摘要：以形象生動的比喻來描繪了總線技術(shù)的基本思想，指出了總線的基本分類和總線傳輸?shù)幕驹恚约霸趯W習過程中應(yīng)當掌握的最基本的知識，對初學者有起到拋磚引入的作用。
關(guān)鍵詞：總線技術(shù)，基礎(chǔ)知識，學習探討
中圖文號：G714 文獻標識碼：A

0引言

如果一座只能容一個人來往的獨木橋，兩端的人都想要過橋，為了不擁擠、阻塞，那我們就得采取有效的辦法。比如規(guī)定某段時間哪端的人過橋，另一端的人就等著該他過橋的時間段的到來，同時也還可以規(guī)定人多時要按先來后到或年齡長幼的次序過橋。在這不經(jīng)意間，我們就體會到了現(xiàn)代電子信息數(shù)據(jù)通過總線按時分系統(tǒng)傳輸?shù)淖钤嫉乃枷搿?

現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)信息的發(fā)展，特別是對于成本和空間而言，總線傳輸替代點對點傳輸是目前發(fā)展的熱點，它的出現(xiàn)將給信息傳輸上提供了最大的方便和最有效的技術(shù)解決方案。假如一個微處理器與它的部件和外圍設(shè)備都分別用點對點的線路來連接通訊，則所有連線將會錯綜復雜，甚至難以實現(xiàn)。

目前與我們生活習習相關(guān)的一系列活動都無不牽涉到總線技術(shù)的應(yīng)用，如我們上英特網(wǎng)、給親戚朋友打電話、用U盤來存儲信息等。雖然流行的總線所采取的形式不同，但他們主要的原則性思想無非就是時分系統(tǒng)、頻分系統(tǒng)、相分系統(tǒng)和碼分系統(tǒng)等。常言道“兵來將擋，水來土淹”，面對種類繁多的總線，我們只有從基本原理出發(fā)，從骨子里去了解它的實質(zhì)，而不要被它形式多樣的外表所迷惑，才能熟練掌握和靈活運用眼下正在或?qū)⒁玫降母鞣N總線技術(shù)。

1 總線的定義及分類

1.1 定義

總線，英文叫作“BUS”,即我們中文的“公共車”，這是非常形象的比如，公共車走的路線是一定的，我們?nèi)魏稳硕伎梢宰曹嚾ピ摋l公共車路線的任意一個站點。如果把我們?nèi)吮茸魇请娮有盘枺@就是為什么英文叫它為“BUS”而不是“CAR”的真正用意。當然，從專業(yè)上來說，總線是一種描述電子信號傳輸線路的結(jié)構(gòu)形式，是一類信號線的集合，是子系統(tǒng)間傳輸信息的公共通道[1]。通過總線能使整個系統(tǒng)內(nèi)各部件之間的信息進行傳輸、交換、共享和邏輯控制等功能。如在計算機系統(tǒng)中，它是CPU、內(nèi)存、輸入、輸出設(shè)備傳遞信息的公用通道，主機的各個部件通過主機相連接，外部設(shè)備通過相應(yīng)的接口電路再于總線相連接。

1.2分類

總線分類的方式有很多，如被分為外部和內(nèi)部總線、系統(tǒng)總線和非系統(tǒng)總線等等，下面是幾種最常用的分類方法[2]。

1.2.1 按功能分

最常見的是從功能上來對數(shù)據(jù)總線進行劃分，可以分為地址總線（address bus）、數(shù)據(jù)總線（data bus）和控制總線（control bus）。在有的系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)總線和地址總線可以在地址鎖存器控制下被共享，也即復用。

地址總線是專門用來傳送地址的。在設(shè)計過程中，見得最多的應(yīng)該是從CPU地址總線來選用外部存儲器的存儲地址。地址總線的位數(shù)往往決定了存儲器存儲空間的大小，比如地址總線為16位，則其最大可存儲空間為216（64KB）。

數(shù)據(jù)總線是用于傳送數(shù)據(jù)信息，它又有單向傳輸和雙向傳輸數(shù)據(jù)總線之分，雙向傳輸數(shù)據(jù)總線通常采用雙向三態(tài)形式的總線。數(shù)據(jù)總線的位數(shù)通常與微處理的字長相一致。例如Intel 8086微處理器字長16位，其數(shù)據(jù)總線寬度也是16位。在實際工作中，數(shù)據(jù)總線上傳送的并不一定是完全意義上的數(shù)據(jù)。

控制總線是用于傳送控制信號和時序信號。如有時微處理器對外部存儲器進行操作時要先通過控制總線發(fā)出讀/寫信號、片選信號和讀入中斷響應(yīng)信號等。控制總線一般是雙向的，其傳送方向由具體控制信號而定，其位數(shù)也要根據(jù)系統(tǒng)的實際控制需要而定。

1.2.2 按傳輸方式分

按照數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞絼澐郑偩€可以被分為串行總線和并行總線。從原理來看，并行傳輸方式其實優(yōu)于串行傳輸方式，但其成本上會有所增加。通俗地講，并行傳輸?shù)耐藩q如一條多車道公路，而串行傳輸則是只允許一輛汽車通過單線公路。目前常見的串行總線有SPI、I2C、USB、IEEE1394、RS232、CAN等；而并行總線相對來說種類要少，常見的如IEEE1284、ISA、PCI等。

1.2.3 按時鐘信號方式分

按照時鐘信號是否獨立，可以分為同步總線和異步總線。同步總線的時鐘信號獨立于數(shù)據(jù)，也就是說要用一根單獨的線來作為時鐘信號線；而異步總線的時鐘信號是從數(shù)據(jù)中提取出來的，通常利用數(shù)據(jù)信號的邊沿來作為時鐘同步信號。

2 總線傳輸基本原理

依據(jù)前面對總線的定義可知總線的基本作用就是用來傳輸信號，為了各子系統(tǒng)的信息能有效及時的被傳送，為了不至于彼此間的信號相互干擾和避免物理空間上過于擁擠，其最好的辦法就是采用多路復用技術(shù)[3]，也就是說總線傳輸?shù)幕驹砭褪嵌嗦窂陀眉夹g(shù)。所謂多路復用就是指多個用戶共享公用信道的一種機制，目前最常見的主要有時分多路復用、頻分多路復用和碼分多路復用等。

2.1時分多路復用（TDMA）

時分復用是將信道按時間加以分割成多個時間段，不同來源的信號會要求在不同的時間段內(nèi)得到響應(yīng)，彼此信號的傳輸時間在時間坐標軸上是不會重疊。

2.2頻分多路復用（FDMA）

頻分復用就是把信道的可用頻帶劃分成若干互不交疊的頻段，每路信號經(jīng)過頻率調(diào)制后的頻譜占用其中的一個頻段，以此來實現(xiàn)多路不同頻率的信號在同一信道中傳輸。而當接收端接收到信號后將采用適當?shù)膸V波器和頻率解調(diào)器等來恢復原來的信號。

2.3碼分多路復用（CDMA）

碼分多路復用是所被傳輸?shù)男盘柖紩懈髯蕴囟ǖ臉俗R碼或地址碼，接收端將會根據(jù)不同的標識碼或地址碼來區(qū)分公共信道上的傳輸信息，只有標識碼或地址碼完全一致的情況下傳輸信息才會被接收。

3 總線的通信協(xié)議

對于總線的學習，了解其通訊協(xié)議是整個過程中最關(guān)鍵的一步，所有介紹總線技術(shù)的資料都會花很大的篇幅來描述其協(xié)議，特別是ISO/OSI的那七層定義。其實要了解一種總線的協(xié)議，最主要的就是去了解總線的幀數(shù)據(jù)每一位所代表的特性和意義，總線各節(jié)點間有效數(shù)據(jù)的收發(fā)都是通過各節(jié)點對幀數(shù)據(jù)位或段的判斷和確信來得以實現(xiàn)。

如圖1所示是常見的I2C總線上傳輸?shù)囊蛔止?jié)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)幀，其總線形式是由數(shù)據(jù)線SDA和時鐘SCL構(gòu)成的雙線制串行總線，并接在總線上的電路模塊即可作為發(fā)送器（主機）又可作為接收器（從機）。幀數(shù)據(jù)中除了控制碼（包括從機標識碼和訪問地址碼）與數(shù)據(jù)碼外還包括起始信號、結(jié)束信號和應(yīng)答信號[4]。