计组 总线控制

总线控制是总线的重难点，总线上连接了多个设备，多个设备之间要进行通信，必须解决以下2个问题

• 总线的判优控制 ==》多个设备同时发起请求，先给谁？
• 总线的通信控制 ==》如何在保证正确性前提下完成通信？

总线判优控制

根据是否能发起总线请求，我们对总线上的设备分为2类

• 主设备 ==》 对总线有控制权
• 从设备 ==》 不能发起控制，仅能响应主设备发送的总线命令

主设备可以发起总线控制申请，控制总线后，可以控制和另外一台设备进行通信过程

一个设备，可以作为主设备，又可以作为从设备（部分设备），有些总线上也可以有多个主设备

总线判优，可以分为2种方式

• 集中式
  • 链式查询
  • 计数器定时查询
  • 独立请求方式
• 分布式（不讲）

集中式表示把控制的判优逻辑，设定在一个设备上，比如说放在cpu中

分布式，表示把判优逻辑设定在各个设备，或各个设备的端口上

集中式可以分为3种方式， 下面对集中式查询进行介绍

集中式判优

链式查询

• BR为占用请求控制线，
• BS为总线忙
• BG为同意请求

这3条线会连接在对应的设备上，普通部件可以向总线控制部件发出申请，然后会顺着BG链向下查询是谁申请，直到找到申请组件，然后同意申请，一旦该组件获得总线控制权，就由它发送一个BS总线忙的信号给控制组件，算是一种反馈

那么，在链式查询情况下，优先级是什么？是部件与总线控制部件的连接顺序。这种设计方案非常简单，但这种情况下顺序与总线设计时就固定好了的，不够灵活，此外一旦发生线路故障，可能导致部分设备再也无法获取总线控制权。这种设计方案主要用于微型计算机，或简单的嵌入式系统中。对于优化方案，可以增加一条BG线，以免线路故障。

计数器定时查询

• BR为请求控制器
• BS为总线忙
• DS为设备地址线

靠近总线控制组件的DS为0，往后是1，2，3…，控制组件中有一个计数器，比如说0，那么当收到请求时，按计数器中的数字开始查询，然后递增1，即0，1，2…看起来和第一种一样，但实际又差的多，你可以灵活的设置计数器的值，比如从2开始，或者从上一次的值开始这样就形成了循环查询。在这种方式中，设备地址线需要log2N向上取整的位数，也就是log2N向上取整根线

独立请求方式

• BR为控制请求线
• BG为同意

在这个设计中，每个设备均与总线控制器之间存在BR，BG。在这个设计中，控制部件中，存在一个排队器。这种方式非常灵活，你可以做简单的排队，又可以指定优先顺序，或循环，或混合。一旦某个设备占用了总线，标记该设备获取了总线控制器，在这种方式中，如果有n个设备，需要2n条线。

总线通信控制

当主设备获得了总线的控制以后，就需要和从设备进行数据交换，那么总线的通信控制就是为了解决通信双方“协调配合”的问题

总线传输周期： 指主设备，与从设备之间完成一次完整的并且可靠的通信需要的时间。那么需要解决以下问题

• 申请分配阶段 ==》 主设备获得控制权
• 寻址阶段 ==》 主设备找到从设备
• 传数阶段 ==》 交换数据
• 结束阶段 ==》撤销有关信息

在寻址阶段，通过地址找到从设备，通过命令控制从设备完成相应的操作

如果主设备准备好数据，那么它就可以发送数据，如果从设备准备好接受，那么就可以进行接受

在传输完毕后，就可以从主、从设备中撤销对应信息

总线通信的4种方式

• 同步通信 ==》 由统一时标控制数据传送
• 异步通信 ==》 采用应答方式，没有公共时钟标准
• 半同步通信 ==》 同步、异步结合
• 分离式通信 ==》充分挖掘系统总线每一瞬间的传输潜力

同步通信，需要有一个定宽，定距的时标来控制数据传输

异步通信，由主设备发出请求，从设备发出应答，然后开始数据传输

半同步，主要是为了解决不同速度的2个模块、设备之间的数据通信问题

分离式通信能最大化发挥总线的数据传输能力。

同步数据传输（细）：

传输时，存在4个周期，分别是T1，T2，T3，T4，除了时钟周期，还需要给出地址信号，读信号，数据

对于同步通信来说，要在固定的时间点上给出固定的操作， 在总线周期来看，在T1时钟上升沿给出地址信号，这里由主设备给出

在第二个时钟周期上升沿，给出读命令信号，告诉从设备要读取数据

在第三个周期从设备必须给出数据信号，然后开始传输数据，在第三个周期结束时撤销读信号、数据信号。在第四个周期，地址信号也撤销了。

可以看到，在同步通信中，需要一个定宽，定距的时钟，且需要在指定的时间内完成指定的操作。读命令、写命令是相似的，但并不相同，比如写数据是在下降沿，撤销在上升沿。你可以看到在这个设计中，快的速度必须等待慢的速度，因为两个设备之间必须同步。一般应用在存取时间比较短，且存时间比较一致的情况下。

异步数据通信（细）：

不互锁

主设备发送请求，从设备应答，再一段时间后，主设备撤销请求，从设备撤销应答，它们是分开进行的，主设备不管是否接收到应答信号，过一段时间后都会撤销，通信的可靠性是有问题的

半互锁

主设备发送请求，从设备发出应答信号，主设备在介绍到应答后撤销请求，若接受不到应答则保持请求，这种方式可以判断对方是否正常接受到请求信号，但可能一直等待应答。

全互锁

主设备发出请求，从设备发出应答，主设备接受应答后撤销请求，然后提示从设备取消响应。半互锁、全互锁方式一旦发现数据错误，可以重新发送。

半同步通信（细）：

这是同步与异步的结合 ，发送方使用上升沿发信号，接收方使用下降沿判断识别，异步允许不同速度和谐的工作，增加一条“等待”响应信号 wait，该信号由从设备给出的

以输入数据为例模拟

• t1 由主模块发地址
• t2 主模块发命令
• 当wait为低电平，则等待一个T，直到T为高电平
• t3 从模块提供数据
• t4 从模块撤销数据，主模块撤销命令

总结上述3种通信共同特点：

以一个总线传输周期（以输入周期为例）

• 主模块发地址、命令 ==》 占用总线
• 从模块准备数据 ==》 总线空闲
• 从模块向主模块发送数据 ==》 占用总线

总线在传输周期中空闲，是一种浪费

分离式通信（细）：

以一个总线周期

• 子周期1 ==》主模块申请占用总线，使用完毕后放弃总线使用权
• 子周期2 ==》从模块申请占用总线，将各种信息送至总线上

在子周期1后，从模块进行数据准备，一旦数据准备完毕，从设备申请占用总线，实际上在这个阶段，从模块已经变为了主模块。分离式通信用途广泛，比如在读取硬盘时，硬盘寻找数据时间很长，在这个过程就使用了分离式通信，充分使用了总线潜力。