1. 總線基礎

總線（Bus）是計算機各種功能部件之間傳送信息的公共通信干線，它是由導線組成的傳輸線束，按照計算機所傳輸的信息種類，計算機的總線可以劃分為數據總線、地址總線和控制總線，分別用來傳輸數據、數據地址和控制信號。總線是一種內部結構，它是CPU、內存、輸入、輸出設備傳遞信息的公用通道，主機的各個部件通過總線相連接，外部設備通過相應的接口電路再與總線相連接，從而形成了計算機硬件系統。在計算機系統中，各個部件之間傳送信息的公共通路叫總線，微型計算機是以總線結構來連接各個功能部件的。

2. 總線的工作原理

當總線空閑（其他器件都以高阻態形式連接在總線上）且一個器件要與目的器件通信時，發起通信的器件驅動總線，發出地址和數據。其他以高阻態形式連接在總線上的器件如果收到（或能夠收到）與自己相符的地址信息后，即接收總線上的數據。發送器件完成通信，將總線讓出（輸出變為高阻態）。

3. 總線的分類

A. 按功能和規范分。

圖1三類總線在微機系統中的地位和關系

（1） 片總線（Chip Bus， C-Bus） 又稱元件級總線，是把各種不同的芯片連接在一起構成特定功能模塊（如CPU模塊）的信息傳輸通路，它的寬度可以是8、16、32或64位。目前比較流行的幾種內部總線技術：I2C總線、SCI總線等。

（2） 內總線（Internal Bus， I-Bus） 又稱系統總線或板級總線，是微機系統中各插件（模塊）之間的信息傳輸通路。例如CPU模塊和存儲器模塊或I/O接口模塊之間的傳輸通路。常用的有PC總線、AT總線（ISA總線）、PCI總線等。

（3） 外總線（External Bus， E-Bus）

又稱通信總線，是微機系統之間或微機系統與其他系統（儀器、儀表、控制裝置等）之間信息傳輸的通路，如EIA RS-232C、IEEE-488等。

其中的系統總線，即通常意義上所說的總線，一般又含有三種不同功能的總線，即數據總線DB、地址總線AB和控制總線CB。有的系統中，數據總線和地址總線是復用的，即總線在某些時刻出現的信號表示數據而另一些時刻表示地址；而有的系統是分開的。51系列單片機的地址總線和數據總線是復用的，而一般PC中的總線則是分開的。“數據總線DB”用于傳送數據信息。數據總線是雙向三態形式的總線，即他既可以把CPU的數據傳送到存儲器或I／O接口等其它部件，也可以將其它部件的數據傳送到CPU。數據總線的位數是微型計算機的一個重要指標，通常與微處理的字長相一致。例如Intel 8086微處理器字長16位，其數據總線寬度也是16位。需要指出的是，數據的含義是廣義的，它可以是真正的數據，也可以是指令代碼或狀態信息，有時甚至是一個控制信息，因此，在實際工作中，數據總線上傳送的并不一定僅僅是真正意義上的數據。“地址總線AB”是專門用來傳送地址的，由于地址只能從CPU傳向外部存儲器或I／O端口，所以地址總線總是單向三態的，這與數據總線不同。地址總線的位數決定了CPU可直接尋址的內存空間大小，比如8位微機的地址總線為16位，則其最大可尋址空間為2^16＝64KB，16位微型機（x位處理器指一個時鐘周期內微處理器能處理的位數多少，即字長大小）的地址總線為20位，其可尋址空間為2^20＝1MB。一般來說，若地址總線為n位，則可尋址空間為2^n字節。“控制總線CB”用來傳送控制信號和時序信號。控制信號中，有的是微處理器送往存儲器和I／O接口電路的，如讀／寫信號，片選信號、中斷響應信號等；也有是其它部件反饋給CPU的，比如：中斷申請信號、復位信號、總線請求信號、設備就緒信號等。因此，控制總線的傳送方向由具體控制信號而定，一般是雙向的，控制總線的位數要根據系統的實際控制需要而定。實際上控制總線的具體情況主要取決于CPU。

B. 按傳輸數據的方式劃分

可以分為串行總線和并行總線。串行總線中，二進制數據逐位通過一根數據線發送到目的器件；并行總線的數據線通常超過2根。常見的串行總線有SPI、I2C、USB及RS232等。常見并行總線有VME總線和PCI總線等。串行總線傳輸速度比并行快，并行總線的時鐘一般為33MHz或66MHz。

C. 按時鐘信號是否獨立分

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據，而異步總線的時鐘信號是從數據中提取出來的。I2C總線、SPI總線、PCI總線、CPCI總線是同步串行總線，SCI總線、IEEE 488和ANSI X3.131-1986 SCSI總線、VME總線、RS232采用異步串行總線。

4. 總線的主要技術指標

（1）總線的帶寬（總線數據傳輸速率）

總線的帶寬指的是單位時間內總線上傳送的數據量，即每鈔鐘傳送MB的最大穩態數據傳輸率。與總線密切相關的兩個因素是總線的位寬和總線的工作頻率，它們之間的關系：總線的帶寬＝總線的工作頻率*總線的位寬/8 或者 總線的帶寬=（總線的位寬/8 ）/總線周期

（2）總線的位寬

總線的位寬指的是總線能同時傳送的二進制數據的位數，或數據總線的位數，即32位、64位等總線寬度的概念。總線的位寬越寬，每秒鐘數據傳輸率越大，總線的帶寬越寬。

（3）總線的工作頻率

總線的工作時鐘頻率以MHZ為單位，工作頻率越高，總線工作速度越快，總線帶寬越寬。

5. 總線的優缺點

采用總線結構的主要優點：

1、簡化了硬件的設計。便于采用模塊化結構設計方法，面向總線的微型計算機設計只要按照這些規定制作cpu插件、存儲器插件以及I/O插件等，將它們連入總線就可工作，而不必考慮總線的詳細操作。

2、簡化了系統結構。整個系統結構清晰。連線少，底板連線可以印制化。

3、系統擴充性好。一是規模擴充，規模擴充僅僅需要多插一些同類型的插件。二是功能擴充，功能擴充僅僅需要按照總線標準設計新插件，插件插入機器的位置往往沒有嚴格的限制。

4、系統更新性能好。因為cpu、存儲器、I/O接口等都是按總線規約掛到總線上的，因而只要總線設計恰當，可以隨時隨著處理器的芯片以及其他有關芯片的進展設計新的插件，新的插件插到底板上對系統進行更新，其他插件和底板連線一般不需要改。

5、便于故障診斷和維修。用主板測試卡可以很方便找到出現故障的部位，以及總線類型。

采用總線結構的缺點：

1、利用總線傳送具有分時性。當有多個主設備同時申請總線的使用是必須進行總線的仲裁。

2、總線的帶寬有限，如果連接到總線上的個硬件設備沒有資源調控機制容易造成信息的延時（這在某些即時性強的地方是致命的）。

3、連到總線上的設備必須有信息的篩選機制，要判斷該信息是否是傳給自己的。

嵌入式總線技術分類

一、 內部總線、系統總線和外部總線

1、內部總線

Internal Bus ：將處理器的所有結構單元內部相連。它的寬度可以是8、16、32、或64位。目前比較流行的幾種內部總線技術：

I2C總線

I2C（Inter-IC）總線10多年前由Philips公司推出，是近年來在微電子通信控制領域廣泛采用的一種新型總線標準。它是同步通信的一種特殊形式，具有接口線少，控制方式簡化，器件封裝形式小，通信速率較高等優點。在主從通信中，可以有多個I2C總線器件同時接到I2C總線上，通過地址來識別通信對象。 SPI總線

串行外圍設備接口SPI（serial peripheral interface）總線技術是Motorola公司推出的一種同步串行接口。Motorola公司生產的絕大多數MCU（微控制器）都配有SPI硬件接口，如68系列MCU。SPI總線是一種三線同步總線，因其硬件功能很強，所以，與SPI有關的軟件就相當簡單，使CPU有更多的時間處理其他事務。 SCI總線

串行通信接口SCI（serial communicaTIon interface）也是由Motorola公司推出的。它是一種通用異步通信接口UART，與MCS-51的異步通信功能基本相同。

2、系統總線

系統總線又稱內總線或板級總線。因為該總線是用來連接微機各功能部件而構成一個完整微機系統的，所以稱之為系統總線。常用的有PC總線、AT總線（ISA總線）、PCI總線等。

系統總線上傳送的信息包括數據信息、地址信息、控制信息，因此，系統總線包含有三種不同功能的總線，即數據總線DB（Data Bus）、地址總線AB（Address Bus）和控制總線CB（Control Bus）

目前比較流行的幾種系統總線技術： ISA總線

ISA（industrial standard architecture）總線標準是IBM 公司1984年為推出PC/AT機而建立的系統總線標準，所以也叫AT總線。它是對XT總線的擴展，以適應8/16位數據總線要求。它在80286至80486時代應用非常廣泛，以至于現在奔騰機中還保留有ISA總線插槽。ISA總線有98只引腳。