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2007-11-16 10:41:25

从PC的总线到ARM内部总线

我在学习《Linux设备驱动程序(第3版)》第九章 与硬件通信 时,对 I\O总线的概念 不是很清晰,所以查找了有关资料。现在总结如下

本文的参考资料:
1、 《AMBA、AHB、APB总线简介》 作者 adamzhao 日期 2006-11-16 19:33:00
转载网址:http://www.openhard.org/myspace/blog/show.php?id=75802
2、 《Introduction to AMBA Bus System 》台湾 工研院 / 系統晶片技術中心工程師 吳欣龍,PDF格式
下载地址:http://tpe-wh3.dwins.net/download/member_file/2002/soc/2002-5-1.pdf
3、 《PC架构系列:CPU/RAM/IO总线的发展历史!》
转载网址:http://blog.csdn.net/xport/archive/2006/11/16/1387928.aspx
4、 《认识物理I/O构件- 主机I/O总线(1)》作者:IT168存储频道  2007-04-10

总线的演变
首先应该讲讲总线的演变历史,这方面《PC架构系列:CPU/RAM/IO总线的发展历史!》这篇文章写得很好!感谢文章的作者!以下内容大量来自这篇文章,可以说是这篇文章的缩减转载。
 

公共总线

早期PC中,CPU/RAM/IO都是挂在一条总线上,所有的部件都必须在同步的模式下工作。这样就带来一个"互锁" (locked to each other )效应:所有设备都被限定在一个通用时钟频率(Clock Frequency)上面,整个系统的速度会被系统中最慢的设备限制,系统的整体性能无法提高。

南桥诞生(I\O总线诞生

1987年,康柏(Compaq)公司想到一个办法: 将系统总线与I/O总线分开,使得2个不同的总线工作在不同的时钟频率上。CPU和内存工作在系统总线上(the System Bus),独立于所有的I/O设备。这样高速的CPU/RAM组件就摆脱了低速I/O设备的束缚。



这里的Bridge,就是现在的南桥(South Bridge)芯片的前身,而它实际起到了降频的作用。


倍频出世

从80486开始,CPU的发展迅猛,频率大幅攀升。内存开始变得跟不上CPU的发展步伐了。Intel 于是决定在80486中引入倍频(Clock Doubler)的概念。内存依旧工作在系统总线上,与系统总线保持同样的工作频率,而CPU的内部工作频率(CPU主频)是:

CPU 主频 = 外频(系统总线频率System Bus Frequency)* 倍频 (Clock doubler)

北桥和前端总线的诞生

PC结构的变化趋势是把低速设备高速设备用隔离总线的方法进行隔离。而发展到后来,就演变出了北桥(North Bridge)芯片。内存与北桥间的总线称为内存总线,把CPU与北桥间连接的这段总线成为前端总线(Front Side Bus,FSB),也就是系统总线System Bus)!


PC中的I\O总线
通过上面的文章,我们知道的总线的演变过程。现在专门来讲讲I\O总线。

总线:用来传送信号或能量的构造器。

系统 I/O 总线将指令从内存传导至与输入\输出处理器(IOP)相连的设备。系统 I/O 总线还会将指令从 IOP 传导回内存。

以下的内容来自《认识物理I/O构件- 主机I/O总线(1)》 ,这篇文章写得很好。感谢文章作者!

在数据离开系统内存总线后,它通常传输到另一条总线:主机I / O总线。现在最常见的主机I / O总线是P C I总线,另外还有如PCI-E总线、ISA总线,E I S A总线及V M E总线等等。主机I / O总线实现了几种重要的功能,包括:

允许加入新的插卡。
允许从内存总线输入和输出数据。
允许在插卡之间传输数据
主机I / O总线并不是处于设备与系统内存总线间的仅有的中介物,在主机I / O总线和系统内存总线之间还存在着桥控制器芯片(南桥),该芯片负责在两总线之间交换数据。主机I / O总线是在内存和外设之间传送数据的运输工具。

ARM处理器的内部总线

认真研究ARM9(以s3c2410为例)的结构框图,你会发现:作为高性能的嵌入式CPU,ARM9可以看成一个高度浓缩的计算机系统,类似于分化出南桥芯片且有倍频的计算机构架!具体见下图:

 

看了这些,应该可以对计算机的总线有了一些认识,更重要的是对ARM9的体系构架有了更好地认识!这里值得注意的是:ARM 的内存芯片并没有直接接在“内存总线”上,而是通过内存控制器间接地和“内存总线”连接。
 
如果你有兴趣更深入地研究ARM的总线结构,推荐你看一下我上面提到的参考资料:《AMBA、AHB、APB总线简介》、《Introduction to AMBA Bus System 》 。我就不在这废话了,因为他们讲得已经很全面,很精彩了。你如果是ARM总线的设计者,你应该看看ARM 公司的《AMBA™ Specification (Rev 2.0)文档(去ARM的官方网站注册一下就可以下载了)。
 
阅读(7777) | 评论(2) | 转发(8) |
给主人留下些什么吧!~~

unix_disciple2010-10-08 10:20:53

感谢博主,总结得太好了。

chinaunix网友2009-07-25 10:29:06

好文,转载下,谢谢

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