楼 主:emtronix 2009年4月30日11:23

 [转帖]对“总线不出板”的理解与应用--成都英创信息技术有限公司
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　　现代的智能电子设备，通常都包括了至少一个（甚至多个）CPU单元、通讯单元、数据采集单元以及相关的控制单元。由于设备的复杂性，会把不同功能的单元设计在不同的电路板上，从而产生了板与板之间采用什么方式连接的问题。另一方面，每个功能单元所涉及的具体技术已是足够复杂，于是社会就产生了分工，自然出现了专门从事某一方面功能板卡开发销售的公司，我们英创公司就是一家专门从事嵌入式主板开发、销售、服务的公司。我们提供的板卡以CPU为核心，试图通过提供一定数量的标准通讯接口以及我们称为精简ISA扩展总线的方式，为我们的客户提供一种快捷的智能电子设备的整机解决方案。我们的设想是，在我们的产品中，所提供的标准通讯接口可满足客户的大部分需求，而客户的一些专门的需求，可通过产品的精简ISA总线来实现。

ISA是Industry Standard Architecture的缩写，是IBM为PC机设计的开放式扩展总线，它成为了早期PC上扩展总线的事实标准（de-facto），并由此产生了完整的PC104总线标准。在目前基于PC的工控应用中，ISA总线（包括PC104总线）仍然是功能扩展的主要总线之一。正因为如此，在英创的各款嵌入式主板产品中，均保留了精简的ISA扩展总线，以便客户进行专用功能的扩展。

早在90年代初，就有业界的知名专家，从产品的可靠性角度出发，提出了“总线不出板”的原则，其主要的依据，主要是高速的总线信号会由于传输带线的反射使信号奇变，从而影像总线操作的可靠性，另一方总线信号还可能产生某种电磁辐射，而影响某些元器件（如高速AD、无线接收模块等）的正常工作。对我们来讲如何在保留精简ISA总线的灵活性的前提下，又能消除引出总线所带来的可能的干扰，是英创的产品必须面对的问题，特别是在CPU性能不断提高，总线速度达到100MHz，甚至更高时，这一问题就变得尤为突出。像英创目前基于ARM9的嵌入式工控主板其CPU主频为200MHz，而总线速度则达到100MHz。

首先我们在板卡的结构方面，借鉴了PC104主板的插针连接模式，采用双排坚固IDC插针方式与客户的应用底板相连，一方面保证了信号的传输特性，另一方面也保证了英创嵌入式主板与客户应用底板的可靠连接。一个很好的说明是，在英创已销售的几万片产品中，还没有一例是由于板卡间连接的问题而返修的。

从总线操作的角度进一步分析大多数客户的应用情况，会发现总线使用的时间占设备的操作周期的比率一般来讲是很低的，通常不到1%。这启发我们在精简ISA总线的设计中，只有在片选CS0#或CS1#有效时，才输出总线信号，包括数据总线、地址总线及控制总线信号，而在大部分非精简ISA总线操作时间里，让总线信号处于完全“安静”的状态、即固定电平状态。在英创的嵌入式主板中，精简ISA总线的总线周期一般为500ns，完全与传统的ISA总线一致，精简ISA总线的数据吞吐能力为2MB/s，可满足绝大多数应用需求。从频谱分析的角度，很容易估算，300ns - 500ns的总线周期，加上操作周期在10ms的水平，所能够产生的高频干扰是非常低的，完全不会对设备产生危害性的影响。这使得英创产品在保留了精简ISA总线的灵活性的前提下，又满足了“总线不出板”的原则对板间电磁干扰的严格要求。

在CPU的内部总线到精简ISA总线的转换中，采用简单的组合逻辑，不能满足ISA总线各信号的时序要求，在用户的扩展电路的译码中很容易产生毛刺干扰，甚至造成逻辑错误。在英创的产品中则是由专门的时序电路来完成总线信号的转换，以保证扩展总线各信号能完全满足ISA的要求。实现的具体技术细节由于受到公司产品的保密限制，而不能在本文中介绍，好在客户在使用精简ISA总线时，并不需要这些细节，而只需参考英创网站中关于精简ISA总线应用的介绍就可很容易的完成自己的扩展电路设计。

【本文系作者X10原创文章，转载请注明出】此日志由 x10 在 2009-2-27 16:41:40 编缉过。

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