32台接收器。

3．IEEE-488总线上述两种外部总线是串行总线，而IEEE-488总线是并行总线接口标准，用来连接系统，如微计算机、数字电压表、数码显示器等设备。它按照位并行、字节串行双向异步方式传输信号，连接方式为总线方式，仪器设备直接并联于总线上而不需中介单元，但总线上最多可连接15台设备。最大传输距离为20米，信号传输速度一般为500KB/s，最大传输速度为1MB/s。

4．USB总线通用串行总线USB它基于通用连接技术，实现外设的简单快速连接，达到方便用户、降低成本、扩展PC连接外设范围的目的。它可以为外设提供电源。另外，快速是USB技术的突出特点之一，USB的最高传输率可达12Mbps比串口快100倍，比并口快近10倍，而且USB还能支持多媒体。

5. CAN总线CAN是控制器局域网络(Controller Area Network, CAN)的简称，是由研发和生产汽车电子产品著称的德国BOSCH公司开发了的，并最终成为国际标准（ISO11898）。是国际上应用最广泛的现场总线之一。在北美和西欧，CAN总线协议已经成为汽车计算机控制系统和嵌入式工业控制局域网的标准总线，并且拥有以CAN为底层协议专为大型货车和重工机械车辆设计的J1939协议。具有的高可靠性和良好的错误检测能力。（现场总线）

6. 以太网接口接口类型是RJ-45接口。它遵循IEEE802.3标准，传输速率通常为10M/100/1000Mbps，可工作在全双工、半双工模式。如下图的WAN口（广域网口）和1、2、3、4标识的端口就是RJ-45端口。

测控总线（仪器专用总线）

测控总线是指以组成测量和控制系统为主要目标而开发的总线。虽然在PC、ISA、PCI总线系统上加入各种I/O功能模块板，也可以组成测控系统，但这不是这些总线标准设计的主要目的。为测控系统设计的总线主要有STD、CPCI、GPIB、VME、VXI和PXI等总线。目前常用的测试系统平台总线基本上还是并行总线，如PCI、GPIB、PXI和VXI等总线。

1.PCI/Compact PCI总线

PCI是一种高性能局部总线，它构成微处理器与外设之间的高速通道。PCI 支持多个外设，与CPU的时钟频率无关。PCI局部总线的特征体现在其高性能、可兼容性、处理器的独立性、成本有限性和将来支持性等方面。PCI局部总线是一个系统的解决办法，它使网络适配器、硬盘驱动器和高速外设的性能进一步提高。PCI总线工作于33MHz时钟频率时，其峰值速度为132MB/s，这比ISA(9MB/s)和EISA(33MB/s) 的传输速率提高数倍。PCI总线主控性允许多个智能外部设备中的任何一个控制此总线，以加速信息流量，使优先级高的任务先执行。PCI的并行处理能力使微处理器与外部设备同时运行，而不是等待它们。

因为PCI被设计成是对扩充总线的一种补充，所以与ISA、EISA和MCA 总线兼容。虽然每个系统插槽个数有限，但PCI总线允许制造商们提供“分享插槽”，使之既能适应一个PCI，也能适应一个ISA、EISA或MCA卡连接器。另外，所有PCI兼容附加板可对任何服从PCI的系统进行操作，而与使用中的扩充总线或微处理器无关。

PCI总线的64位数据地址复用总线能使系统的带宽达到264MB/s，其32位和64位外部通信对用户是透明的。这种透明性由一个连接器提供，连接器有接收32位和64位长的能力，具有非常好的兼容性。PCI总线具有自动匹配能力，用户安装一个新的外设板/卡时，不必人工设置DIP开关或中断。PCI总线的独立处理器特性使其适用于PC平台的所有系列，包括台式、笔记本和服务器等。

Compact PCI总线是PCI总线在工控领域的扩展，它采用两种尺寸的欧式板结构，即单高、双高和传统的机箱式安装方式。系统插槽上的模块为控制模块，负责系统的管理，包括其它模块的初始化、总线仲裁、时钟分配和复位功能。Compact PCI还规范了热切换，即带电插拔，便于适合工业和嵌入式应用场合。

2. PXI总线

PXI定义用于测试、测量与控制应用，是基于PC的一种小型模块化仪器平

台。PXI是建立在Compact PCI规范的基础上。Compact PCI规范定义了封装坚固的PCI，提供出众的机械完整性并使硬件部件易于装卸。因为PXI平台基于PCI，所以它具有PCI的一些优点，如较低的成本、不断提高的性能，以及为最终用户提供主流软件等。

PXI总线是PCI/Compact PCI在仪器领域的扩展，不仅保留了PCI总线较高的数据吞吐能力，而且采用了坚固的欧洲插卡组装技术。为了适应测试仪器的需要，还扩展了与VXI总线类似的仪器总线，如触发总线、本地总线、系统参考时钟以及只有D尺寸VXI才有的星型触发总线。PXI模块仪器的优点主要包括：（1）PXI与Compact PCI保持100%兼容；

（2）将台式PC技术引入到测试与测量设备；

（3）比台式PC提供了更多的I/O扩展槽；

（4）扩充了台式PC机中所没有的仪器特性；

（5）更加紧凑，比台式PC更节省空间；

（6）提供了更严格的标准，促进了多供应商之间的兼容，有利于系统集成；

（7）定义了标准的软件框架，要求兼容的产品提供相应的驱动软件，有利于简化系统集成。

3.VXI总线

VXI总线是在VME总线的基础上扩展而成的仪器系统总线，由于该总线采用的是开放式结构并集中了先进的计算机数字接口技术与模块化仪器的优点，从而扩大了它在电子测量技术领域里的应用范围。基于传统的“数据采集-分析处理-传输显示”的结构模式并以此为开发平台，充分发挥计算机的功能和调用各种有关测试软件就可方便地组成具有不同功能的仪器——虚拟仪器。虚拟仪器可以把智能仪器、PC仪器以及GPIB系统的特长都集成起来，组成数据吞吐量大、兼容性强、可扩展性好、标准化的各种专用测试系统。当其接入到计算机网络后，便可构成数据采集、传输与处理的网络化系统。

VXI总线促进了整个测试系统向开放式、集成化方向发展，推动了测试仪器标准化、模块化、通用化的进程，使系统资源，包括所有硬件与软件获得共享。同时也使新的测试系统的研制周期缩短、成本降低、风险减小。

VXI总线采用模块化开放式结构，易于扩展、重构和系统集成。它可以很方

便地应用于数据采集、虚拟仪器和测试系统中，是计算机操纵的模块化仪器。它依靠有效的标准化，采用模块化的方式，实现了系列化、通用化以及VXI总线仪器的互换性和互操作性。由于VXI提供了多种常规仪器模块，并与GPIB兼容，而且高度集成，所以很快成为军用测试界公认的军用测试总线。十多年的应用证明，VXI总线具有如下主要优点：

（1）开放式标准使仪器组合灵活和容易；

（2）系统吞吐量增强，减少测试时间或提高性能；

（3）小体积与高密度的设计减少系统占用空间，可以就近放置于待测设备旁进行测试，便于移动与携带；

（4）更精确的定时与同步功能改善测量能力；

（5）标准化VXI即插即用软件简化系统设定、编程及集成；

（6）模块化、坚固的设计提高可靠度、延长失效的平均间隔时间、并降低修复所需时间；

（7）可降低系统研制成本；

VXI总线十多年的应用证明欧式插卡组装技术是其中最成功和可靠的技术，特别适合于嵌入式计算机系统。由于其采用欧式插卡，还具有以下优势：（1）插卡垂向而平行地插入机箱，有利于通风散热；

（2）每块插卡都有金属前面板，便于安装连接器和指示灯；

（3）每块插卡用螺钉锁住，有较强的抗震、抗颤动能力；

（4）采用插入式电源模块，便于维修；

（5）适合安装在标准化工业机架上。

4.VME总线

VME总线是一种高性能总线，支持多处理器系统，总线规范严谨而全面，主要应用于实时信号处理和控制领域。VME总线特点如下：

（1）寻址空间大，数据传输率高，满足高性能微计算机的要求；

（2）在多处理器系统中，其中断机构可保证各处理器之间的相互通信，提高了多处理器系统的性能；

（3）VME易于组成开放式系统。

5. GPIB总线

通用接口总线(General Purpose Interface Bus,简写为GPIB)是由IEEE协会

(Institute of Electrical and Electronic Engineers)规定的一种ANSI/IEEE488标准。典型的GPIB系统由一台PC机、一块GPIB接口卡和若干台BPIB形式的仪器通过GPIB电缆连接而成。GPIB技术可用计算机实现对仪器的操作和控制，替代传统的人工操作方式，可以很多方便地把多台仪器组合起来，形成自动测量系统。

GPIB测量系统的结构和命令简单，主要应用于台式仪器，适合于精确度要求高的，但不要求对计算机高速传输状况时应用。GPIB最高速率为1MBytes/s，传输距离20m，器件容量15台。

PXI总线与VXI总线

VXI和PXI之间的主要差别源于它们各自的底层总线结构不同。VXI基于VME总线，而PXI基于PCI总线，PCI总线多年来一直在台式PC机中广泛应用。由于标准PCI总线最大带宽是132MB/s，标准VME总线只有40MB/s，所以PXI总线更具优势。使用PCI总线的另外一个好处是能够降低系统成本，这是因为各种PCI总线硬件插卡种类齐全、生产厂家多。第三是由于PXI插卡尺寸小，所以它能够为便携式、台式与固定架式装置提供一个通用平台。

VXI总线的不足是受限于VME总线的规范，速度难于提升。VME不是当前计算机总线技术发展的主流，在数据吞吐、即插即用、软件、网络连接等方面不及PCI总线。VME总线采用TTL技术，在64位宽度时TTL电路固有的噪声和信号抖动远高于PXI所使用的PCI总线；VME总线只能使用5V电压，不能满足快速传输和低功耗的要求，而PXI则能使用64位的5V和3.3V信号，并且使用了与VXI相同的组装技术。就传输速度而言，PXI为VXI总线的三倍多，因而在PXI上实现的实时图像采集技术在VXI上却无法实现，限制了其应用领域的拓展。

PXI总线设计技术与CPCI总线的差异

1．在机械结构设计上

PXI系统的硬件由机箱(含电源)、背板和插入式模板组成。模板用欧洲板规格，有两种尺寸：3U(100×160mm)和6U(233.35×160 mm)。3U模板上有两个110对接点的IEC标准连接器J1和J2，J1要有32位PCI信号线，J2上有64位PCI信号线。此外，它们还包含有CPCI定义的各种信号线。6U模板上除了J1和J2外，还增加了J3、J4和J5连接器，它们留待将来PXI进一步扩充用。

在PXI机箱内至少有一个系统控制器模板插槽和一个外围模板插槽，插槽

间距为20.32mm。一个PXI总线段最多可连接7个外围模板，若系统需要更多的外围模板，可通过PCI—PCI桥增加总线段。

以上特性是PXI与CPCI在结构上完全兼容的特性，PXI在结构上要求上的区别主要是：PXI规定系统控制器模板安装在1号插槽，如果它需要更大的空间，应向左边扩充。PXI又规定星式触发控制器模板安装在2号插槽，如果系统不需要该模板，2号槽可供其它外围模板用。PXI还参照有关国际标准，在模板的安装方位、强迫风冷的能力和气流方向、产品的工作和存贮环境温度范围、电磁兼容性等方面作了明确的规定。

PXI和CPCI的产品具有完全的互操作性，PXI标准的模板可安装在CPCI 的机箱中使用，反之亦然。当然，在这种情况下，只能实现CPCI的功能，而不能执行PXI特有的功能。

2．在电气技术标准上

PXI所沿用的CPCI电气标准主要有：33MHz时钟频率，32位和64位的数据传输带宽，132MB／S(32位)和264MB／S(64位)的峰值传输率，支持3.3V的电源环境和即插即用技术，PXI所沿用的CPCI电气标准有PCI—PCI桥扩展总线段技术标准等。

在PCI和CPCI标准基础上PXI增加的电气标准主要有以下几种：

（1）系统参考时钟：PXI为外围模板提供精度为土100ppm的10MHz公用参考时钟，它可作为多个模板的同步信号。它在背板上的实现提供了严格定义的，低失真的信号。

（2）触发信号总线：PXI规定了8条非常灵活的公共触发总线，可用于模板之间的同步与通信。例如，用户能够使用触发线同步7个不同的PXI模块的操作。

（3）星式触发信号线：PXI有13条星式触发信号线，它们从星式触发控制器插槽分别引向不同的外围插槽，而且采用了等线长技术，所以星式触发信号线可以用作向多个模块发送非常精确的触发信号；主要有两个优点：首先可以保证系统中的每个模块具有单独的触发总线。其次。保证了与单一触发点的低失真连接。它们还可以用作接收外围模板的状态和响应信号。

(4) 本地总线：PXI的局部总线是一种用户可定义的菊花链总线，它连接每个外围插槽及其相邻插槽，共有l 3根线。从高速的TTL信号到高达42V的模拟

信号都可以在本地总线上传送。本地总线还可以作为高速旁路的通信路径，而且不影响PXI的数据传输带宽。

3．在软件结构上

PXI软件结构的最大特点是参考了计算机和仪器接口最成功最流行的软件标准，PXI规定系统控制器模板和外围模板必须支持windows95或windows NT，其软件技术规范源于现有的台式计算机软件技术并受其推动。这一规定使得Microsoft、Borland C++、Visual Basic 、Lab View和Lab Windows／CVI等语言都可作为开发PXI系统应用软件的平台。PXI还规定制造商要提供外围模板驱动软件、系统模板的系统配置和初始化文件pxisys.ini和机箱的初始化文件chassis.ini等资料，以便用户能迅速地配置和优化系统的资源。

PXI支持VXI plug & play系统联盟推荐的虚拟仪器软件结构(Virtual instrument Software Architecture，简称VISA)，可用于配置VXI、GPIB、串口和PXI仪器的控制。而CPCI驱动程序的开发一般采用WINDOWDRIVER。

总之，以上说明了在机械、电气、软件方面的差异，我们认为：在某些应用领域在需要精确的定时应用时，PXI总线提供的系统参考时钟、触发总线、星式触发信号线、能够保证比较好的定时和同步功能，较CPCI总线有明显的优势。在模块间存在大量数据传输时，也可考虑PXI本地总线的特性。

CPCI如今在市场上得到了广泛的应用，其开发技术成熟支持厂商众多，PXI 仍一时无法动摇其地位。PXI比CPCI增加了许多扩展，几乎占满PXI系统的J2，这样虽然增加了很多功能但也减少了板卡开发的灵活性。例如：PXI无法实现CPCI的后走线，而后走线正是CPCI平台的优点之一。CPCI产品标准允许外围板卡通过J2/P2，J3/P3，J4/P4及J5/P5接插件，经由后走线模组将插头由机箱后部引出，在维修时不必拆除电缆，便于处理故障和维修。在高振动/冲击，如场合果采用军品级的接插件，可以提供可靠的连接方式，大幅度地降低系统出现接触不良的机率。把系统中大部分插头转移至后走线部分，不仅方便进行维修，也可以使系统前面板留出更多空间用来安装LED，便于监视系统的状态，操作介面便于使用，不至因众多的连线、电缆而妨碍观察和操作。后走线式插卡同时也可以提供系统内部信号连接。

现场总线

现场总线（Fieldbus）是近年来迅速发展起来的一种工业数据总线，它主要

解决工业现场的智能化仪器仪表、控制器、执行机构等现场设备间的数字通信以及这些现场控制设备和高级控制系统之间的信息传递问题。由于现场总线简单、可靠、经济实用等一系列突出的优点，因而受到了许多标准团体和计算机厂商的高度重视。

现场总线性能对照

RS485总线接口引脚定义及说明

RS485总线标准是工业中（考勤，监控，数据采集系统）使用非常广泛的双向、平衡传输标准接口，支持多点连接，允许创建多达32个节点的网络；最大传输距离1200m，支持1200 m时为100kb/s的高速度传输，抗干扰能力很强，布线仅有两根线很简单。 RS485通信网络接口是一种总线式的结构，上位机（以个人电脑为例）和下位机（以51系列单片机为例）都挂在通信总线上，RS485物理层的通信协议由RS485标准和51单片机的多机通讯方式。由于RS-485是从RS-422基础上发展而来的，所以RS-485许多电气规定与RS-422相仿。如都采用平衡传输方式、都需要在传输线上接终接电阻等。RS-485可以采用二线与四线方式，二线制可实现真正的多点双向通信。下面介绍以下rs485通讯接口定义的标准 1.英式标识为TDA(-) 、TDB(+) 、RDA(-) 、RDB(+) 、GND 2.美式标识为Y 、Z 、A 、B 、GND 3.中式标识为TXD(+)/A 、TXD(-)/B 、RXD(-) 、RXD(+)、GND rs485两线一般定义为: "A, B"或"Date+,Date-" 即常说的：”485＋，485－” rs485四线一般定义为： "Y,Z,A, B," 一般rs485协议的接头没有固定的标准，可能根据厂家的不同引脚顺序和管脚功能可能不尽相同，但是官方一般都会提供产品说明书，用户可以查阅相关 rs485管脚图定义或者引脚图上图中rs232转rs485电路中hin232（max232可以起到同样的作用但是要贵一点）起到转

换pc端rs232接口电平的作用，然后把信号由max485这个芯片转换成485电平由AB两根线输出，如果接上双绞线信号rs485总线接口的信号的通信距离至少是1千米远。

几种现场总线技术的介绍比较

几种现场总线技术的介绍比较 ---- [编者按]: 现场总线技术是自动化领域计算机、通讯和网络技术的发展而发展起来的新兴技术，它是先进的电子技术、仪表技术、计算机技术和网络技术的集成体。现场总线（Filedbus）是在生产现场用于连接智能现场设备的数字式、双向传输、多分支结构的通讯网络，现场总线控制系统FCS（Filedbus control system）则是基于现场总线的自动控制系统，即以现场总线作为工厂底层网络，通过网络集成而构成的自动控制系统网络，按照公开、规范的通讯协议在智能设备之间、智能设备与远程计算机之间实现数据传输和信息交换，从而实现控制与管理一体化的综合自动控制系统。纵观控制系统的发展过程，任何一种新的控制系统的出现都是针对旧的控制系统存在的缺陷而给出的解决方案，并在用户需求和市场竞争等外部因素的推动下占据主导地位，现场总线和现场总线控制系统的产生和发展也经历了同样的过程。[FCS的发展与历史] 现场总线技术(FCS)简介现场总线（Fieldbus）是80年代末、90年代初国际上发展形成的，用于过程自动化、制造自动化、楼宇自动化等领域的现场智能设备互连通讯网络。它作为工厂数字通信网络的基础，沟通了生产过程现场及控制设备之间及其与更高控制管理层次之间的联系。它不仅是一个基层网络，而且还是一种开放式、新型全分布控制系统。这项以智能传感、控制、计算机、数字通讯等技术为主要内容的综合技术，已经受到世界范围的关注，成为自动化技术发展的热点，并将导致自动化系统结构与设备的深刻变革。国际上许多实力、有影响的公司都先后在不同程度上进行了现场总线技术与产品的开发。现场总线设备的工作环境处于过程设备的底层，作为工厂设备级基础通讯网络，要求具有协议简单、容错能力强、安全性好、成本低的特点 :具有一定的时间确定性和较高的实时性要求,还具有网络负载稳定，多数为短帧传送、信息交换频繁等特点。由于上述特点，现场总线系统从网络结构到通讯技术，都具有不同上层高速数据通信网的特色。所谓PAC，ARC咨询公司率先提出这一概念，他们提出，“目前自动化技术领域出现了一种新的发展趋势，即高端PLC的功能正在接近小型DCS和SCADA系统的功能，而同时一种新兴的技术——可编程自动化控制器（PAC）的出现，开始改变PLC市场格局。相比PLC，这种PAC产品具有更强的通讯能力，更大的存储容量和更快的CPU速度，使PLC成为一种通用的自动化平台组件。”同时，他们还对PAC的概念进行了详细定义：诸如在一种平台上实现逻辑控制、传动控制、运动控制和过程控制等多种功能；具有公用对象标记和统一数据库的多学科开发平台；控制软件允许用户根据多个设备或多个过程单元之间的过程流进行控制设计具有开放和模块化的结构，无论是工厂的机械设计还是过程行业的单元运行，都能满足其生产过程特点；网络接口和编程语言等都采用事实上的工业标准，能够实现不同供应商的

AMBA_AXI总线中文详解

AXI总线协议资料整理第一部分： 1、AXI简介：AXI（Advanced eXtensible Interface）是一种总线协议，该协议是ARM公司提出的AMBA（Advanced Microcontroller Bus Architecture）3.0协议中最重要的部分，是一种面向高性能、高带宽、低延迟的片内总线。它的地址/控制和数据相位是分离的，支持不对齐的数据传输，同时在突发传输中，只需要首地址，同时分离的读写数据通道、并支持显著传输访问和乱序访问，并更加容易就行时序收敛。AXI 是AMBA 中一个新的高性能协议。AXI 技术丰富了现有的AMBA 标准内容，满足超高性能和复杂的片上系统（SoC）设计的需求。 2、AXI 特点：单向通道体系结构。信息流只以单方向传输，简化时钟域间的桥接，减少门数量。当信号经过复杂的片上系统时，减少延时。支持多项数据交换。通过并行执行猝发操作，极大地提高了数据吞吐能力，可在更短的时间内完成任务，在满足高性能要求的同时，又减少了功耗。独立的地址和数据通道。地址和数据通道分开，能对每一个通道进行单独优化，可以根据需要控制时序通道，将时钟频率提到最高，并将延时降到最低。第二部分：本部分对AXI1.0协议的各章进行整理。第一章本章主要介绍AXI协议和AXI协议定义的基础事务。 1、AXI总线共有5个通道分别是read address channel 、write address channel 、read data channel 、write data channel、write response channel。每一个AXI传输通道都是单方向的。 2、每一个事务都有地址和控制信息在地址通道（address channel）中，用来描述被传输数据的性质。 3、读事务的结构图如下：

五种总线介绍1

五种总线介绍总线（Bus）是计算机各种功能部件之间传送信息的公共通信干线，它是由导线组成的传输线束，按照计算机所传输的信息种类，计算机的总线可以划分为数据总线、地址总线和控制总线，分别用来传输数据、数据地址和控制信号。总线是一种内部结构，它是cpu、内存、输入、输出设备传递信息的公用通道，主机的各个部件通过总线相连接，外部设备通过相应的接口电路再与总线相连接，从而形成了计算机硬件系统。在计算机系统中，各个部件之间传送信息的公共通路叫总线，微型计算机是以总线结构来连接各个功能部件的。以下为大家介绍五种总线。 Dupline总线： Dupline是一种现场及安装总线，为建筑自动化、配水、能源管理、铁路系统及其它领域提供独一无二的解决方案。该系统能通过普通双芯线缆传输数字和模拟信号达数公里距离。系统采用模块化设计，操作原理简单，即使是新手也能很快在现有或新的应用领域熟练使用该系统。解决方案设计将各种Dupline模块产品结合起来，包括数模I/O模块、可编程逻辑控制器(PLC)和个人计算机接口、人机界面和调制解调器。安装的所有模块连接到同一条双芯线缆，以在模块间以及中央控制器和模块间实现数据交换。 Dupline总线的应用： Dupline通常用作远程I/O系统，在现场装置（如传感器、接触器、阀门和按钮等）和中央监测控制器（PLC、个人计算机或Dupline控制器）之间建立连接。但是当信号通过点对点的方式传输，不需要控制器或其它智能装置时，Dupline还可用作简单的接线替代系统。（Dupline信号不仅可以通过铜线传输，也可通过光缆、无线电调制调解器、租赁电话线或GSM调制调解器传输。自1986年以来，Dupline已在全球安装了超过10万个系统，为其出色的性能提供了强有力的佐证。） Dupline总线的优点和特性：传输距离达10公里，不需要中继器，操作简便，高度抗噪，自由拓扑，灵活，无特殊线缆要求，可利用原有线缆，有总线供电设备，与PLC和个人计算机接口灵活连接，通过GSM调制调节器、无线电调制调解器或光缆传输性能经10万个已安装系统证明，低本高效。 DeviceNet现场总线： DeviceNet现场总线是一种开放、低成本的网络解决方案。它将可编程控制器、操作员终端、传感器、光电开关、电动机起动器、驱动器等现场智能设备连接起来，减少了I/O接口和布线数量，实现了工业设备的网络化和远程管理。由于采用了许多新技术及独特的设计，与其它现场总线相比，它具有突出的高可靠性、实时性和灵活性。主要技术特点可归纳为：（1）采用CAN物理层和数据链路层规约，使用CAN规约芯片，得到了国际上主要芯片制造商的支持；（2）网络上可以容纳多

几种常见的现场总线简介

几种常见的现场总线简介从1984年IEC开始制订现场总线国际标准至今，经过16年的努力和有关各方的协商妥协，最终，采用包括8种类型现场总线的IEC6lI58标准，并于1999年底的投票中得以通过。 2.1 Type l IEC技术报告（即FF H1）FF H1现场总线的网络协议是按照ISOOSI参考模型建立的，它由物理层、数据链路层、应用层，以及考虑到现场装置的控制功能和具体应用而增加的用户层组成。基金会现场总线（FF）是Type1现场总线的一个子集（Subset）。 2.2 Type 2 ControlNet ControlNet现场总线得到美国Rockwell公司支持。它采用了一种新的通信模式：生产者/客户（Producer/Consumermodel）模式。这种模式允许网络上的所有节点，同时从单个数据源存取相同的数据。这种模式最主要的特点是增强了系统的功能，提高了效率和实现精确的同步。 2.3 Type 3 Profibus Profibus得到德国Siemens公司支持。Profibus数据链路层总线存取有两种方式，即令牌环（Token-Ring）方式和主站/从站（Master/Slave）方式。Profibus系列由3个兼容部分组成，即Profibus-DP、Profibus-FMS和Profibus-PA。Profibus-DP适用于设备级控制系统与分散I/O之间高速通信，它使用物理层、数据链路层以及用户接口。Profibus-FMS适用于车间级监控网络，是一个令牌结构、实时多主网络。Profibus-PA专为过程自动化设计，它能够将变送器和执行器连接到一根公共总线，符合IEC61158.2物理层规范，

AMBAAXI总线详解

AXI 总线协议资料整理第一部分： 1、AXI 简介：AXI (Adva need eXte nsible In terface 是一种总线协议，该协议是ARM 公司提出的AMBA( Advanced Microcontroller Bus Architecture)3.0 协议中最重要的部分，是一种面向高性能、高带宽、低延迟的片内总线。它的地址/控制和数据相位是分离的，支持不对齐的数据传输，同时在突发传输中，只需要首地址，同时分离的读写数据通道、并支持显著传输访问和乱序访问，并更加容易就行时序收敛。AXI 是AMBA 中一个新的高性能协议。AXI 技术丰富了现有的AMBA标准内容，满足超高性能和复杂的片上系统(SoC)设计的需求。 2、AXI 特点：单向通道体系结构。信息流只以单方向传输，简化时钟域间的桥接，减少门数量。当信号经过复杂的片上系统时，减少延时。支持多项数据交换。通过并行执行猝发操作，极大地提高了数据吞吐能力，可在更短的时间内完成任务，在满足高性能要求的同时，又减少了功耗。独立的地址和数据通道。地址和数据通道分开，能对每一个通道进行单独优化，可以根据需要控制时序通道，将时钟频率提到最高，并将延时降到最低。第二部分：本部分对AXI1.0 协议的各章进行整理。第一章本章主要介绍AXI 协议和AXI 协议定义的基础事务。 1 、AXI 总线共有5 个通道分别是read address channel 、write address channel 、read data channel、write data channe、l write response ehanne。每一个AXI传输通道都是单方向的。 2、每一个事务都有地址和控制信息在地址通道( address channel 中，用来描述被传输数据的性质。 3、读事务的结构图如下：

主流现场总线简介

主流现场总线简介下面就几种主流的现场总线做一简单介绍。 1、基金会现场总线（FoundationFieldbus 简称FF）这是以美国Fisher-Rousemount公司为首的联合了横河、ABB、西门子、英维斯等80家公司制定的ISP协议和以Honeywell公司为首的联合欧洲等地150余家公司制定的WorldFIP协议于1994年9月合并的。该总线在过程自动化领域得到了广泛的应用，具有良好的发展前景。基金会现场总线采用国际标准化组织ISO的开放化系统互联OSI的简化模型（1，2，7层），即物理层、数据链路层、应用层，另外增加了用户层。FF分低速H1和高速H2两种通信速率，前者传输速率为31.25Kbit/秒，通信距离可达1900m，可支持总线供电和本质安全防爆环境。后者传输速率为1Mbit/秒和2.5Mbit/秒，通信距离为750m和500m，支持双绞线、光缆和无线发射，协议符号IEC1158-2标准。FF的物理媒介的传输信号采用曼切斯特编码。 2、CAN（ControllerAreaNetwork 控制器局域网）最早由德国BOSCH公司推出，它广泛用于离散控制领域，其总线规范已被ISO国际标准组织制定为国际标准，得到了Intel、Motorola、NEC等公司的支持。CAN协议分为二层：物理层和数据链路层。CAN的信号传输采用短帧结构，传输时间短，具有自动关闭功能，具有较强的抗干扰能力。CAN 支持多主工作方式，并采用了非破坏性总线仲裁技术，通过设置优先级来避免冲突，通讯距离最远可达10KM/5Kbps/s，通讯速率最高可达40M /1Mbp/s，网络节点数实际可达110个。目前已有多家公司开发了符合CAN协议的通信芯片。 3、Lonworks 它由美国Echelon公司推出，并由Motorola、Toshiba公司共同倡导。它采用ISO/OSI模型的全部7层通讯协议，采用面向对象的设计方法，通过网络变量把网络通信设计简化为参数设置。支持双绞线、同轴电缆、光缆和红外线等多种通信介质，通讯速率从300bit/s至1.5M/s不等，直接通信距离可达2700m（78Kbit/s），被誉为通用控制网络。Lonworks技术采用的LonTalk协议被封装到Neuron（神经元）的芯片中，并得以实现。采用Lonworks技术和神经元芯片的产品，被广泛应用在楼宇自动化、家庭自动化、保安系统、办公设备、交通运输、工业过程控制等行业。 4、DeviceNet DeviceNet是一种低成本的通信连接也是一种简单的网络解决方案，有着开放的网络标准。DeviceNet具有的直接互联性不仅改善了设备间的通信而且提供了相当重要的设备级阵地功能。DebiceNet基于CAN技术，传输率为125Kbit/s至500Kbit/s,每个网络的最大节点为64个，其通信模式为：生产者/客户（Producer/Consumer），采用多信道广播信息发送方式。位于DeviceNet网络上的设备可以自由连接或断开，不影响网上的其他设备，而且其设备的安装布线成本也较低。DeviceNet总线的组织结构是Open

各类总线的介绍

总线一．总线的概念总线是一组用于计算机之间各部件之间进行数据和命令的传送的公用信号线。二．总线的分类（一）总线（微机通用总线）按功能和规范可分为三大类型: (1)片总线(Chip Bus, C-Bus) 又称元件级总线，是把各种不同的芯片连接在一起构成特定功能模块(如CPU模块)的信息传输通路。 (2)内总线(Internal Bus, I-Bus) 又称系统总线或板级总线，是微机系统中各插件(模块)之间的信息传输通路。例如CPU模块和存储器模块或I/O接口模块之间的传输通路。 (3) 外总线(External Bus, E-Bus) 又称通信总线，是微机系统之间或微机系统与其他系统(仪器、仪表、控制装置等)之间信息传输的通路，如EIA RS-232C、IEEE-488等。（现场总线CAN属于外总线）三类总线在微机系统中的地位和关系其中的系统总线，即通常意义上所说的总线，一般又含有三种不同功能的总线，即数据总线DB（Data Bus）、地址总线AB（Address Bus）和控制总线CB

（Control Bus）。（二）总线按照传输数据的方式划分：可以分为串行总线和并行总线。串行总线中，二进制数据逐位通过一根数据线发送到目的器件；并行总线的数据线通常超过2根。常见的串行总线有SPI、I2C、USB及RS232等。（三）总线按照时钟信号是否独立划分：可以分为同步总线和异步总线。同步总线的时钟信号独立于数据，而异步总线的时钟信号是从数据中提取出来的。SPI、I2C是同步串行总线，RS232采用异步串行总线。按照计算机所传输的信息种类，计算机的总线可以划分为数据总线、地址总线和控制总线，分别用来传输数据、数据地址和控制信号。三．各类总线介绍内部总线 1．I2C总线是同步通信的一种特殊形式，具有接口线少，控制方式简化，器件封装形式小，通信速率较高等优点。在主从通信中，可以有多个I2C总线器件同时接到I2C总线上，通过地址来识别通信对象。 2．SPI总线串行外围设备接口SPI是一种同步串行接口，SPI总线是一种三线同步总线，因其硬件功能很强，所以与SPI有关的软件就相当简单，使CPU 有更多的时间处理其他事务。 3．SCI总线串行通信接口SCI是一种通用异步通信接口UART，与MCS-51的异步通信功能基本相同。系统总线 1．ISA总线总线标准是IBM 公司推出的系统总线标准。它是对XT总线的扩展，以适应8/16位数据总线要求。它在80286至80486时代应用非常广泛，以至于现在奔腾机中还保留有ISA总线插槽，ISA总线有98只引脚。 2．EISA总线是在ISA总线的基础上使用双层插座，在原来ISA总线的98条信号线上又增加了98条信号线，也就是在两条ISA信号线之间添加一条EISA信号线。在实用中，EISA总线完全兼容ISA总线信号。 3．VESA总线是一种局部总线，简称为VL(VESA local bus)总线。该总线系统考虑到CPU与主存和Cache 的直接相连，通常把这部分总线称为CPU总线或主总线，其他设备通过VL总线与CPU总线相连，所以VL总线被称为局部总线。它定义了32位数据线，且可通过扩展槽扩展到64 位，使用33MHz时

常用现场总线种类介绍

常用现场总线种类介绍公司内部档案编码：[OPPTR-OPPT28-OPPTL98-OPPNN08]

现场总线综述及应用实例.

现场总线技术综述一.概述现场总线控制系统技术是20 世纪80 年代中期在国际上发展起来的一种崭新的工业控制技术。现场总线控制系统（FCS）的出现引起了传统的PLC 和DCS控制系统基本结构的革命性变化。现场总线系统技术极大地简化了传统控制系统繁琐且技术含量较低的布线工作量，使其系统检测和控制单元的分布更趋合理。更重要的是从原来的面向设备选择控制和通信设备转变成为基于网络选择设备。尤其是20世纪90 年代现场总线控制系统技术逐渐进入中国以来，结合Internet 和Intranet 的迅猛发展，现场总线控制系统技术越来越显示出其传统控制系统无可替代的优越性。现场总线控制系统技术已成为工业控制领域中的一个热点。 1.现场总线的特点现场总线技术实际上是采用串行数据传输和连接方式代替传统的并联信号传输和连接方式的方法，它依次实现了控制层和现场总线设备层之间的数据传输，同时在保证传输实时性的情况下实现信息的可靠性和开放性。一般的现场总线具有以下几个特点：（1）布线简单（2）开放性（3）实时性（4）可靠性2.现场总线的优点由于现场总线以上的特点，特别是现场总线系统结构的简化，使控制系统的设计，安装，投运到正常生产运行以及检修维护，都体现出优越性。 1.节省硬件数量与投资， 2.节省安装费用 3.节省维护开销 4.用户具有高度的系统集成主动权 5.提高了系统的准确性与可靠性 3.现场总线的应用领域目前现场总线技术的应用主要集中在冶金、电力、水处理、乳品饮料、烟草、水泥、石化、矿山以及OEM用户等各个行业，同时还有道路无人监控、楼宇自动化、智能家居等新技术领域。

二．现场总线的标准 1.IEC61158的制定 1984年IEC提出现场总线国际标准的草案。1993年才通过了物理层的标准IEC1158-2,并且在数据链路层的投票过程中几经反复。发展61158现场总线的本意是“排他的和联合的”，各自独立的“现场总线”将给用户带来许多头疼的技术问题，牺牲的是用户的利益。在现场总线领域里，德国派（ISP，Interoperable System Project,可互操作系统规划,是一个以Profibus 为基础制定的现场总线国际组织)和法国派（WORLD FIP）的对持十分激烈，互不相让，以至于IEC无法通过国际标准。1994年6月在国际上要求联合强烈的呼声和用户的压力下，ISP 和World FIP成立了FF(Fieldbus Foundation,现场总线基金会), 推出了FF现场总线。IEC投票的文本就是以FF为蓝本的方案。这是现场总线发展的主流方向。由于FF的目标是致力于建立统一的国际标准，它的成立实质上意味着工业界将摒弃ISP（含PROFIBUS）和WORLD FIP。它的成立导致了德国派ISP 立即解散；法国派（WORLD FIP）已经明确表示不反对IEC的方案，并且可以友好地与IEC方案互联，甚至提出了与FF“无缝连接”方案；而剩下的德国派PROFIBUS因为与FF的方案和技术途径不同，过渡将是非常困难，因此强烈反对IEC方案以保住市场份额。但是PROFIBUS提出的技术理由仅仅是一些支节问题，于是一些评论认为它是出于商业利益的驱动去反对FF，国际上的现场总线之争已经演变成为PROFIBUS的德国派与以FF为代表的“联合派”竞争。有趣的是工业国家的大公司往往“脚踏几条船”加入各种现场总线以获得更多的商业利益，如最能说明问题的是最主要的反对者西门子公司（PROFIBUS主要成员）也参加了FF。这种具有特殊意义事实已经说明了PROFIBUS要与FF对抗在技术上处于明显的劣势。在现场总线国际标准IEC61158中，采用了一带七的类型，即：类型1 原IEC61158技术报告（即FF －H1）类型2 Control Net（美国Rockwell）公司支持类型3 Profibus（德国SIEMENS公司支持）类型4 P-Net（丹麦Process Data公司支持）

AXI_reference_guide(AXI总线设计参考指南)

[Guide Subtitle] [optional] UG761 (v13.1) March 7, 2011 [optional]AXI Reference Guide UG761 (v13.1) March 7, 2011

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LPC总线介绍

在NB电路的架构框图中，我们可以看到PCH和EC之间通过LPC总线连接，在MB板上也会看到EC芯片旁边有一个JDEBUG的connector，其也与LPC总线相连，用于主板诊断。下面将对LPC总线做一些简单介绍，希望能够帮助大家了解LPC的工作原理： 1、LPC总线 LPC（Low Pin Count）是基于Intel 标准的33 MHz 4 bit 并行总线协议（但目前NB系统中LPC的时钟频率为24MHz，可能是由于CPU平台的不断发展导致的，后面会具体分析），用于代替以前的ISA 总线协议，但两者性能相似，都用于连接南桥和Super I/O芯片、FLASH BIOS、EC等设备（由于目前EC芯片中整合了Super I/O功能，所以我们在NB系统中看不到LPC总线上挂有Super I/O芯片了）。传统ISA BUS速率大约在7.159~8.33MHz，提供的理论尖峰传输值为16MB/s，但是ISA BUS与传统的PCI BUS的电气特性、信号定义方式迥异，使得南桥芯片、Super I/O芯片浪费很多针脚来做处理，主板的线路设计也显得复杂。为此，Intel 定义了LPC接口，将以往ISA BUS的地址/数据分离译码，改成类似PCI的地址/数据信号线共享的译码方式，信号线数量大幅降低，工作速率由PCI总线速率同步驱动（时钟同为33MHz），虽然改良过的LPC接口一样维持最大传输值16MB/s，但信号管脚却大幅减少了25~30个，以LPC接口设计的Super I/O芯片、Flash芯片都能享有脚位数减少、体积微缩的好处，主板的设计也可以简化，这也是取名LPC——Low Pin Count的原因。 2、LPC总线的接口管脚 LPC总线由7个必选信号和6个可选信号组成，具体如下表所示：表3-2 LPC总线可选信号列表

常用现场总线种类介绍

常用现场总线种类介绍 1、PROFIBUS Profibus 作为一种快速总线，被广泛应用于分布式外围组件(PROFIBUS-DP)。除了PROFIBUS-DP 和FMS 以外，Beckhoff 还支持驱动器通讯标准PROFIBUS MC。过程现场总线 2、EtherCAT EtherCAT(Ethernet for Control Automation Technology，用于控制和自动化技术的以太网)是一种用于工业自动化的实时以太网解决方案，性能优越，使用简便。 3、Lightbus 这种经过验证的Beckhoff 光纤总线系统具有极为优秀的抗EMI 性能，易于安装，数据流快速、循环且具有确定性。 4、Interbus Interbus 易于配置，通讯快速而可靠。主/从系统的移位寄存器协议可提供高效循环通讯。 5、CANopen 通过有效利用总线带宽，CANopen 可在即使相对较低的数据传输速率时也能实现较短的系统响应时间。秉承了CAN 的传统优点，例如数据安全性高且具备多主站能力。 6、ControlNet ControlNet 是一种开放式标准现场总线系统。该总线协议允许循环数据和非循环数据通过总线同时进行交换，而两者之间互不影响。 7、SERCOS interface SERCOS 最初作为用于驱动器的快速光纤总线系统研发。采用Beckhoff SERCOS 总线耦合器，I/O 设备可以实现高速率数据传输和较短的循环时间。 8、Ethernet 以太网是办公环境中的主流标准。在Beckhoff 以太网产品中，也秉承并发扬了以太网的优点，例如数据传输速率高，与现有网络的简便集成以及广泛的服务和接口等。 9、PROFINET PROFINET 是一种由PNO(PROFIBUS 用户组织)针对开放式工业以太网制定的标准：国际上订立的一种针对通讯的IT 标准(如TCP/IP 协议)。 10、USB USB 已成为PC 技术的标准接口，具有传输速率高，拓扑结构灵活(通过集成集线器)等特点，加上Beckhoff USB 总线耦合器，在距离较短时，该系统可替代现场总线。 11、Modbus Modbus 是一种基于主/从结构的开放式串行通讯协议。可非常轻松地在所有类型的串行接口上实现，已被广泛接受。 12、RS232/RS485 RS232 和RS485 是精典的串行接口，一直被广泛使用。Beckhoff RS485/RS232 I/O模块采用的是易于实现的简单串行通讯协议。 13、CC-Link CC-Link(Control & Communication Link，控制与通信链路)是一种开放式总线系统，用于控制级和现场总线级之间的通讯。应用方面主要以亚洲地区为主。 14、AS-Interface AS interface 通过简单、经济的布线方法，连接传感器、执行器与上位控制层。AS interface 已通过EN 50295 和IEC 62026-2 标准，在国际上实现了标准化。 15、LON LON(Local Operating Network，局部操作网络)是一种能够进行多网络连接的通讯系统，用于分布式应用。 16、EIB EIB(European Installation Bus，欧洲安装总线)是一种用于楼宇布线的总线系统，主要在欧洲得到广泛应用。 17、SNMP 简单网络管理协议 18、QOS 服务质量，解决延时和阻塞的一种技术。 19、CAN 控制器局域网络

AXI总线的一些知识

AXI总线的一些知识 AXI-stream总线简介-LDD 本节介绍的AXI是个什么东西呢，它其实不属于Zynq，不属于Xilinx，而是属于ARM。它是ARM最新的总线接口，以前叫做AMBA，从3.0以后就称为AXI了。 Zynq是以ARM作为核心的，运行时也是第一个“醒”过来，然后找可执行代码，找到后进入FSBL（第一引导阶段），接着找配置逻辑部分的bit文件，找到后就叫醒PL按照bit中的方式运行，再接着找可执行代码，进入SSBL（第二引导阶段），这时就可以初始化操作系统的运行环境，引导像Linux这样的大型程序，随后将控制权交给Linux。Linux运行时可以跟PL进行数据交互。注意了，就在这时候，数据交互的通路，就是我们本节要讲的AXI总线。说白了，AXI就是负责ARM与FPGA之间通信的专用数据通道。 ARM内部用硬件实现了AXI总线协议，包括9个物理接口，分别为AXI-GP0~AXI-GP3，AXI-HP0~AXI-HP3，AXI-ACP接口。如下图黄圈所示。可以看到，只有两个AXI-GP是Master Port，即主机接口，其余7个口都是Slave Port（从机接口）。主机接口具有发起读写的权限，ARM可以利用两个AXI-GP主机接口主动访问PL 逻辑，其实就是把PL映射到某个地址，读写PL寄存器如同在读写自己的存储器。其余从机接口就属于被动接口，接受来自PL的读写，逆来顺受。这9个AXI接口性能也是不同的。GP接口是32位的低性能接口，理论带宽600MB/s，而HP和ACP接口为64位高性能接口，理论带宽1200MB/s。有人会问，为什么高性能接口不做成主机接口呢？这样可以由ARM发起高速数据传输。答案是高性能接口根本不需要ARM CPU来负责数据搬移，真正的搬运工是位于PL中的DMA 控制器。位于PS端的ARM直接有硬件支持AXI接口，而PL则需要使用逻辑实现相应的AXI协议。Xilinx提供现成IP如AXI-DMA，AXI-GPIO，AXI-Datamover都实现了相应的接口，使用时直接从XPS的IP列表中添加即可实现相应的功能。有时，用户需要开发自己定义的IP同PS进行通信，这时可以利用XPS向导生成对应的IP。xps中用户自定义IP核可以拥有AXI-Lite，AXI4，AXI-Stream，PLB和FSL这些接口。后两种由于ARM这一端不支持，所以不用。

AMBA+AXI4总线的研究与实现

硕士学位论文 AMBA AXI4总线的研究与实现 RESEARCH AND IMPLEMENTATION OF AMBA AXI4 BUS 杨舜琪哈尔滨工业大学 2011年12月

国内图书分类号：TN47 学校代码：10213 国际图书分类号：621.3 密级：公开工学硕士学位论文 AMBA AXI4总线的研究与实现硕士研究生：杨舜琪导师：张岩教授申请学位：工学硕士学科：微电子学与固体电子学所在单位：深圳研究生院答辩日期：2011年12月授予学位单位：哈尔滨工业大学

Classified Index: TN47 U.D.C: 621.3 Dissertation for the Master Degree in Engineering RESEARCH AND IMPLEMENTATION OF AMBA AXI4 BUS Candidate：Shunqi YANG Supervisor：Prof. Yan ZHANG Academic Degree Applied for：Master of Engineering Speciality：Microelectronics and Solid-State Electronics Affiliation：Shenzhen Graduate School Date of Defence：December, 2011 Degree-Conferring-Institution：Harbin Institute of Technology

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要随着集成电路设计复杂度的提高和产品上市时间压力的增大，基于IP核复用的SoC（System on Chip）设计已经成为一种重要的设计方法。总线桥的设计和IP核的互连问题已经成为SoC平台中最重要的课题。IP核互连的方法，总线桥的设计以及总线协议决定了SoC平台的性能。AMBA（Advanced Microcontroller Bus Architecture）总线规范由ARM公司定义。它是一组基于ARM核的SoC通信的标准协议。最新的AMBA 4.0总线协议具有带宽高、延迟小和设计灵活等诸多优点，它目前已成为业界首选的高性能总线标准。本文分析并比较了Wishbone总线标准与AMBA 4.0总线标准的异同。根据AMBA 4.0总线标准中AXI4协议和AXI4-Lite协议，设计并实现了总线桥以及互连模块的VLSI结构。本文研究内容主要包含以下三个部分：首先，为了扩充AXI4总线可使用的IP核资源，本文设计了基于Wishbone 总线和AXI4总线的总线桥IP核，包括把基于Wishbone总线的主设备集成到AXI4总线系统的WB/AXI4总线桥，把基于Wishbone总线的从设备集成到AXI4总线系统的AXI4/WB总线桥，把基于Wishbone总线的主设备集成到AXI4-Lite总线系统的WB/AXI4-Lite总线桥和把基于Wishbone总线的从设备集成到AXI4-Lite总线系统的AXI4-Lite/WB总线桥。其次，本文设计了基于AXI4总线的两种互连结构，包括交叉开关（crossbar switch）和分享型总线（share bus）。两种互连结构设计主要模块包括地址解码器和仲裁器。最后，本文针对设计的总线桥和互连结构，使用Verilog HDL语言进行了硬件实现，在ModelSim环境下通过了功能验证，使用ISE13.1工具进行逻辑综合，分析比较了各IP核的性能。从验证和综合来看，本文的IP设计严格遵循Wishbone总线和AMBA4.0总线的协议规范，WB/AXI4总线桥，AXI4/WB总线桥，WB/AXI4-Lite总线桥和AXI4-Lite/WB总线桥在Xilinx公司Virtex5的FPGA芯片上达到的时钟频率分别279MHz，346 MHz，442 MHz和427 MHz，AXI4总线的交叉开关互连结构在284MHz的工作频率下，拥有22.5Gbps的数据吞吐量，AXI4总线的分享型互连结构在342MHz的工作频率下，拥有6.7Gbps的数据吞吐量，说明各IP 核都具备高速的数据传输能力，完全可以胜任实际应用。关键词：互连总线；AMBA AXI4总线；Wishbone总线；协议转换

几种典型现场总线的比较与应用

几种典型现场总线的比较与应用摘要：技术是目前正在兴起的一种全新的控制技术。该文阐述了现场总线的技术特点及发展现状，并且对当前典型的几种现场总线做了详细的介绍和对比，以利于现场总线技术的推广应用。。一现场总线的背景及发展状况工业现场控制随着通信、微电子、微处理器等技术的进步而不断的展,60~70年代采用两线制4~20 mA标准信号;进入80年代,微处理器被嵌入到各种仪表设备之中,形成了分布式控制系统(DCS)。在分布式控制系统中,虽然现场仪表因含有微处理器而形成智能现场仪表,但由于是三层结构模式,成本较高,且各公司的DCS系统有各自的标准,不能互联。鉴于以上情况,国外提出了现场总线概念,现场总线是用于智能化现场设备和基于微处理器的控制室自动化系统间的全数字化、多站总线式的双向多信息数字通讯的通迅规程,是互相操作以及数据共享的公共协议。现场总线技术是当今自动化领域技术发展的热点课题,并受到各国自动化设备制造商与用户的广泛关注。它的出现,给工业控制技术领域带来了又一次革命,以现场总线为基础的全数字控制系统———现场总线控制系(FCS)将是21世纪自动控制系统的主流。二现场总线的特点(1)实现自动化仪表技术从模拟数字混合向全数字的转变，自动化系统从封闭式向开放式的转变。(2)不同厂家的产品互操作性与互用性给用户进行系统集成提供了方便，即用户具有高度的系统集成主动权。(3)控制、报协、趋势分析等功能分散到现场级仪表和装置中，简化了上层系统。(4)从根本上改变了现有DCs集中与分散相结合的集散控制系统体系，简化了系统结构，提高了系统的实时性和可靠性 WorldFIP WorldFIP现场总线是以法国几家跨国公司为主开发的是法国标准和欧洲标准。WorldFIP组织目前有100多个会员单。它们在共同研究、开发这项技术的同时也将这项技术推广到了各个应用领域。经过十多年的应用与改进 WorldFIP已经是一项完全成熟的技术具有品种齐全的通信产品和开发工具。WorldFIP现场总线目前已被广泛应用于发电与输配电、楼宇自动化、机械过程、机车、铁路运输、航运和造船、地铁、食品与饮料工业、核工业、化工、航空与航天、汽车制造等多个自动化控制领域。WorldFIP在技术上有很多特点与优势如下 a.实用性。WorldFIP采用IEC物理层标准支持电缆冗余,大部分协议固化在硬件上稳定性强它的生产者/使用者模式和总线仲裁器的调度方式保证了在一条总线上传递大量信息的同时不会干扰时限变量的通信。b.它具极强的抗干扰能力和实时性能完全满足IEC关于电磁兼容性的EMC标准它的通讯模式支持后台传输报文、周期和事件变量保证诊断信息传输不影响实时控制。 c.WorldFIP现场总线不论低速还是高速只有一套通信协议所以不需要任何网桥或网关低速与高速网络的衔接只用软件完成。d.WorldFIP是开放的现场总线 WorldFIP产品的设计者、用户或集成商都可以得到WorldFIP组织的帮助帮助大家在产品开发应用及安装的过程中正确地使用WorldFIP协议及各种器件为客户提供产品规划、硬件设计、软件设计和测试支持等。 b. 2. 基金会现场总线 FF 其前身是以美国Fisher-Rosemount公司为首联合 Foxboro、横河、ABB、西门子等80余家公司制订的ISP协议和以法国阿尔斯通、斯耐德等几家法国公司为首联合欧洲与北美等地的150家公司制订的WorldFIP协议。基金会现场总线得到了过程控制领域自动控制设备的主要供应商的支持。这些公司对工业底层网络的功能需求了解透彻也具备左右该领域现场自控设备发展方向的能力。所以该总线具有相当的权威性。目前它只有低速现场总线协议与产品。低速现场总线速率为 31.25kbps 通信距离可达1900米可加中继器延长可支持总线供电支持本质安全防爆环境。上层直接与工业以太网连接。物理传输介质可支持双绞线、光缆和无线发射协议符合IEC61158-2标准。其物理媒介的传输信号采用曼彻斯特编码。这是一种