中心議題：

• 總線的定義及分類
• 總線傳輸基本原理
• 總線的通信協議

解決方案：

• 采用雙絞線差分信號來傳送數據
  
  ，以降低單線的電壓升降幅度，減小信號的邊沿產生的高次諧波
• 適當的讓數據的邊沿具有一定的斜坡
• 增加匹配電阻和電容等來減少總線上信號的發射和平衡總線上的分布電容等
• 采用合適的網絡拓撲結構和屏蔽技術等來減少受其他信號的幹擾

如果一座隻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(zu)塞(sai)，那(na)我(wo)們(men)就(jiu)得(de)采(cai)取(qu)有(you)效(xiao)的(de)辦(ban)法(fa)。比(bi)如(ru)規(gui)定(ding)某(mou)段(duan)時(shi)間(jian)哪(na)端(duan)的(de)人(ren)過(guo)橋(qiao)，另(ling)一(yi)端(duan)的(de)人(ren)就(jiu)等(deng)著(zhe)該(gai)他(ta)過(guo)橋(qiao)的(de)時(shi)間(jian)段(duan)的(de)到(dao)來(lai)，同(tong)時(shi)也(ye)還(hai)可(ke)以(yi)規(gui)定(ding)人(ren)多(duo)時(shi)要(yao)按(an)先(xian)來(lai)後(hou)到(dao)或(huo)年(nian)齡(ling)長(chang)幼(you)的(de)次(ci)序(xu)過(guo)橋(qiao)。在(zai)這(zhe)不(bu)經(jing)意(yi)間(jian)，我(wo)們(men)就(jiu)體(ti)會(hui)到(dao)了(le)現(xian)代(dai)電(dian)子(zi)信(xin)息(xi)數(shu)據(ju)通(tong)過(guo)總(zong)線(xian)按(an)時(shi)分(fen)係(xi)統(tong)傳(chuan)輸(shu)的(de)最(zui)原(yuan)始(shi)的(de)思(si)想(xiang)。

xiandaiwangluoxinxidefazhan
，tebieshiduiyuchengbenhekongjianeryan
，zongxianchuanshutidaidianduidianchuanshushimuqianfazhanderedian，tadechuxianjianggeixinxichuanshushangtigonglezuidadefangbianhezuiyouxiaodejishujiejuefangan。jiaruyige微處理器與它的部件和外圍設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複雜，甚至難以實現。

目前與我們生活習習相關的一係列活動都無不牽涉到總線技術的應用
，如我們上英特網、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係統、頻分係統

、相分係統和碼分係統等。常言道“兵來將擋
，水來土淹”，麵mian對dui種zhong類lei繁fan多duo的de總zong線xian，我wo們men隻zhi有you從cong基ji本ben原yuan理li出chu發fa，從cong骨gu子zi裏li去qu了le解jie它ta的de實shi質zhi
，而er不bu要yao被bei它ta形xing式shi多duo樣yang的de外wai表biao所suo迷mi惑huo

，才cai能neng熟shu練lian掌zhang握wo和he靈ling活huo運yun用yong眼yan下xia正zheng在zai或huo將jiang要yao用yong到dao的de各ge種zhong總zong線xian技ji術shu。

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(zhe)是(shi)非(fei)常(chang)形(xing)象(xiang)的(de)比(bi)如(ru)，公(gong)共(gong)車(che)走(zou)的(de)路(lu)線(xian)是(shi)一(yi)定(ding)的(de)，我(wo)們(men)任(ren)何(he)人(ren)都(dou)可(ke)以(yi)坐(zuo)公(gong)共(gong)車(che)去(qu)該(gai)條(tiao)公(gong)共(gong)車(che)路(lu)線(xian)的(de)任(ren)意(yi)一(yi)個(ge)站(zhan)點(dian)。如(ru)果(guo)把(ba)我(wo)們(men)人(ren)比(bi)作(zuo)是(shi)電(dian)子(zi)信(xin)號(hao)
，這(zhe)就(jiu)是(shi)為(wei)什(shen)麼(me)英(ying)文(wen)叫(jiao)它(ta)為(wei)“BUS”而不是“CAR”dezhenzhengyongyi。dangran，congzhuanyeshanglaishuo，zongxianshiyizhongmiaoshudianzixinhaochuanshuxianludejiegouxingshi，shiyileixinhaoxiandejihe
，shizixitongjianchuanshuxinxidegonggongtongdao[1]。通過總線能使整個係統內各部件之間的信息進行傳輸

、交換、共享和邏輯控製等功能。如在計算機係統中，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主機相連接，外部設備通過相應的接口電路再於總線相連接。

1.2分類

總線分類的方式有很多，如被分為外部和內部總線、係統總線和非係統總線等等
，下麵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據總線進行劃分
，可以分為地址總線（addressbus）
、數據總線（databus）和控製總線（controlbus）。在有的係統中，數據總線和地址總線可以在地址鎖存器控製下被共享，也即複用。

地址總線是專門用來傳送地址的。在設計過程中，見得最多的應該是從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(shu)據(ju)總(zong)線(xian)是(shi)用(yong)於(yu)傳(chuan)送(song)數(shu)據(ju)信(xin)息(xi)，它(ta)又(you)有(you)單(dan)向(xiang)傳(chuan)輸(shu)和(he)雙(shuang)向(xiang)傳(chuan)輸(shu)數(shu)據(ju)總(zong)線(xian)之(zhi)分(fen)
，雙(shuang)向(xiang)傳(chuan)輸(shu)數(shu)據(ju)總(zong)線(xian)通(tong)常(chang)采(cai)用(yong)雙(shuang)向(xiang)三(san)態(tai)形(xing)式(shi)的(de)總(zong)線(xian)。數(shu)據(ju)總(zong)線(xian)的(de)位(wei)數(shu)通(tong)常(chang)與(yu)微(wei)處(chu)理(li)的(de)字(zi)長(chang)相(xiang)一(yi)致(zhi)。例(li)如(ru)Intel8086微處理器字長16位
，其數據總線寬度也是16位。在實際工作中，數據總線上傳送的並不一定是完全意義上的數據。

控製總線是用於傳送控製信號和時序信號。如有時微處理器對外部存儲器進行操作時要先通過控製總線發出讀/寫信號
、片(pian)選(xuan)信(xin)號(hao)和(he)讀(du)入(ru)中(zhong)斷(duan)響(xiang)應(ying)信(xin)號(hao)等(deng)。控(kong)製(zhi)總(zong)線(xian)一(yi)般(ban)是(shi)雙(shuang)向(xiang)的(de)

，其(qi)傳(chuan)送(song)方(fang)向(xiang)由(you)具(ju)體(ti)控(kong)製(zhi)信(xin)號(hao)而(er)定(ding)，其(qi)位(wei)數(shu)也(ye)要(yao)根(gen)據(ju)係(xi)統(tong)的(de)實(shi)際(ji)控(kong)製(zhi)需(xu)要(yao)而(er)定(ding)。

1.2.2按傳輸方式分

按(an)照(zhao)數(shu)據(ju)傳(chuan)輸(shu)的(de)方(fang)式(shi)劃(hua)分(fen)，總(zong)線(xian)可(ke)以(yi)被(bei)分(fen)為(wei)串(chuan)行(xing)總(zong)線(xian)和(he)並(bing)行(xing)總(zong)線(xian)。從(cong)原(yuan)理(li)來(lai)看(kan)，並(bing)行(xing)傳(chuan)輸(shu)方(fang)式(shi)其(qi)實(shi)優(you)於(yu)串(chuan)行(xing)傳(chuan)輸(shu)方(fang)式(shi)
，但(dan)其(qi)成(cheng)本(ben)上(shang)會(hui)有(you)所(suo)增(zeng)加(jia)。通(tong)俗(su)地(di)講(jiang)，並(bing)行(xing)傳(chuan)輸(shu)的(de)通(tong)路(lu)猶(you)如(ru)一(yi)條(tiao)多(duo)車(che)道(dao)公(gong)路(lu)
，而(er)串(chuan)行(xing)傳(chuan)輸(shu)則(ze)是(shi)隻(zhi)允(yun)許(xu)一(yi)輛(liang)汽(qi)車(che)通(tong)過(guo)單(dan)線(xian)公(gong)路(lu)。目(mu)前(qian)常(chang)見(jian)的(de)串(chuan)行(xing)總(zong)線(xian)有(you)SPI
、I2C、USB、IEEE1394
、RS232
、CAN等；而並行總線相對來說種類要少，常見的如IEEE1284、ISA、PCI等。

1.2.3按時鍾信號方式分

按(an)照(zhao)時(shi)鍾(zhong)信(xin)號(hao)是(shi)否(fou)獨(du)立(li)，可(ke)以(yi)分(fen)為(wei)同(tong)步(bu)總(zong)線(xian)和(he)異(yi)步(bu)總(zong)線(xian)。同(tong)步(bu)總(zong)線(xian)的(de)時(shi)鍾(zhong)信(xin)號(hao)獨(du)立(li)於(yu)數(shu)據(ju)，也(ye)就(jiu)是(shi)說(shuo)要(yao)用(yong)一(yi)根(gen)單(dan)獨(du)的(de)線(xian)來(lai)作(zuo)為(wei)時(shi)鍾(zhong)信(xin)號(hao)線(xian)
；而異步總線的時鍾信號是從數據中提取出來的

，通常利用數據信號的邊沿來作為時鍾同步信號。

2總線傳輸基本原理

yijuqianmianduizongxiandedingyikezhizongxiandejibenzuoyongjiushiyonglaichuanshuxinhao，weilegezixitongdexinxinengyouxiaojishidebeichuansong，weilebuzhiyubicijiandexinhaoxianghuganraohebimianwulikongjianshangguoyuyongji
，qizuihaodebanfajiushicaiyongduolufuyongjishu[3]，yejiushishuozongxianchuanshudejibenyuanlijiushiduolufuyongjishu。suoweiduolufuyongjiushizhiduogeyonghugongxianggongyongxindaodeyizhongjizhi，muqianzuichangjiandezhuyaoyoushifenduolufuyong
、頻分多路複用和碼分多路複用等。[page]

2.1時分多路複用（TDMA）

時shi分fen複fu用yong是shi將jiang信xin道dao按an時shi間jian加jia以yi分fen割ge成cheng多duo個ge時shi間jian段duan，不bu同tong來lai源yuan的de信xin號hao會hui要yao求qiu在zai不bu同tong的de時shi間jian段duan內nei得de到dao響xiang應ying
，彼bi此ci信xin號hao的de傳chuan輸shu時shi間jian在zai時shi間jian坐zuo標biao軸zhou上shang是shi不bu會hui重zhong疊die。

2.2頻分多路複用（FDMA）

頻pin分fen複fu用yong就jiu是shi把ba信xin道dao的de可ke用yong頻pin帶dai劃hua分fen成cheng若ruo幹gan互hu不bu交jiao疊die的de頻pin段duan，每mei路lu信xin號hao經jing過guo頻pin率lv調tiao製zhi後hou的de頻pin譜pu占zhan用yong其qi中zhong的de一yi個ge頻pin段duan，以yi此ci來lai實shi現xian多duo路lu不bu同tong頻pin率lv的de信xin號hao在zai同tong一yi信xin道dao中zhong傳chuan輸shu。而er當dang接jie收shou端duan接jie收shou到dao信xin號hao後hou將jiang采cai用yong適shi當dang的de帶dai通tong濾lv波bo器qi和he頻pin率lv解jie調tiao器qi等deng來lai恢hui複fu原yuan來lai的de信xin號hao。

2.3碼分多路複用（CDMA）

碼(ma)分(fen)多(duo)路(lu)複(fu)用(yong)是(shi)所(suo)被(bei)傳(chuan)輸(shu)的(de)信(xin)號(hao)都(dou)會(hui)有(you)各(ge)自(zi)特(te)定(ding)的(de)標(biao)識(shi)碼(ma)或(huo)地(di)址(zhi)碼(ma)，接(jie)收(shou)端(duan)將(jiang)會(hui)根(gen)據(ju)不(bu)同(tong)的(de)標(biao)識(shi)碼(ma)或(huo)地(di)址(zhi)碼(ma)來(lai)區(qu)分(fen)公(gong)共(gong)信(xin)道(dao)上(shang)的(de)傳(chuan)輸(shu)信(xin)息(xi)，隻(zhi)有(you)標(biao)識(shi)碼(ma)或(huo)地(di)址(zhi)碼(ma)完(wan)全(quan)一(yi)致(zhi)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)傳(chuan)輸(shu)信(xin)息(xi)才(cai)會(hui)被(bei)接(jie)收(shou)。

3總線的通信協議

對於總線的學習，了解其通訊協議是整個過程中最關鍵的一步，所有介紹總線技術的資料都會花很大的篇幅來描述其協議，特別是ISO/OSIdenaqicengdingyi。qishiyaolejieyizhongzongxiandexieyi
，zuizhuyaodejiushiqulejiezongxiandezhenshujumeiyiweisuodaibiaodetexingheyiyi，zongxiangejiedianjianyouxiaoshujudeshoufadoushitongguogejiedianduizhenshujuweihuoduandepanduanhequexinlaideyishixian。


如圖1所示是常見的I2C總線上傳輸的一字節數據的數據幀，其總線形式是由數據線SDA和時鍾SCL構成的雙線製串行總線，並接在總線上的電路模塊即可作為發送器（主機）又可作為接收器（從機）。幀數據中除了控製碼（包括從機標識碼和訪問地址碼）與數據碼外還包括起始信號、結束信號和應答信號[4]。

起始信號：SCL為高電平時，SDA由高電平向低電平跳變
，開始傳送數據。

控製碼：用來選澤操作目標與對象，即接通需要控製的電路
，確定控製的種類對象。在讀期間
，也即SCL時鍾線處於時鍾脈衝高電平時
，SDA上的數據位不會跳變。

數據碼：是主機向從機發送的具體的有用的數據（如對比度、亮度等）和信息。在讀期間
，SDA上的數據位不會跳變。

應答信號：接收方收到8bit數據後，向發送方發出特定的低電平。讀/寫的方向與其它數據位正好相反，也即是由從機寫出該低電平，主機來讀取該低電平。

結束信號：SCL為高電平時，SDA由低電平向高電平跳變表示數據幀傳輸結束。

dangranbutongdezongxianqishujuweihuoduandedingyikendingbutong
，danyijutongyangdeyuanlikeyigengkuaidequlejietadexieyidetexinghetedian。suiranqixinxizhendedaxiaobuyi，danjutidemouyishujuweihuoshujuduandouleisiyubenwensuotijideI2C總線，會依據它的協議的要求來定義它所達標的意義和功能。

4主要技術指標

評價總線的主要技術指標是總線的帶寬（即傳輸速率）、數據位的寬度（位寬）、工作頻率和傳輸數據的可靠性、穩定性等。

4.1帶寬（傳輸速率）
、位寬和工作頻率

總線的帶寬指的是單位時間內總線上傳送的數據量，即每鈔傳送MB的最大數據傳輸率。總線的位寬指的是總線能同時傳送的二進製數據的位數，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
，數據傳輸速率越大
，總線的帶寬就越寬。總線的工作時鍾頻率以MHz為單位，它與傳輸的介質、信(xin)號(hao)的(de)幅(fu)度(du)大(da)小(xiao)和(he)傳(chuan)輸(shu)距(ju)離(li)有(you)關(guan)。在(zai)同(tong)樣(yang)硬(ying)件(jian)條(tiao)件(jian)下(xia)，我(wo)們(men)采(cai)用(yong)差(cha)分(fen)信(xin)號(hao)傳(chuan)輸(shu)時(shi)的(de)頻(pin)率(lv)常(chang)常(chang)會(hui)比(bi)單(dan)邊(bian)信(xin)號(hao)高(gao)得(de)多(duo)，這(zhe)是(shi)因(yin)為(wei)差(cha)分(fen)信(xin)號(hao)的(de)的(de)幅(fu)度(du)隻(zhi)有(you)單(dan)邊(bian)信(xin)號(hao)的(de)一(yi)半(ban)而(er)已(yi)。

總線的帶寬、位寬和工作頻率
，這三者密切相關，它們之間的關係：



4.2傳輸數據的可靠性

kekaoxingshipingdingzongxianzuiguanjiandecanshu，meiyoukekaoxing，chuanshudeshujudoushicuowudexinxi

，bianjiushiqulezongxiandeshijiyiyi。weiletigaozongxiandekekaoxing，tongchangcaiyongdecuoshiyou：

采(cai)用(yong)數(shu)據(ju)幀(zhen)發(fa)送(song)前(qian)發(fa)送(song)器(qi)對(dui)總(zong)線(xian)進(jin)行(xing)偵(zhen)聽(ting)，隻(zhi)有(you)偵(zhen)聽(ting)到(dao)總(zong)線(xian)處(chu)於(yu)空(kong)閑(xian)狀(zhuang)態(tai)下(xia)時(shi)才(cai)可(ke)向(xiang)總(zong)線(xian)傳(chuan)送(song)數(shu)據(ju)幀(zhen)，這(zhe)樣(yang)避(bi)免(mian)了(le)不(bu)同(tong)節(jie)點(dian)的(de)數(shu)據(ju)衝(chong)突(tu)。

采用雙絞線差分信號來傳送數據，以降低單線的電壓升降幅度，減小信號的邊沿產生的高次諧波。

適當的讓數據的邊沿具有一定的斜坡。

增加匹配電阻和電容等來減少總線上信號的發射和平衡總線上的分布電容等。

采用合適的網絡拓撲結構和屏蔽技術等來減少受其他信號的幹擾。

還有就是在軟件上通過數字濾波
、數據校驗糾錯等措施來提高數據傳輸的可靠性。

學習是一個循序漸進的過程，對總線技術的學習和理解也是隨著其技術的不斷發展而不斷更新的過程。子曰“工欲善其事，必先利其器。”隻有從最基本的原理出發
，打好基礎，才能在今後的學習中融會貫通
，前仆後繼，更進一步深入該知識點和拓寬知識麵。