嵌入式总线技术简介
史上最详细！嵌入式系统知识和接口技术总结
史上最详细！嵌⼊式系统知识和接⼝技术总结1什么是嵌⼊式IEEE（Institute of Electrical and Electronics Engineers，美国电⽓和电⼦⼯程师协会）对嵌⼊式系统的定义：“⽤于控制、监视或者辅助操作机器和设备的装置”。
原⽂为：Devices Used to Control，Monitor or Assist the Operation of Equipment，Machinery or Plants）。
嵌⼊式系统是⼀种专⽤的计算机系统，作为装置或设备的⼀部分。
通常，嵌⼊式系统是⼀个控制程序存储在ROM中的嵌⼊式处理器控制板。
事实上，所有带有数字接⼝的设备，如⼿表、微波炉、录像机、汽车等，都使⽤嵌⼊式系统，有些嵌⼊式系统还包含操作系统，但⼤多数嵌⼊式系统都是由单个程序实现整个控制逻辑。
从应⽤对象上加以定义，嵌⼊式系统是软件和硬件的综合体，还可以涵盖机械等附属装置。
国内普遍认同的嵌⼊式系统定义为：以应⽤为中⼼，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适应应⽤系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等严格要求的专⽤计算机系统。
⼀个嵌⼊式系统装置⼀般都由嵌⼊式计算机系统和执⾏装置组成,嵌⼊式计算机系统是整个嵌⼊式系统的核⼼，由硬件层、中间层、系统软件层和应⽤软件层组成。
执⾏装置也称为被控对象，它可以接受嵌⼊式计算机系统发出的控制命令，执⾏所规定的操作或任务。
执⾏装置可以很简单，如⼿机上的⼀个微⼩型的电机，当⼿机处于震动接收状态时打开；也可以很复杂，如SONY 智能机器狗，上⾯集成了多个微⼩型控制电机和多种传感器，从⽽可以执⾏各种复杂的动作和感受各种状态信息。
2嵌⼊式系统的组成⼀、硬件层硬件层中包含嵌⼊式微处理器、存储器（SDRAM、ROM、Flash等）、通⽤设备接⼝和I/O接⼝（A/D、D/A、I/O等）。
在⼀嵌⼊式处理器基础上添加电源电路、时钟电路和存储器电路，就构成了⼀个嵌⼊式核⼼控制模块。
嵌入式SoC片上总线技术的研究
１ 引 言
大规模集成 电路 的复杂度依 旧依 照摩 尔定 律， 即每 １ 个月单位元件数量增加一倍的速度在 ８
展 ， 定 了一些 Ｏ Ｂ标 准 ， 中影 响 较 大使 用 较 制 Ｃ 其 多 的有 Ａ Ａ 总线 、 ｏ Ｃ ｎｅｔ 线 、 ｓｂｎ ＭＢ Ｃｒ ｏｎｅ 总 ｅ Ｗｉ ｏｅ ｈ
（ ｒｇ 相连。 Ｂ ｄｅ） ｉ ２ １ Ａ Ａ 总线 ． ＭＢ Ａ Ａ Ａ ｖｎ ｅ ｃ ＭＢ （ ｄ ａｃ ｄＭｉ ｏ—ｃｎｒＵ ｒ ｕ ｒ ｉ ｒ ｏｔ ｅ ｓ ｃ — ｏ Ｂ Ａ ｈ
ｔ ｔ ｅ 总线是 Ａ Ｍ公 司研发 的一种适合用于高 ｅｕ ） ｃｒ Ｒ
性能嵌入式系统的总线 ， 它是一种基本的 ＳＣ总 ｏ
三种总线 ： Ｈ 、 Ｓ 、 Ｐ Ａ Ｂ Ａ Ｂ Ａ Ｂ总线 ， 他们是可 以组合 使用的不 同类型的总线 ：
（ １）Ａ ＨＢ （Ａ ｖｎ ｅ Ｈ【 — ｐｒ ｒ ｎ ｅ ｄ ａ ｃｄ ｉ ｇ ｈ ｅｆ ｍａ ｃ ｏ
连总线 ， 支持低性能 的外 围接 口。它是一个 经过 优化的可以减少系统功耗和降低外设接 口 设计复 杂度的外设总线 ，Ｐ Ａ Ｂ总 线 可 以 连 接 在 Ａ Ｂ 和 Ｈ
Ａ Ｂ系统 总线 上 。 Ｓ 典 型 的基于 Ａ Ａ ２ ０的总线 结 构框 图如 图 ＭＢ ．
Ｂ ｓ ： 于连接 高性能 和高 时钟频 率 的系统模 ｕ） 用 块。它支持突发数据传输方式及单个数据传输方
式， 所有 时序 参 考 同一个 时钟 沿 。它 主 要 用 于连
接高 吞 吐量 的设备 ， Ｃ Ｕ， 如 Ｐ 片上 存储 器 ， ＭＡ设 Ｄ
请求信号 ， 其特点是高速、 宽带宽。外围总线由于
嵌入式概述
1.Nor flash称为或非型闪存，或者Nor闪存。
Nor flash存储器的每个记忆单元使用一个晶体管。
每个晶体管有一个字线和位线与之相连。
当读数据时，选中的字线上的栅极为高电平，因此位线上的电平逻辑取决于晶体管的逻辑，如果为1则导通，输出为1；为0则截止，输出为0；其逻辑功能类似于nor门。
Nand flash：称为与非型闪存，或者NAND闪存。
读数据时被选中的字线加高电平，未选中的字线上的存储单元都是导通的，被选中的存1则输出1，位线为高电平；存0则输出0，位线为低电平。
逻辑功能类似于与非门。
Sdram;同步动态随机访问存储器，它是在标准dram中加入同步控制逻辑，利用一个系统的时钟同步所有的地址数据和控制信号，使sdram的时钟频率与cpu前端总线时钟频率相同。
从而实现存储器读写速度与cpu速度保持一致。
Cisc：是指复杂指令集计算机，是指采用一整套计算机指令进行操作的计算机。
Risc：是指精简指令集计算机，降低绝大多数机器指令的复杂程度，尽可能做到在一个时钟周期完成一条指令的执行。
流水线技术：在计算机指令执行技术中，各个阶段相互独立，因此cpu内部的指令译码执行逻辑电路可以设计成分级的处理部件，实行流水线处理。
2 嵌入式系统的定义国内流行的较为完整和规范的定义：嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，软件硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。
嵌入式系统也是一个计算机系统，但与通用计算机系统相比，它具有以下一些特点：1、与应用密切相关，执行特定功能：任何一个嵌入式系统都和特定应用相关，用途固定。
2、具有实时约束：嵌入式系统都是实时系统，都有时限要求。
若违反实时约束则可能使系统瘫痪或不可用。
3、嵌入式操作系统一般为多任务实时操作系统。
由于嵌入式系统处理的外部事件通常有多个，而且具有分布和并发的特点，因此要求嵌入式操作系统必须是多任务实时操作系统。
cPCI总线
摘要：介绍了基于cPCI总线的新一代嵌入式遥测前端处理器的体系结构设计和通用OEM硬件选择，重点介绍了多功能双路PcM分路器板的设计与实现，简述了遥测前端处理器中的软件。
关键词：嵌入式遥测前端处理器cPCI总线分路器遥测数据处理系统在航空、航天等军工试验领域有着广泛的应用。
在航空飞行试验中．遥测数据处理系统为各类试飞测试数据的实时处理提供了手段和平台，是试飞员、试飞指挥员及试飞工程师协同完成新机试飞必不可少的重要设施，是确保现代飞机试飞安全、提高试飞效率、缩短试飞周期、实现综合试飞的重要手段。
遥测数据处理系统中的核心设备——遥测前端处理器，技术上经历了从分立式、智能式到嵌入式的快速发展。
我国遥测前端处理器的研发经历了从引进、合作研制到完全自行研制的历程。
遥测前端处理器是一套嵌入式实时计算机系统，承担着遥测PCM数据的同步、分路、工程单位转换、数据计算、数据分配等实时处理任务。
它和遥测系统管理服务器、工作站等设备通过网络联接和系统集成，组成当前流行的基于C／S结构的遥测数据处理系统。
可以说，遥测前端处理器的技术水平代表了遥测数据处理系统的技术水平。
1 系统功能和主要技术指标遥测前端处理器的功能简单地说，就是把来自遥测接收设备送来的多路串行PCM(Pulse Code Modulati on)数据流进行同步、分路、合并、存储，并对转换后的并行数据进行工程单位转换、导出参数计算等实时处理，通过网络把数据传送给显示工作站。
再通过遥测记录数据重放，为用户提供同实时方式一样的处理功能和更为详细的数据分析功能。
遥测前端处理器主要技术指标为：(1)可同时完成2路PCM数据流的同步和分路，每路PCM速率不大于20Mbps。
(2)实时数据处理速率：20Mbps。
(3)数据传输：交换式以太网、网络带宽1000Mbps、广播方式和“点对点”方式。
(4)数据存储：满足在最大速率下数据存储不丢失，磁盘容量满足不小于4小时的记录时间。
什么是PC104
什么是PC/104PC/104(pc104)是一种嵌入式的总线规范。
提到PC/104，我们就必须提及著名的ISA总线，因为这二者之间有着天然的联系。
1981年，美国IBM公司制造出了世界上第一台个人计算机——PC机，与此同时，IBM 提出了PC总线（PC/XT总线），这是一种8位总线。
1984年，提出PC/AT总线，这是一种16位总线。
而为了开发与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（工业标准架构：IndustryStandardArchitecture）总线。
1987年IEEE正式制订了ISA总线标准。
PC/104(pc104)是ISA(IEEE-996)标准的延伸。
1992年PC/104作为基本文件被采纳，叫做IEEE-P996.1兼容PC嵌入式模块标准。
PC/104是一种专门为嵌入式控制而定义的工业控制总线。
IEEE-P996是ISA工业总线规范，IEEE协会将它定义IEEE-P996.1，PC/104实质上就是一种紧凑型的IEEE-P996，其信号定义和PC/AT基本一致，但电气和机械规范却完全不同，是一种优化的、小型、堆栈式结构的嵌入式控制系统。
其小型化的尺寸（90x96mm），极低的功耗（典型模块为1－2瓦）和堆栈的总线形式(决定了其高可靠性)，受到了众多从事嵌入式产品生产厂商的欢迎，在嵌入式系统领域逐渐流行开来。
截止目前，全世界已有200多家厂商在生产和销售符合PC/104规范的嵌入式板卡。
实际上，早在PC/104规范诞生之前，1987年就产生了世界上第一块PC/104板卡，由于其固有的优点，在国际上制订统一的规范之前，一直有许多厂商在生产类似的嵌入式板卡。
到了1992年，由业界著名的RTD公司和AM PRO公司等12家从事嵌入式系统开发的厂商发起，组建了国际PC/104协会，得到了全世界众多厂商纷纷响应，从此PC/104技术的发展走上了康庄大道。
Pyxos技术介绍
表 1 Pyxos 芯片管脚资料
名称 CS_ INT_ SCLK MOSI MISO COUT GND XIN XOUT GND VBIAS VDD3 NET_B GND NET_A VDD3 GND GND RST_ INST/MD GND
管脚编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
六、结束语
Pyxos 平台是一个专用的嵌入式控制网平台。它是一个低成本的、能够提供 确定性操作的解决方案，支持自组织网络安装，不使用任何网络安装工具，网络 连线支持无极性通信，对安装人员的技术没有特别要求。Pyxos 能无缝地和 GB/Z 20177 LONWORKS 网络以及互联网连接在一起，适合各种应用的要求。
15 NETP
13 NETN
1 PB5
vdd3 100p
100p
20
Pyxos IC
JOIN/MD
6 COUT
19 RST_
VBIAS 11
XOUT XIN
GND
9 vdd3 R2
8 10 17 18 14 7 21
10.5k 10 MHz
0.1u 0.1u
0.1u
图 5 使用 Atmel Tiny13 的 Pyxos Point 节点设计框图
芯片底部
类型 数字 I/O 数字 I/O 数字输入 数字 I/O 数字 I/O 数字输出 地 振荡器输入 振荡器输出 地 模拟输出 电源 模拟 I/O 地 模拟 I/O 电源 地 地 数字 I/O 数字输入 地
内容 片选输入或通用 GPIO2 中断输出或通用 GPIO3 SPI 时钟输入 SPI 输入或通用 GPIO0 SPI 输出或通用 GPIO1 时钟输出／三态输出 地 晶体振荡器输入 晶体振荡器输出 地 偏置电压输出 3.3V 电源 网络负信号 TX/RX Ground 网络正信号 TX/RX 3.3V 电源 地 地 复位输入／输出 安装／模式输入脚 地
VME总线的结构和工作原理解析
总线的基本概念
VME总线的主要特点：
• • • • • • •
结构：Master/Slave 数据传输方式：异步传输，复用/非复用周期 地址宽度：16/24/32/40/64 bit 数据宽度：8/16/24/32/64 bit 中断级别：7级 多处理器能力：支持1~21个处理器 数据传输速率：0 - 500+ Mbyte/sec
LWORD*
BERR*
DTACK*
DTB的控制机制和工作时序
4. 字节组 只有两个最低有效位地址不相同的一组字节地址单 元称为4字节组
种类
字节（0） 字节（1） 字节（2） 字节（3）
字节地址
XXXX…XXXXX00 XXXX…XXXXX01 XXXX…XXXXX02 XXXX…XXXXX03
DTB的控制机制和工作时序
VME总线的结构和主要功能模块
CPU插件板 系统控制器插件板
数据处理设备
输入输出插件板 存储器插件板
数据输入输 出设备 数据 存储 设备
主 设 备
IAC 系统 串行 K菊 总线 电源 裁决 时钟 时钟 监视 花链 定时 器 驱动 驱动 器 驱动 器 器 器 器 地址 单元 请求 监视 器 器
中 断 器
DTB的控制机制和工作时序
9. 数据传送承认（DATCK*）
中断 处理 器
请 求 器
从 设 备
中 断 器
从 设 备
底板接口 逻辑
底板接口逻辑
底板接口逻辑
底板接口逻辑
DTB 优先级中断 DTB裁决 公用
VME总线的结构和主要功能模块
VME总线功能分类：
• 数据传送（DTB） • DTB裁决 • 优先权中断 • 公用
嵌入式UART转CAN应用案例
嵌入式UART转CAN应用案例在如今CAN总线应用越来越广泛的今天，很多人都开始学习使用这一技术，但是由于CAN总线协议的复杂度，不少IT新人只能浅尝辄止。
本文将介绍如何致远电子的嵌入式UART 转CAN模块来解决这一问题。
一、CSM100产品简介CSM100系列UART转CAN模块是集成微处理器、CAN-bus 控制器、CAN-bus收发器、DC-DC 转换、高速光电隔离于一体的嵌入式UART 转CAN 模块，用户可以不深入了解CAN-bus的相关知识，利用此芯片操作CAN-bus就如同操作UART 一样方便。
模块具有2种转换方式包括透明转换方式和透明带标示转换方式。
其中透明转换方式会预先设定数据帧ID，串口只需要发送报文数据段信息，其余信息模块会自动填充完整。
透明带标识转换方式通过既定的协议格式可以将CAN总线报文的类型、ID转发到串口数据的相应字段。
这两种方式在不同应用场景下灵活组合可以实现多种功能。
图 1 CSM100实物、结构图二、应用方案CSM100这个小模块不仅仅是做串口与CAN数据的转换，在很多应用场景中起着必不可少的作用。
下面就来介绍一下。
1、为缺少CAN控制器的单片机提供CAN接口虽然如今已经不再是51单片机横行的时代，但是仍然不是所有的MCU都具备CAN控制器，如果在某个项目中需要扩展CAN通讯而恰好我们的主控平台没有CAN外设，那么选择CSM100就是一个绝佳的选择。
只要主控上还有多余的URAT资源就可以利用它轻松的扩展。
扩展方式如图2所示。
图 2 为缺少CAN控制器的单片机提供CAN接口2、为点对点设备提供组网条件我们都知道CAN总线是一种多主总线，可以实现多节点组网通讯，自带优先级仲裁机制，可有效防止数据冲突。
基于这一优点，可以利用CSM100模块为点对点通讯设备提供组网的条件。
例如，某些串口接口的传感器，如果我们需要把多个传感器的数据读到MCU 而MCU的串口数量不足怎么办呢？如图3所示，与传感器对接的CSM100模块设定为透明转换模式，并通过设定不同的地址ID 加以区分。
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嵌入式总线技术简介
1.总线基础
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。
2.总线的工作原理
当总线空闲（其他器件都以高阻态形式连接在总线上）且一个器件要与目的器件通信时，发起通信的器件驱动总线，发出地址和数据。
其他以高阻态形式连接在总线上的器件如果收到（或能够收到）与自己相符的地址信息后，即接收总线上的数据。
发送器件完成通信，将总线让出（输出变为高阻态）。
3.总线的分类
A.按功能和规范分。
（如图1所示）
图1三类总线在微机系统中的地位和关系
(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。
它的宽度可以是8、16、32、或64位。
目前比较流行的几种内部总线技术：I2C总线、SCI总线等。
(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。
常用的有PC总线、AT总线（ISA总线）、PCI总线等。
(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。
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）。
有的系统中，数据总线和地址总线是复用的，即总线在某些时刻出现的信号表示数据而另一些时刻表示地址；而有的系统是分开的。
51系列单片机的地址总线和数据总线是复用的，而一般PC中的总线则是分开的。
“数据总线DB”用于传送数据信息。
数据总线是双向三态形式的总线，即他既可以把CPU的数据传送到存储器或I／O接口等其它部件，也可以将其它部件的数据传送到CPU。
数据总线的位数是微型计算机的一个重要指标，通常与微处理的字长相一致。
例如Intel 8086微处理器字长16位，其数据总线宽度也是16位。
需要指出的是，数据的含义是广义的，它可以是真正的数据，也可以是指令代码或状态信息，有时甚至是一个控制信息，因此，在实际工作中，数据总线上传送的并不一定仅仅是真正意义上的数据。
“地址总线AB”是专门用来传送地址的，由于地址只能从CPU传向外部存储器或I／O端口，所以地址总线总是单向三态的，这与数据总线不同。
地址总线的位数决定了CPU可直接寻址的内存空间大小，比如8位微机的地址总线为16位，则其最大可寻址空间为2^16＝64KB，16位微型机（x位处理器指一个时钟周期内微处理器能处理的位数（1 、0）多少，即字长大小）的地址总线为20位，其可寻址空间为2^20＝1MB。
一般来说，若地址总线为n位，则可寻址空间为2^n字节。
“控制总线CB”用来传送控制信号和时序信号。
控制信号中，有的是微处理器送往存储器和I／O接口电路的，如读／写信号，片选信号、中断响应信号等；也有是其它部件反馈给CPU的，比如：中断申请信号、复位信号、总线请求信号、设备就绪信号等。
因此，控制总线的传送方向由具体控制信号而定，一般是双向的，控制总线的位数要根据系统的实际控制需要而定。
实际上控制总线的具体情况主要取决于CPU。
B.按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。
常见并行总线有VME总线和PCI总线等。
串行总线传输速度比并行快，并行总线的时钟一般为33MHz或66MHz。
C.按时钟信号是否独立分
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。
I2C总线、SPI总线、PCI总线、CPCI总线是同步串行总线，SCI总线、IEEE 488和ANSI X3.131-1986 SCSI总线、VME 总线、RS232采用异步串行总线。
4.总线的主要技术指标
1、总线的带宽（总线数据传输速率）
总线的带宽指的是单位时间内总线上传送的数据量，即每钞钟传送MB的最大稳态数据传输率。
与总线密切相关的两个因素是总线的位宽和总线的工作频率，它们之间的关系：总线的带宽＝总线的工作频率*总线的位宽/8 或者总线的带宽=（总线的位宽/8 ）/总线周期
2、总线的位宽
总线的位宽指的是总线能同时传送的二进制数据的位数，或数据总线的位数，即32位、64位等总线宽度的概念。
总线的位宽越宽，每秒钟数据传输率越大，总线的带宽越宽。
3、总线的工作频率
总线的工作时钟频率以MHZ为单位，工作频率越高，总线工作速度越快，总线带宽越宽。
5.总线的优缺点
采用总线结构的主要优点：
1、简化了硬件的设计。
便于采用模块化结构设计方法，面向总线的微型计算机设计只要按照这些规定制作cpu插件、存储器插件以及I/O插件等，将它们连入总线就可工作，而不必考虑总线的详细操作。
2、简化了系统结构。
整个系统结构清晰。
连线少，底板连线可以印制化。
3、系统扩充性好。
一是规模扩充，规模扩充仅仅需要多插一些同类型的插件。
二是功能扩充，功能扩充仅仅需要按照总线标准设计新插件，插件插入机器的位置往往没有严格的限制。
4、系统更新性能好。
因为cpu、存储器、I/O借口等都是按总线规约挂到总线上的，因而只要总线设计恰当，可以随时随着处理器的芯片以及其他有关芯片的进展设计新的插件，新的插件插到底板上对系统进行更新，其他插件和底板连线一般不需要改。
5、便于故障诊断和维修。
用主板测试卡可以很方便找到出现故障的部位，以及总线类型。
采用总线结构的缺点:
1、利用总线传送具有分时性。
当有多个主设备同时申请总线的使用是必须进行总线的仲裁。
2、总线的带宽有限，如果连接到总线上的个硬件设备没有资源调控机制容易造成信息的延时（这在某些即时性强的地方是致命的）。
3、连到总线上的设备必须有信息的筛选机制，要判断该信息是否是传给自己的。