计算机控制系统的原理和方法(科学出版社)第2章.pdf

第 2 章 总线与 I/O 接口 2. 1 本章概要 用作控制的计算机是控制系统的核心，如同通用计算机一样，控制机由处理机模块、存 储器模块和 I/O 模块组成，形形色色的 I/O 模块无疑是控制计算机与通用计算机的主要区别 之一，也是我们要重点介绍的内容。控制计算机普 遍采用背板总线结构，如图 2-1 所示，I/O 模块向 上通过背板总线（backplane bus ）与计算机的各个 处理机模块 存储器模块 • • • • • • 模块接口，向下通过 I/O 接口与被控制的元件（传 感器或执行器）或者设备连接。 背板总线 背板总线是现代计算机系统结构的核心。本章 介绍背板总线的基本知识，以及在控制领域里得到 广泛应用的 VMEbus 总线，并将它与另一种广为人 总线接口 I/O 模块 知的背板总线 CompactPCI 加以比较。 I/O 接口 I/O （输入/输出）接口是数字的计算机世界与 模拟的物理世界之间的桥梁，本章中我们介绍 I/O 系统和 I/O 接口方法的一般知识，以及基本的 I/O 被控设备或元件 接口技术。 2. 2 总线的基本知识 图2-1 ：I/O 模块中的接口 2. 2. 1 背板总线 我们在 PC 台式计算机系统所见到的总线是设置在母板上的，在控制领域所使用的计算 机系统，通常都使用背板总线（backplane bus ）。背板总线是由印刷电路板和插槽组成的并行 总线（在本章以下叙述中，简称总线），安装在机箱背面，用来将 2 个以上的计算机模块连 接成计算机系统。 背板总线使得计算机的所有部件都实现模块化，它的主要优点是： • 具有可靠的机械结构并且便于正面插拔。 • 便于模块的设计和系统扩充。 • 垂直的电路板使得系统易于强制通风冷却，提高了系统的可靠性。 背板总线系统中的模块可以分为主模块（master ）和从模块（slave ）2 类。主模块可以 发送地址，是各种操作的发起者；从模块是各种操作的响应者。一方面，主模块并非一定包 含有处理器（例如，SCSI 控制器就是主模块），另一方面，一个模块也可以兼具主从功能。 不过一般而言，处理机模块是主模块；存储器模块和 I/O 模块是从模块，如图 2-2 所示。 20 计算机控制系统中的原理和方法 从功能上来说，总线由 3 类信号线组成： • 地址线。用来选择要存取数据的存储器的地址或 I/O 寄存器地址。 • 数据线。 • 各种控制线。用来控制数据传输，（从模块）发送中断请求，（主模块）发送要求 获得总线控制权的仲裁请求以及对各种请求的响应等等。 总线中还包括各种电源（+5V ，±12V ）线和地线，通称为公共（utility ）总线。此外，还 有一些空余的线用于将来扩充或用户自己定义 用途。 主模块（处理机） 从模块（I/O ） 还有一种总线被称为面板（front-plane ）总线，面板 地址线 总线不是完整的计算机总线，它作为背板总线的补充， 数据线 被用于需要进行大量数据采集和处理的系统中。顾名思