摘要：以形象生動的比喻來描繪了總線技術的基本思想，指出了總線的基本分類和總線傳輸的基本原理，以及在學習過程中應當掌握的最基本的知識，對初學者有起到拋磚引入的作用。
關鍵詞：總線技術，基礎知識，學習探討
中圖文號：G714 文獻標識碼：A

0引言

如果一座只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、阻塞，那我們就得采取有效的辦法。比如規定某段時間哪端的人過橋，另一端的人就等著該他過橋的時間段的到來，同時也還可以規定人多時要按先來后到或年齡長幼的次序過橋。在這不經意間，我們就體會到了現代電子信息數據通過總線按時分系統傳輸的最原始的思想。

現代網絡信息的發展，特別是對于成本和空間而言，總線傳輸替代點對點傳輸是目前發展的熱點，它的出現將給信息傳輸上提供了最大的方便和最有效的技術解決方案。假如一個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復雜，甚至難以實現。

目前與我們生活習習相關的一系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系統、頻分系統、相分系統和碼分系統等。常言道“兵來將擋，水來土淹”，面對種類繁多的總線，我們只有從基本原理出發，從骨子里去了解它的實質，而不要被它形式多樣的外表所迷惑，才能熟練掌握和靈活運用眼下正在或將要用到的各種總線技術。

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”，這是非常形象的比如，公共車走的路線是一定的，我們任何人都可以坐公共車去該條公共車路線的任意一個站點。如果把我們人比作是電子信號，這就是為什么英文叫它為“BUS”而不是“CAR”的真正用意。當然，從專業上來說，總線是一種描述電子信號傳輸線路的結構形式，是一類信號線的集合，是子系統間傳輸信息的公共通道[1]。通過總線能使整個系統內各部件之間的信息進行傳輸、交換、共享和邏輯控制等功能。如在計算機系統中，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于總線相連接。

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、系統總線和非系統總線等等，下面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（address bus）、數據總線（data bus）和控制總線（control bus）。在有的系統中，數據總線和地址總線可以在地址鎖存器控制下被共享，也即復用。

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）。

數據總線是用于傳送數據信息，它又有單向傳輸和雙向傳輸數據總線之分，雙向傳輸數據總線通常采用雙向三態形式的總線。數據總線的位數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。在實際工作中，數據總線上傳送的并不一定是完全意義上的數據。

控制總線是用于傳送控制信號和時序信號。如有時微處理器對外部存儲器進行操作時要先通過控制總線發出讀/寫信號、片選信號和讀入中斷響應信號等。控制總線一般是雙向的，其傳送方向由具體控制信號而定，其位數也要根據系統的實際控制需要而定。

1.2.2 按傳輸方式分

按照數據傳輸的方式劃分，總線可以被分為串行總線和并行總線。從原理來看，并行傳輸方式其實優于串行傳輸方式，但其成本上會有所增加。通俗地講，并行傳輸的通路猶如一條多車道公路，而串行傳輸則是只允許一輛汽車通過單線公路。目前常見的串行總線有SPI、I2C、USB、IEEE1394、RS232、CAN等；而并行總線相對來說種類要少，常見的如IEEE1284、ISA、PCI等。

1.2.3 按時鐘信號方式分

按照時鐘信號是否獨立，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，也就是說要用一根單獨的線來作為時鐘信號線；而異步總線的時鐘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鐘同步信號。

2 總線傳輸基本原理

依據前面對總線的定義可知總線的基本作用就是用來傳輸信號，為了各子系統的信息能有效及時的被傳送，為了不至于彼此間的信號相互干擾和避免物理空間上過于擁擠，其最好的辦法就是采用多路復用技術[3]，也就是說總線傳輸的基本原理就是多路復用技術。所謂多路復用就是指多個用戶共享公用信道的一種機制，目前最常見的主要有時分多路復用、頻分多路復用和碼分多路復用等。

2.1時分多路復用（TDMA）

時分復用是將信道按時間加以分割成多個時間段，不同來源的信號會要求在不同的時間段內得到響應，彼此信號的傳輸時間在時間坐標軸上是不會重疊。

2.2頻分多路復用（FDMA）

頻分復用就是把信道的可用頻帶劃分成若干互不交疊的頻段，每路信號經過頻率調制后的頻譜占用其中的一個頻段，以此來實現多路不同頻率的信號在同一信道中傳輸。而當接收端接收到信號后將采用適當的帶通濾波器和頻率解調器等來恢復原來的信號。

2.3碼分多路復用（CDMA）

碼分多路復用是所被傳輸的信號都會有各自特定的標識碼或地址碼，接收端將會根據不同的標識碼或地址碼來區分公共信道上的傳輸信息，只有標識碼或地址碼完全一致的情況下傳輸信息才會被接收。

3 總線的通信協議

對于總線的學習，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/OSI的那七層定義。其實要了解一種總線的協議，最主要的就是去了解總線的幀數據每一位所代表的特性和意義，總線各節點間有效數據的收發都是通過各節點對幀數據位或段的判斷和確信來得以實現。

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和時鐘SCL構成的雙線制串行總線，并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）。幀數據中除了控制碼（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]。