GB T 7497.1-1987 微处理机系统总线I、8位及16位数据 第1部分 电气与定时规范的功能说明.pdf

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1、中华人民共和国国家标准微处理机系统总线位及位数据第一部分电气与定时规范的功能说明发布实施国家标准局发布中华人民共和国国家标准微处理机系统总线位及位数据第一部分电气与定时规范的功能说明国家标准局批准实施引言本标准是涉及到电气及机械接口的一组标准之一它允许各种微处理机系统部件彼此相互作用本接口总线用作紧耦合系统部件间的并行传送和公用信号的互连本组标准包括一份功能说明及两种可供选用的机械标准第一篇概论范围本标准适用于互连的数据处理数据存储和外围控制等设备紧偶合配置的接口系统部件本接口系统具有允许各种系统部件相互作用所必须的信号它允许存储器和的数据传送直接存储器存取中断产生等本标准对构成该系统总线的所

2、有的要素及特性均提供详细的说明本总线支持两个独立的地址空间存储器和存储周期中总线采用位编址允许直接寻址达字节总线周期中采用位编址允许直接寻址达个端口存储周期和周期都能支持位或位的数据传送本总线结构建立在主从概念之上在系统中主设备控制总线而从设备则依据其地址译码按照主设备提供的命令而动作主设备和从设备之间的这种交换过程主从关系能使不同速度的模块经总线接口本总线的数据传送速率达每秒五百万字节或字本总线的另一个重要特点是能够连接多个主设备模块以构成多处理机配置总线为以串行优先权方式或并行优先权方式连接的多个主设备提供控制信号这两种方案都允许多个主设备共享总线资源本标准是为那些想要评价或设计与本系统总

3、线结构兼容产品的用户编制的为此本标准详细地说明了所必须的信号定义定时以及电气规范本标准仅仅涉及微型计算机设备的接口特性而没有涉及模块的设计规范性能要求和安全要求在本标准中术语系统是指字节或字的接口系统通常包括影响各设备之间准确数据传送的所有电路连接器以及控制协议术语设备或模块是指连接到接口系统的任何产品经过总线传递信息并且符合接口系统的定义目的本标准旨在定义一个通用的微型计算机系统总线规定与设备无关的电气和功能的接口要求而模块应满足此要求以便其互连并经系统准确无误的通信规定与这个系统有关的术语和定义能将各个制造厂家的设备互连成一个功能的系统允许有广泛适应能力的产品同时互连到系统定义一个系统这个

4、系统对连接到它的设备的操作性能限制最小定义下面的一般定义适用于本标准更详细的定义可在有关条款中找到通用系统术语兼容性当按照本标准的定义设计时如机械电气功能表征设备无需改动就能互相连接和使用的程度总线周期借助于互锁的控制信号序列达到以数据字节或字的形式经过接口传送的过程互锁是指一个固定序列的事件在这个序列中一个事件必须在下一个事件出现之前出现接口一个被考察的系统与另一个系统或系统各部分之间的一个公共界面信息经这个界面传送接口系统实现在一组设备之间通信而又独立于设备的一组接口所必须的机械电气和功能要素典型的系统要素是电缆连接器驱动器和接收器电路信号线说明定时和控制约定以及功能逻辑电路独占当一个总线

5、主设备必须保证自己有多个连续总线周期时这个总线主设备就独占总线控制逻辑这被称为暂时地独占或锁定总线以防止其他主设备使用总线系统通过执行某一指定的功能达到预定目的的一组相关的要素信号与通路总线由接口系统使用的一条信号线或一组信号线若干个设备连接到它并经它传送信息字节作为一个单位操作的一组八位并发的二进制数字作为一个单位操作的两个字节即十六位信号信息的物理表达注对于本标准来说这一术语是对通常意义上的信号这一概念进行一定程度限制的定义在本文中仅指数字的电气信号信号参数一个电气量的参数该电气量的值或这个值的序列传送信息信号电平与任意一个参考值相比较的信号的大小本标准中参考值规定为电压高状态用以认定一个

6、规定的信息内容它与两个二进制的逻辑状态中的一个有关相对地高于参考信息电平低状态用以认定一个规定的信息内容它与两个二进制的逻辑状态中的一个有关相对地稍高于参考信号电平信号线接口系统中用于互连设备之间传送信息的一组信号导体之一主设备具有起始数据总线传送能力的功能模块从设备能响应由主设备产生的数据传送操作的功能模块第二篇功能规范本篇介绍如何全面了解总线功能描述与本总线相连接的各种要素提供接口给总线的信号以及在总线上实现的各种类型的操作本篇以及整个规范都使用了明晰的统一的信号标记以存储器写命令为例来说明这种标记和真假是含糊的因此避免使用在这些地方我们将使用电气术语高或低即和在信号名称后跟一个星号表示此

7、信号为低有效如认定为有效由三态驱动器发出的信号当其不确定时将被上拉至下面进一步说明本规范中使用的标记功能电平逻辑定义状态真认定为有效假真认定为有效假总线要素本章描述总线接口要素主设备和从设备和构成这个接口的总线信号线主设备主设备就是具有控制总线能力的任何模块主设备通过总线交换逻辑获得总线然后产生命令信号地址信号以及存储器或地址来行使这一控制为了执行这些任务主设备既可配有中央处理单元也可配有经总线对其他目标进行数据相送的专用逻辑图是包括有一个主设备和两个从设备的系统在同一个系统中本系统总线结构可支持一个以上的主设备为此每个主设备必须具有获得对总线控制的手段这是通过总线交换逻辑来实现的见第章主设备

8、可以按两种操作方式中的一种进行操作方式和方式定义如下方式经过总线连接的主设备被限制为单次总线传送如果所有的主设备都工作在方式系统的定时是以符合最大总线忙周期来决定该周期参数受的最大值的限制见图总线主设备与从设备举例方式主设备在总线控制中不受限制它们可以要求独占总线允许总线超时不要求符合最大总线忙周期方式允许多种类型操作给用户最大的灵活性以满足其应用的需要定义第一种操作方式是为了让系统设计人员能预先估计其系统的整个操作性能而无须再考虑象总线超时这种不受控制的定时参数而对于只能工作在方式的主设备其规范应说明仅为方式型主设备从设备另外一种能与总线接口的模块是从设备从设备对地址线译码并按照主设备发出的

9、命令信号动作从设备不能控制总线总线从设备的一些例子如图所示总线信号在总线上传送的信号根据它们所执行的功能可以归纳为如下几类控制线地址和禁止线数据线中断线总线交换线下面介绍不同类型的总线信号控制线下列信号属于控制线种类功能信号时钟恒定时钟总线时钟命令存储器写存储器读写种类功能信号读承认传送承认初始化锁定时钟线总线时钟用来同步总线竞争逻辑的周期信号它可以降低停止或单步总线时钟要由系统中一个而且只能由一个来源产生这就是说每个独立的总线主设备必须具有产生一个可接受的时钟的能力该时钟可以随意地接到总线上也可以与总线断开在多主设备的系统中只能让其中的一个主设备将其时钟与总线相连恒定时钟一个恒定频率的周期信

10、号可以由主设备或从设备用做主时钟恒定时钟应由系统中的一个且只能一个来源产生这就是说每个独立的总线主设备必须具有产生一个可接受的时钟的能力该时钟可以随意地与总线相接也可以与总线断开在多主设备的系统中只能有一个主设备将其时钟连至总线命令线命令线是主设备和从设备之间通信链路的要素存储器有两条命令线也有两条命令线一条有效的命令线向从设备指示地址线上正在传送有效的地址从设备应执行所规定的操作在数据写周期中有效命令线或还附带指出总线上的数据是有效的在数据读周期中命令或从有效向无效的跳变指出主设备已经接收到由从设备来的数据传送承认线这条线由从设备用来对来自主设备的命令作出响应向主设备指出请求的动作已经完成数

11、据已经送到数据线上或者已经从数据线上接收初始化信号用来将整个系统复位到已知的内部状态一般是在系统进行操作之前发出这个信号的可以由任何总线主设备或者所有的总线主设备产生也可以由外部源产生如经过缓冲并去除抖动的前面板开关锁定锁定信号由正在控制总线的主设备发出用以指明总线被锁定信号用于扩展多端口设计中的互斥地址线和禁止线地址线和禁止线使用下列信号功能信号地址线高字节允许线禁止线和地址线条线这些线规定被访问的存储器单元或设备的地址允许对最大为字节字节的存储器进行存取当寻址设备时最多可使用条地址线这样就允许寻址最大为的设备也可以把设备配置成只对条地址线即进行译码而对高条地址线可以不管见高字节允许线该字节

12、控制线用来允许一个位字的高位字节位驱动总线这个信号只用在那些有位存储器模块的系统中禁止线和任何存储器读或存储器写操作或都可以请求禁止线在存储器读或写操作期间由一个从设备建立的禁止线用于禁止其他从设备的总线动作发禁止信号的从设备产生的禁止信号是由对存储器地址线的译码给出的发出禁止信号的从设备可以对单个地址地址块或者单个地址与地址块的任意组合进行译码在命令或实际作用期间当发觉特定的地址时发禁止信号的从设备就产生一个禁止信号该信号由被禁止的从设备检测若要被禁止则被禁止的从设备就禁止它的数据总线地址总线和承认信号线上的所有驱动器虽然实际上它可能在执行内部操作所有可能被禁止的模块从命令线起动算起都应该在

13、之内完成内部操作这个时间间隔也是对发出禁止的模块的最小承认定时这就保证被禁止的模块在现行总线命令执行完之前有足够的时间返回到正常状态数据线这条双向数据线向存储器单元或端口发送信息或者从存储器单元或端口接收信息是最高有效位是最低有效位在位系统中只有是有效的中断线中断线包括下列信号线功能信号中断请求中断承认中断请求线中断请求是通过激励条中断请求线中的一条来实现的优先级最高优先级最低中断承认作为对中断请求信号的响应具有总线向量中断能力的一个主设备可以产生中断响应信号中断承认信号用于冻结中断状态并请求把中断向量地址放到总线的数据线上总线交换线总线交换线由下列信号构成功能信号总线时钟总线请求总线优先权总

14、线忙公共总线请求主设备通过操纵这些信号取得对总线的控制总线请求在优先权裁决电路中由主设备所使用的信号用来指出对总线控制的请求总线优先权与优先权的作用是当一个以上的主设备同时对总线提出请求时允许主设备打开死锁总线优先权输入信号向一个特定的主设备指出没有更高优先权的主设备在请求使用总线总线优先权输出信号用于串行总线优先权裁决方案在这种方案中由一个主设备送到下一个较低总线优先权主设备的输入端当有效时表明没有更高优先权的主设备请求控制总线总线忙这个信号由控制总线的主设备激励用来指出总线正在使用它防止其他主设备获得对总线的控制公共总线请求当检测到没有其他总线请求时这个信号将主设备对总线的数据传送速率扩展

15、到最大信号通过执行两种功能做到这一点对于正在控制总线的主设备向它指出是否有其他主设备需要获得总线控制权对于其他主设备是向正在控制总线的主设备发出通知的手段告诉它如果不使用总线就放弃对总线的控制数据传送操作本系统总线结构的主要功能就是为总线上的各个模块之间传送数据提供一个通路下面介绍不同类型的数据传送以及用前述的信号执行数据传送的方法在下述讨论中可参考图图总线接口线总线数据传送操作的论述分为三部分操作概述传送中使用的信号的详细说明有关各种传送细节的论述在论述中假设总线上只有一个主设备因而不存在总线竞争问题总线交换逻辑在第章中论述数据传送概述数据传送按如下过程实现首先总线主设备把存储器地址或端口地

16、址放在地址线上如果是写操作此时还应将数据放在数据线上然后总线主设备产生一个命令读或写或者存储器读或写它驱动相应的总线从设备如果是写操作从设备接收数据如果是读操作从设备把数据放在数据线上然后总线从设备向总线主设备发一个传送承认信号允许总线主设备将命令从命令线上撤消清除地址和数据线从而完成该总线周期图和图表示的是读和写数据传送操作的基本定时图总线读操作图总线写操作信号说明下面详细介绍本总线信号其中包括定时信号来源以及数据传送操作中与每个信号所执行的特定功能有关的信息初始化信号总线进行任何操作之前所有系统模块都应复位到已知的内部状态这可以用信号来实现该信号由下述三个来源产生加电清除电路网络在电源电压

17、达到规定的电压输出之前它一直保持为低复位按钮它通常安装在系统的前面板上供操作员使用注意这个按钮应该是去除抖动的软件命令执行时使线变为低电平线由集电极开路门驱动要求信号条件满足总线的电气规范恒定时钟这个只用一个源驱动的恒定时钟信号为总线上任何模块或所有模块提供一个定时源是具有特定频率的周期信号由时钟驱动器电路驱动地址线地址线用来规定正由命令访问的存储器单元或设备的地址有条地址线按二进制编码最多允许访问个字节的存储器这些线由三态驱动器驱动并总是受使用总线的主设备控制对于总线周期主设备模块可以选择产生位或位的地址正因为如此所有的从设备都应该配置成能够对个地址位译码而不考虑高地址位或者对所有位地址都进

18、行译码注意在使用位地址的系统中高位地址线的值是未知的只产生位地址的主设备可以使高位地址位置任意值图给出了地址线用法的一个例子图总线地址线的用法数据线这条双向数据线用来发送和接收往来于存储器单元或端口的信息这条线在写操作时是由主设备驱动的在读操作时是由被寻址的从设备存储器或驱动的只使用是最低有效位就可实现位和位的传送总线传送的方式有三种在上传送偶字节在上传送奇字节使用字节交换功能传送位字图所示为这三种传送类型的数据线和这些数据线的含义图总线数据线的用法数据传送由两个信号控制高字节允许有效时指出总线按位方式操作地址位的第位定义偶字节或者奇字节传送和无效指出为偶字节的传送这个传送在数据线上进行无效和

19、有效指出为奇字节的传送在这种传送类型时奇字节经字节交换缓冲器送到上奇字节通过上传送将使得位和位系统兼容对于位的传送有效而无效按这种传送类型偶字节在上传送而奇字节在上传送总线的数据线总是由三态驱动器驱动总线命令在这里我们将讨论命令线以及它们如何同其他信号线一起完成读写操作有四条命令线功能信号线存储器读命令读命令存储器写命令写命令命令线由总线主设备上的三态驱动器驱动它向从设备指出正在请求的动作读操作两个读命令和起动同样类型的基本操作唯一不同的是指出地址线上有效的是存储器地址而则指出地址线上有效的是端口的地址该地址存储器或端口的必须在读命令产生之前就在地址总线上有效读命令产生后从模块就把数据放在数据

20、总线上并回送一个传送承认信号指出数据正在数据总线上当主设备接收到这个响应时它就读取这个数据并将命令或从总线上撤消从设备地址必须在读命令撤消后至少保留则必须在命令撤消后的内从总线上撤消以便允许下一个周期图表示存储器或读命令的定时图存储器或读定时地址建立时间至少为从设备将数据放上总线所需要的时间应符合建立时间的要求只要数据一放上总线就能建立主设备撤消命令所需要的时间地址和数据保持时间至少命令撤消之后最多和数据必须从总线上撤消写操作写命令和起动同样类型的基本操作指出地址线上为有效的存储器地址而指出地址线上为有效的端口的地址存储器或端口的地址和数据必须在写命令产生之前有效这个要求允许数据被锁存在命令的

21、前沿或后沿当写命令或建立时数据总线上的数据也是稳定的从而能为从设备所接收从设备回送一个传送承认表示数据被接收并允许总线主设备从总线上撤消命令地址和数据必须在命令撤消后的内从总线上撤消以便允许下一个周期图所示的是存储器或者写命令的定时图存储器或写定时地址和数据建立时间至少为从设备接收数据所需要的时间主设备从总线上撤消命令所需要的时间地址和数据保持时间至少为必须在命令撤消之后内从总线上撤消传送承认传送承认信号是来自从设备存储器或的响应指出所要求的读写操作命令已经完成数据已经放在数据总线上或者已经从数据总线上接收事实上该信号允许主设备完成现行的总线周期如果总线主设备寻址一个不存在的或是出了故障的存储

22、器或模块时则没有承认信号回送给主设备如果出现这种情况总线主设备通常就会无限期地等待承认信号因此会始终不放弃对总线的控制为了避免这种可能性可以选择某个总线主设备来执行总线超时功能即使没有接收到任何响应也会在某个预先规定的时间间隔后结束一个总线周期这样总线超时就可以定义为在传送承认信号接收到之前由主设备来结束当前的数据传送周期可以允许的最小总线超时间隔为禁止和任何存储器读或存储器写操作或都可以请求禁止线在存储器读或写操作期间由一个从设备建立的禁止线用于禁止其他从设备的总线动作发禁止信号的从设备产生的禁止信号是由对从存储器地址线的译码给出的最大发禁止信号的从设备可以对单个地址地址块或者单个地址和地址

23、块的任何组合进行译码在命令或实际作用期间当发觉特定的地址时禁止从设备就产生一个禁止信号该信号由被禁止的从设备检测若要被禁止则被禁止的从设备就禁止它的数据总线地址总线和承认信号线上的所有驱动器虽然这个从设备实际上可能在执行内部操作所有可能被禁止的模块必须从命令线起动后的内完成内部操作这个间隔也是对发出禁止的模块的最小承认定时这就保证被禁止的从设备在现行的总线命令完成以前有足够的时间返回到正常的状态禁止操作所涉及到的从设备分为三种禁止类型最高禁止优先级中间优先级和最低优先级一个较高优先级从模块是禁止从模块一个较低优先级从模块是被禁止的从模块信号由中间优先级从模块例如模块或按存储器映像的模块在地址选

24、中时建立去禁止最低优先级从模块如模块的总线动作信号由最高优先级从模块如辅助或是引导程序模块在地址选中时建立去禁止中间优先级从模块的总线动作最高优先级从模块也产生信号以便使最低优先级从设备也被禁止禁止线应该由开路集电级或等效的驱动器的低电平建立当中间优先级和最高优先级的禁止从设备都有效时两个模块上的驱动器都产生信号存储器读期间使用禁止信号不会在被禁止的从模块内部产生任何不利影响就是说被禁止从设备的数据不会改变并且即使有状态寄存器也不受影响存储器写期间使用禁止信号是允许的这个信号可能会也可能不会影响被禁止的从模块内的数据如果数据受影响那它也将仅仅是在一个正被寻址的字节或字内受到影响被禁止的从模块内

25、的其他数据将不会改变禁止信号要在地址稳定后的时间内产生见图命令可以在地址稳定后的内尽早产生这个定时能使禁止信号出现在被禁止的模块接收到命令之后发生为了防止假承认可使被禁止的模块在禁止信号经过这段时间变为有效之前命令后不产生承认信号图写操作的禁止定时图是禁止操作的定时在这个例子里和有相同的存储器地址因此禁止尽管或操作期间可以产生禁止信号但其他从设备对这些禁止信号不予理睬包括应当对和作出响应的那些从设备锁定当控制总线的主设备需要封锁总线存取时它就将线驱动为低电平在读修改写标志灯操作中尤其需要封锁总线存取以便防止其他的处理机在读写之间访问存储器线允许用于这种系统总线上的互斥锁定信号线则是将这种互斥扩

26、展到了总线之外锁定信号必须在读或写命令消失之前保持此外它还必须在命令信号的下降沿后至少维持以便完成最后的存储器封锁周期当从设备被寻址并且锁定信号已经建立时要对系统总线封锁其多口存储器但这个信号不允许持续建立以上这一规定是为了保证位于多口存储器另外一边的处理器能在一定的时间后获得对存储器的存取只要锁定信号维持有效忙信号就必须有效锁定信号的定时示于图中总线锁定的用法示于图图总线锁定的用法图锁定定时中断操作以下介绍用于中断操作的总线信号线以及两种不同类型的中断的实现参考中有关中断属性兼容性程度的说明中断信号线中断请求线总线提供了一组中断请求线用集电极开路驱动器驱动这八条中断请求线之一就产生一个中断所

27、有中断都是由电平触发的而不是由沿触发的不采用沿触发中断可以允许每条线接上几个源这些中断请求线按优先级排列具有最高优先级具有最低优先级中断承认中断承认线由总线主设备驱动它请求在总线上传送中断信息总线上的这个特定的定时信息与中断方案的实现有关通常的前沿指出地址总线有效后沿指出数据出现在数据线上中断实现方案的分类有两种类型的中断实现方案非总线向量中断和总线向量中断以下介绍这两种方案非总线向量中断非总线向量中断是由总线主设备处理的这样一类中断它们不要求用系统总线传递中断向量地址中断向量地址由主设备上的中断控制器产生并经局部总线传送到处理器产生中断的从模块可能驻留在主模块上或其他总线模块上在这种情况下它

28、们使用总线中断请求线向总线主设备产生它们的中断请求当一条中断请求线被驱动时总线主设备就执行它自己的中断操作并处理这个中断图就是一个执行的例子图非总线向量中断逻辑总线向量中断总线向量中断是这样一类中断它们用命令信号将中断向量地址经系统总线由从设备送到总线主设备当出现一个中断请求时总线主设备上的中断控制逻辑就中断它的处理器这个主设备上的处理器产生命令为裁决优先级而冻结中断逻辑的状态该主设备还独占总线周期之间保持总线系统总线保证它自己有连续的总线周期第一个命令之后总线主设备的中断控制逻辑就将一个中断码放在系统总线的地址线上这个中断码就是有效的最高优先级请求线的地址此刻总线向量中断过程可能出现两种不同

29、的时序因为本系统总线能支持总线主设备产生两个或三个命令如果总线主设备产生两个命令则会在第一个之后再有一个命令产生第二个使总线从设备的中断控制逻辑在总线数据线上发送它的中断向量地址总线主设备用这个地址来为该中断服务图总线向量中断逻辑如果总线主设备产生三个命令则会在第一个之后又产生两个命令这两个命令允许总线从设备将其两个字节的中断向量地址放在总线的数据线上每个命令放一个字节该中断向量地址由总线主设备用来为这个中断服务注在一个给定的系统中系统总线只能支持一种类型的总线向量中断但是在同一个系统中系统总线既能支持总线向量中断又能支持非总线向量中断第九章中将详细论述这两种中断图就是一个实现总线向量中断的例

30、子总线交换本总线能在同一系统中接纳几个总线主设备当每个主设备需要数据传送时就能控制总线总线主设备请求控制总线是通过总线交换时序实现的总线交换的论述分为三部分第一部分解释有关的信号第二部分论述总线交换优先权技术串行和并行第三部分说明交换逻辑的实现总线交换信号用来执行总线交换操作的信号有六个所有总线交换信号都用信号同步总线时钟这个周期时钟信号用来同步交换逻辑同步发生在这个脉冲的下降沿由高到低的占空比大约为最高频率为而且可以根据系统设计的需要降低单步或停止与之间没有同步要求虽然它们可以从同一信号源引出线由时钟驱动器驱动总线忙这个信号由控制总线的主设备驱动所有其他的主设备监视着用以确定总线状态这个双向

31、信号由集电极开路门驱动用同步总线优先权输入这个非汇入的信号向主设备指出目前没有较高优先权的主设备在请求控制总线用同步并由门驱动在串行裁决方案中这个信号是来自优先权链的主设备输入在并行裁决方案中这个信号是来自并行优先权裁决电路的主设备输入总线优先权输出这个非汇入的信号当由总线主设备驱动时向下一个较低优先权的主设备指出它可以获得对总线的控制即没有较高优先权请求在等待控制总线这个信号只用于串行优先权裁决方案并且应当连接到下一个较低优先权总线主设备的总线优先权输入端由门驱动并由同步每个总线主设备应该允许它的信号与系统总线的线断开以便在需要时可以使用并行优先权裁决方案这样能使某些总线主设备用一个集中并行

32、裁决电路来驱动它们的输入而不是使用前一较高优先权主设备的信号总线请求总线请求线用在并行优先权裁决方案中它是主设备要求控制系统总线的请求来自每个主设备的的优先权是按并行优先权裁决电路裁决的最高优先权请求允许主设备的输入使其获得对总线的控制由同步并且是输出公共总线请求可选的任何还未控制系统总线但又想要控制总线的主设备都可以用集电极开路门来驱动如果是高则它向总线主设备指出目前没有其他主设备在请求总线因此当前总线主设备可以保持总线在多次总线请求的情况下这个公共总线请求能节省当前总线主设备用于总线交换的时间开销这是因为往往当一个主设备正在控制总线时没有别的主设备请求总线如果不用那就只有用来指出是否有另外

33、的主设备正在请求总线而且仅当另一个主设备有较高优先权的时候才会有信号总线主设备的总线传送周期之间为了允许较低优先权的主设备获得总线如果它们需要的话总线主设备就必须放弃总线在这个主设备的下一个传送周期开始时又必须重新获得总线如果其间没有其他的主设备占有总线那么这段时间大约要个周期当没有其他主设备要求总线时为了避免释放总线然后又重新获得总线这种不必要的时间开销可以使用信号任何还没有占用总线但又想要占用总线的主设备都必须把这条线驱动为低电平占有总线的主设备可在一个传送周期的末尾检测如果它不是低那么就不必释放总线从而消除了在下一周期开始时重新获得总线的时间上的延迟在主设备的下一周期前的任何时间希望获得

34、总线的其他主设备将驱动并引起该主设备在此时释放总线使用的主设备应该能放弃该功能以便它能与不产生信号的主设备一起使用总线交换优先权技术论述两种总线交换优先权技术串行技术和并行技术图和图分别阐述了这两种技术注意并行方案与串行方案是兼容的因此可以组合起来并在同一总线上使用在第七章中所讨论的总线交换方案对两种技术是相同的图串行优先权技术图并行优先权技术串行优先权技术串行优先权裁决是采用串行链技术实现的见图用这种方案每个主设备的总线优先权输出连接到下个较低优先权主设备的总线优先权输入上串行链中的最高优先权主设备的应该总是有效的或者把它连接到中所说的一个集中的总线裁决器上当使用并串的优先权结构时就可使用后

35、面这种连接方法串行优先权裁决用下述方法实现如果并且只有当一个特定的主设备的输入端有效即这个主设备没有请求控制总线时它的输出才建立因此如果一个主设备请求控制总线它就把它的变高这个高状态的依次禁止了所有较低优先权主设备的能串行链接的主设备的数目受到如下因素的限制信号必须在一个周期内传过整个串行链如果的最高频率采用那么在串行链中主设备的数目被限制为三个并行裁决技术在并行裁决技术中总线分配由一个总线裁决器决定见图这可以由一固定的优先权结构来决定或者由其他负责这种分配的机构如序列机构来决定主设备的优先权方案裁决器用线通知位于相应线上的下一个主设备这条线在并行分配的方案中不使用第三篇电气规范本篇给出系统总

36、线的电气规范如下总线的状态关系信号线特性以及电源的一般考虑总线信号的定时规范信号线驱动器接收器以及端接要求的电气规范当电气规范指出总线的最小值或最大值时它们在总线的任何一点上必须是可以测量的注意一个具体实现的总线只要在总线各点上所有总线参数如建立时间保持时间及其他时间是满足的可以有不同程度的总线传输延迟和瞬间扰动在建立时间之前但是为了便于设计一套使用本总线的兼容模块主模块和从模块规定标准的最大总线传播延迟为最大值总线的一般考虑逻辑和电气状态的关系信号名称指出在系统总线上的信号是高有效或者是低有效如果在信号名称末尾带有一个号则该信号为低有效信号的逻辑电气状态关系是逻辑状态信号电平高状态低状态在接

37、收器在驱动器如果信号名称末尾无则该信号为高有效其逻辑电气状态关系是逻辑状态信号电平低状态高状态在接收器在驱动器这些规定是以为基准的电源为以逻辑地为参考点规定电流流入结点为正号流出结点为负号信号线特性下面叙述两种类型的要求第一种要求是信号线在使用时能被测量第二种要求是信号线在规定测试条件下能被测量信号线使用中的要求正常使用时信号的上升和下降时间取决于所用的驱动器的型号见第章典型的上升和下降时间是开路集电极图腾柱电路三态上升时间下降时间总线上典型信号的传播延迟是典型值是从插入本总线中任意一块板的边缘到任何另一块插入本总线的板边缘测得的典型值对于插入本总线中的所有板子其建立时间保持时间和任何其他时间

38、都是在插进总线的边缘上测量的这就意味着当规定建立时间保持时间和其他时间的时候应该考虑到所有的板内延迟加电后适用下述规范每条信号线的总线端接要求见第章在跳变为零后所有命令线信号的建立时间见这些线上的瞬间扰动不能超过抗噪容限电平即高电平的最小值或低电平的最大值这也适用于传送承认线和禁止线所有的地址线见信号必须在任何命令线到达有效建立时间之前至少达到稳定这个稳定时间的要求意味着不能让瞬间扰动超出抗噪容限高电平的最小值低电平的最大值这些要求也适用于任何写操作期间的数据线见对于读操作期间所有的数据线在传送承认信号有效之前的建立时间为零保持时间在读类型的命令无效之后也为零建立保持和命令瞬间扰动用图作了归纳

39、和图示图建立保持和命令瞬间扰动归纳底板信号线特性线对线耦合特性的要求如图所示该图也示出了规范应当满足的规定的测试条件图线对线的耦合特性电源规范表提供了全部电源规范表中未给出的其他电压可能是插入本总线的板子所要求的应该从标准电压之一得到表电源规范参数标准地记忆符容差参考点组合线及负载范围参考点纹波峰峰值参考点瞬态响应的负载变化注测试点位于底板与电源之间的连接点处包括线负载温度及波纹影响带宽为温度和湿度总线规范应满足如下的温度和湿度范围温度模块和总线间空气应能自由流通相对湿度最大为无冷凝这些是总线的标准环境某些应用中可能还希望增加一些恶劣环境的限制定时下面叙述系统总线的全部定时规范不再介绍其功能关

40、系然而却隐含着两个信号的相对关系表归纳了本章所述的定时规范详细的说明请参照本表右边一栏的具体章条在所示出的时序图上一般都指明每个参数所要求的最小或最大值然而为了使图清晰起见一般不将参数的最小值和最大值在图上标出来为此总线定时规范表含有完整的参考信息定时图表示涉及到信号关系的全部参数如何定义所有定时都是按表的规定带上负载电容及端接电阻在处测量的读操作和存储器读操作是把数据从存储器或传送到正在控制总线的主设备见第章读操作所包含的信号线和定时规范如图具体的禁止操作参考图读定时写操作或存储器写操作是把数据从正在控制总线的主设备传送到存储器或见第章写操作的定时如图与其有关的禁止操作见图写定时表系统总线定

41、时规范归纳表参数说明最小值最大值单位参考章条地址保持时间地址到禁止高的延迟地址建立时间在从设备板上总线时钟周期无穷大到到建立时间到到高延迟到低延迟到的延迟由开始的延迟到建立时间总线时钟宽度到到建立时间时钟周期命令脉冲宽度命令保持时间集中优先权模块判定延迟并行优先权续表参数说明最小值最大值单位参考章条命令间隔时间时钟宽度读数据保持时间写数据保持时间写数据建立时间读数据建立时间到从禁止来的无效被禁止从设备的内部参数用于决定任意的的最小值禁止延迟推荐宽度宽度从命令有效开始的保持时间到命令建立宽度超时延迟无穷大标准总线传播延迟典型歪斜承认时间无禁止操作的从设备被禁止从设备传送承认时间禁止从设备传送承认

42、时间的保持时间串行优先权禁止操作禁止操作可能伴随存储器读操作或存储器写操作发生其主要作用是一个从设备禁止另一个从设备驱动数据线和回送即驱动传送承认信号但地址不能被禁止虽然禁止信号可以在或操作期间产生但其他从设备包括应当对以及响应的从设备对这些信号不予理睬禁止操作时的定时如图所示图禁止定时有关的章条是功能说明定时规范读操作写操作中断执行过程中断执行过程有两种类型的中断实现方案非总线向量中断和总线向量中断非总线向量中断非总线向量中断是由总线主设备处理的不要求用系统总线传送中断向量地址的一类中断由从设备产生的中断可以驻留在主设备模块或其他总线模块上在这种情况下它们使用系统总线中断请求线对总线主设备产

43、生中断请求当一条中断请求线有效时总线主设备完成本身的内部中断操作然后处理该中断总线向量中断总线向量中断是这样一类中断从设备在系统总线上传送其向量地址作为对总线主设备的信号的响应中断定时见图当一个中断请求发生时总线主设备上的中断控制逻辑就中断其处理器总线主设备的处理器产生一个命令冻结系统总线上的中断逻辑状态以便进行中断优先级裁决总线主设备还封锁在两个总线周期之间保持总线系统总线以保证其多个总线周期在第一个命令之后总线主设备的中断控制逻辑就把一个中断码放置在系统总线的地址线上这个中断码就是有效的最高优先级中断请求线的地址中断过程在这一时刻可有两种不同的序列之所以如此是因为在中断过程中本系统总线可以

44、支持产生两个或三个命令的主设备如果总线主设备产生两个命令则会再有一个命令产生第二个会使总线从设备中断控制逻辑把它的中断向量地址传送到系统总线的数据线上这个地址被总线主设备用来为该中断服务图总线向量中断定时如果总线主设备产生三个命令则将会再产生两个命令这两个命令将允许总线从设备把自己的两个字节的中断向量地址放在数据线上一个对应一个字节该中断向量地址将被总线主设备用来为该中断服务注在一个给定系统中本系统总线只能支持一种类型的总线向量中断但是在同一个系统中总线向量中断和非总线向量中断本总线均能支持和中断已在和第章中有叙述总线控制交换总线控制交换是指从一个主设备取得总线控制即有能力做总线读写和中断承认

45、操作并把控制权给予另一个主设备这一过程的功能说明见第章对不使用总线信号公共总线请求的主设备其定时规范示于图中对于使用公共总线请求的系统每个主设备必须满足图所示的定时要求图总线交换定时注在整个系统计算中使用总线传输延迟图公共总线请求定时注在整个系统计算中使用总线传输延迟图串行优先权定时注意在释放总线即释放之前任何周期结束时的保持时间等等仍必须满足前面所述的要求同样在获得总线即驱动为低电平之后周期刚一开始时就必须全部满足适当的建立时间和其他定时参数串行优先权使用串行优先权方案的系统即到的串行链见第章其定时规范示于图中并行优先权使用并行优先权方案即集中优先权裁决器见第章的系统其系统和集中优先权模块的

46、定时规范示于图中规定是集中优先权模块图并行优先权定时其他定时图和分别示出了恒定时钟命令间隔初始化和锁定的定时图定时图命令间隔定时图初始化信号定时图定时接收器驱动器及端接对于每条信号线或信号线组的唯一非定时规范示于表表给出了对信号线的接收器驱动和总线端接的要求以及接收器驱动器和端接的位置表总线驱动器总线信号驱动器配置类型最小最小最大最小主设备和从设备线主设备线主设备主设备从设备禁止从设备一个位置主设备每个主设备每个主设备并行中央优先权模块串行前主设备的主设备全部主设备主设备一个位置主设备线从设备注驱动器要求高电平输出电流低电平输出电流电容驱动能力三态驱动器开路集电极驱动器图腾柱驱动器接收器要求高

47、电平输入电流负载低电平输入电流负载容性负载关于低电平电压和高电平电压的规范见电阻表中指出一个位置的所有端接电阻的典型位置是在底板上接收器和端接接收器端接配置最大最大最大配置类型单位主设备和从设备一个位置上拉从设备一个位置上拉从设备存储器存一个位置上拉储器映像的从设备一个位置上拉主设备一个位置上拉被禁止的从设备一个位置上拉存储器映像的主设备底板接接中央优先权模块中央优先权模块上拉不要求在串行优先权链中的不要求下一个主设备的主设备不要求全部一个位置上拉全部一个位置上拉主设备全部一个位置上拉任意底板接接从设备中断的一个位置上拉主设备一个位置上拉第四篇兼容程度本篇介绍表征本标准兼容程度的概念及其标记方

48、法构成本总线标准兼容能力的可变要素对主设备和从设备兼容关系的一般论述同本总线标准兼容程度的表征方法引入兼容程度表征方法是为了便于使用各厂家生产的各种能力的产品将可变程度限制在本总线标准所允许的范围之内并为其提供一种简明而又方便的表征方法兼容能力的可变要素本系统总线非常灵活允许用各种能力的板子构造系统本系统总线允许有如下变化数据通路的宽度地址通路的宽度以及中断属性另外某些厂家的产品具有的不同的存储器地址通路宽度本标准也予以承认数据通路本系统总线允许数据通路为位和位的产品位数据通路的产品采用中介绍的字节交换技术因此允许位和位产品一起工作存储器地址通路本标准标明地址通路为位在许多系统中位或位的地址通

49、路可能就足够了虽然它并不完全同系统总线兼容地址通路本系统总线允许位和位的地址通路但位通路的产品必须能配置成为位通路的产品中断属性本系统总线允许中断属性有较大的变化一个产品可以不支持中断或者支持非总线向量中断或者支持两周期的总线向量中断或者支持三周期的总线向量中断有两种检测中断的方法应该优先选用电平触发仅仅为了跟以前的产品兼容也可采用沿电平触发电平触发请求线上的有效电平指出一个有效的请求这种不用脉冲沿触发的中断请求允许将几个中断源连接到一条请求线上对电平触发输入的中断源应当提供一种程序方法来清除中断请求沿电平触发由无效电平到有效电平的跳变指出一个有效的请求并且仅当这个有效电平至少维持到由主设备识别时为止用跳变产生请求的方法不允许多个源共用一条请求线不过沿电平触发却不要求用程序的方法来清除中断请求注这里所说的沿电平触发仅是考虑到与以往的中断方法相兼容新的设计应该使用电平触发一个主设备可以支持上述两种中断检测方法中的一种或两种都支持配置系统必须使中断请求