GB/T 13724-2008 821总线 1至4字节数据微处理机系统总线

犐犆犛３５．２００

犔６５

中华人民共和国国家标准

／—／：

犌犅犜１３７２４２００８犐犈犆６０８２１１９９１

代替／—

ＧＢＴ１３７２４１９９２

总线至字节数据微处理机

８２１１４

系统总线

国家标准ㅤ可打印ㅤ可复制ㅤ无水印ㅤ高清原版ㅤ去除空白页

—

８２１犅犝犛犕犻犮狉狅狉狅犮犲狊狊狅狉狊狊狋犲犿犫狌狊犳狅狉１狋狅４犫狋犲犱犪狋犪

狆狔狔

（：，）

ＩＥＣ６０８２１１９９１ＩＤＴ

２００８０８０６发布２００９０１０１实施

中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局

发布

中国国家标准化管理委员会

／—／：

犌犅犜１３７２４２００８犐犈犆６０８２１１９９１

目次

前言Ⅲ

０引言１

０．１范围１

０．２规范性引用文件１

０．３对读者的注记１

１８２１总线标准的概述１

１．１８２１总线标准的目的１

１．２８２１总线接口系统单元１

１．３８２１总线标准的几种说明图５

１．４本标准使用的术语５

１．５协议规范８

１．６系统举例和说明９

２８２１总线的数据传送总线９

２．１引言９

２．２数据传送总线线路９

２．３数据传送总线模块———基本描述１６

典型操作国家标准ㅤ可打印ㅤ可复制ㅤ无水印ㅤ高清原版ㅤ去除空白页

２．４３０

２．５数据传送总线的获得３４

２．６数据传送总线的时序规则和说明３４

３８２１总线的数据传送总线仲裁６４

３．１总线仲裁原理６４

３．２仲裁总线线６６

３．３功能模块６８

３．４典型操作７３

３．５主设备请求和仲裁器允许之间的竞争情况７９

４８２１总线的优先级中断总线８１

４．１引言８１

４．２优先级中断总线线８１

４．３优先级中断总线模块———基本描述８５

４．４典型操作９３

４．５竞赛条件９８

４．６优先级中断总线的时序规则和说明９９

５８２１总线的公用总线１１５

５．１引言１１５

５．２公用总线信号线１１５

５．３公用总线模块１１５

５．４系统初始化和诊断１１９

５．５电源插针１２１

Ⅰ

／—／：

犌犅犜１３７２４２００８犐犈犆６０８２１１９９１

５．６保留线１２１

６８２１总线的电气规范１２２

６．１引言１２２

６．２电源分配１２２

６．３电信号特性１２３

６．４总线驱动和接收的要求１２４

６．５底板信号线的互连１２８

６．６用户定义的信号１３２

６．７信号线的驱动器和端接１３２

７８２１总线的机械规范１３３

７．１引言１３３

７．２８２１总线板１３４

７．３前面板１３７

７．４底板１３９

７．５８２１总线机架的装配１４０

７．６８２１总线的底板连接器和８２１总线的板连接器１５８

附录（规范性附录）总线的术语汇总表

Ａ８２１１６０

附录（规范性附录）总线连接器插针的说明

Ｂ８２１１６４

附录（规范性附录）和线的使用

ＣＳＥＲＣＬＫＳＥＲＤＡＴ１６６

附录（资料性附录）亚稳定性与再同步

Ｄ１６８

附录（资料性附录）许可的能力子集

Ｅ１８１

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Ⅱ

／—／：

犌犅犜１３７２４２００８犐犈犆６０８２１１９９１

前言

／—等同采用：《总线至字节数据微处理机系统总线》。

ＧＢＴ１３７２３２００８ＩＥＣ６０８２１１９９１８２１１４

本标准还对：做了下列编辑性修改：

ＩＥＣ６０８２１１９９１

———删除了ＩＥＣ８２１的“前言”；

———增加了国家标准前言；

———标准正文中的“国际标准”统一改为“标准”。

本标准代替／—《总线至字节数据微处理机系统总线》，与／—

ＧＢＴ１３７２４１９９２８２１１４ＧＢＴ１３７２４

相比，主要变化是增加了附录和附录。

１９９２ＤＥ

本标准的附录、附录和附录为规范性附录，附录和附录为资料性附录。

ＡＢＣＤＥ

本标准由中华人民共和国信息产业部提出。

本标准由全国信息技术标准化技术委员会归口。

本标准起草单位：中国电子技术标准化研究所。

本标准主要起草人：高健、匡长山、张贻南。

本标准首次发布于１９９２年。

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Ⅲ

／—／：

犌犅犜１３７２４２００８犐犈犆６０８２１１９９１

总线至字节数据微处理机

８２１１４

系统总线

０引言

０．１范围

本标准规定一种高性能的底板总线，用于采用单一或多重微处理器的微型计算机系统。

这种底板基于总线规范，由制造者的团体于年月发布。该总线包括四种子总

ＶＭＥＶＭＥ１９８２８

线：数据传送总线，优先级中断总线，仲裁总线和实用程序总线。数据传送总线支持非多路复用式数据

与地址信息高速公路上的位、位及位的传送。所用传送协议均为异步且全握手式。优先级中

８１６３２

断总线对系统提供实时中断服务。总线的支配身份由仲裁总线进行分配，这种仲裁总线允许实现轮转

式与优先级化的仲裁式两种算法。实用程序总线为系统提供加电与断电同步。各种板、底板、机架和外

壳均基于ＩＥＣ２９７。

０．２规范性引用文件

本标准引用ＩＥＣ的下列出版物：

（）：（）系列的机械结构的尺寸第部分：面板与机架

２９７１１９８２４８２．６ｍｍ１９ｉｎ１

（）：机架与关联的插入单元

２９７３１９８４

（）：供频率低于的打印机板使用的连接器第部分：供具有通用安装特征、基

６０３２１９８０３ＭＨｚ２

本网格为（）的打印机板使用的两件式连接器

２．５４ｍｍ０．１ｉｎ

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（）：总线的并行子系统总线

８２２１９８８ＩＥＣ８２２ＶＳＢＩＥＣ８２１ＶＨＥ

（）：微处理器系统总线（总线）总线（总线）的串行子系统总线

８２３１９９０ＶＨＳＩＥＣ８２１ＶＨＥ

０．３对读者的注记

ＩＥＣ８２２总线已由４７Ｂ分会作为ＩＥＣ８２１总线的子系统总线加以标准化，并以此组成本标准。

总线作为本总线的串行总线，表示已由／加以标准化的总线。

ＩＥＣ８２３ＩＥＣ８２１ＪＴＳ１ＳＣ

１８２１总线标准的概述

１．１８２１总线标准的目的

８２１总线标准定义了一个在紧耦合硬件配置中，用于互连数据处理、数据存储和外围控制设备的接

口系统。该接口系统的目的如下：

ａ）允许８２１总线上各设备之间相互通信，且不干扰与８２１总线接口的其他设备的内部活动；

ｂ）规定了电气的和机械的系统特性，使得所设计的设备能可靠地与８２１总线接口其他设备通信；

）规定了总线和与其接口设备之间交互作用的协议；

ｃ８２１

ｄ）提供描述系统协议的术语和定义；

）允许有较大的设计余量以使设计者能优化性能价格比，而又不影响系统的兼容性；

ｅ

）提供一个性能主要受器件限制而不受系统接口限制的系统。

ｆ

１．２８２１总线接口系统单元

１．２．１基本定义

可以从机械结构和功能结构两个方面来描述８２１总线的结构。机械规范描述了机架、底板、前面

板、主板等的物理尺寸。总线的功能规范描述了总线是如何工作的，在每一次操作中涉及了哪些功

８２１

能模块，以及控制它们运行的一些规则。本条为描述８２１总线的物理和机械结构两方面的基本术语提

供了定义。术语汇总见附录。

Ａ

１

／—／：

犌犅犜１３７２４２００８犐犈犆６０８２１１９９１

１．２．１．１用于描述８２１总线机械结构的术语

８２１总线底板犫犪犮犽犾犪狀犲

狆

一块具有插针连接器，并具有将连接器插针连入总线信号通路的印制电路（）板。一些

９６ＰＣ８２１

总线系统有一块印制电路板，称之为Ｊ底板。它提供了基本操作所需的信号通路。另一些８２１总线系

１

统还有可选的第二块印制电路板，称之为底板。它提供了宽数据和宽地址传送所需的另一个插

Ｊ９６

２

针连接器和信号通路。还有一些总线系统具有一块组合的印制电路板，它同时提供了和两个

８２１ＪＪ

１２

底板的信号导体和连接器。

（插件）板犫狅犪狉犱

由印制电路板，板上的电子元器件，以及一个或两个能插入总线底板连接器的插针连接器

８２１９６

组成的一个组件。

插槽狊犾狅狋

一个能将板插入８２１总线底板的位置。如果８２１总线系统有Ｊ和两个底板（或一个组合的底

Ｊ

１２

板），则每一个插槽提供一对插针连接器。如果系统只有一个底板，则每一个插槽提供一个插

９６Ｊ９６

１

针的连接器。

机架狊狌犫狉犪犮犽

为插入底板的板提供机械支撑的钢性框架，以保证连接器的准确插接，并保证邻近的板相互之间不

接触。它也为系统提供冷却风道，并且保证插入的板不因底板的振动或冲击而使它们从底板上松脱。

１．２．１．２用于描述８２１总线功能结构的术语

图展示了包括总线信号线、底板接口逻辑和功能模块在内的功能结构框图。

１１８２１

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图１１本标准定义的系统单元

底板接口逻辑犫犪犮犽犾犪狀犲犻狀狋犲狉犳犪犮犲犾狅犻犮

狆犵

一个专用的接口逻辑。它考虑了底板特性，即：信号线阻抗、传播时间、端接值等。总线标准规

８２１

定底板长度在最大插槽数为最多的情况下，底板接口逻辑的某些设计规则。

功能模块犳狌狀犮狋犻狅狀犪犾犿狅犱狌犾犲

一个装在８２１总线板上，为完成一个任务而一起工作的电子电路的集合。

２

／—／：

犌犅犜１３７２４２００８犐犈犆６０８２１１９９１

数据传送总线犱犪狋犪狋狉犪狀狊犳犲狉犫狌狊

由８２１总线底板提供的四组总线中的一组。数据传送总线允许主设备去控制主设备与从设备之间

的二进制数据的传送（数据传送总线常简称为ＤＴＢ）。

数据传送总线周期犱犪狋犪狋狉犪狀狊犳犲狉犫狌狊犮犮犾犲

狔

在数据传送总线的信号线上一个电平跳变的序列。这一序列导致主设备和从设备之间地址或地址

和数据的传送。数据传送总线周期分为两个部分，即地址广播以及接下来的一个或多个数据传送。共

有种类型的数据传送总线周期。它们将在本章的后面予以定义。

３４

主设备，主模块犿犪狊狋犲狉

一个功能模块。它启动数据传送总线周期，以便在它自己和一个从设备之间传送数据。

从设备，从模块狊犾犪狏犲

一个功能模块。它检测由主设备启动的数据传送总线周期，当那些周期指定有它参与时，就在它自

己和主设备之间传送数据。

地址单元监视器犾狅犮犪狋犻狅狀犿狅狀犻狋狅狉

一个功能模块。它监视数据传送总线上的数据传送，以便检测对已被指定要察看的那些地址单元

所进行的存取。当存取一个被指定的地址单元时，地址单元监视器就产生一个板上信号。

总线定时器犫狌狊狋犻犿犲狉

测量数据传送总线上每一次数据传送时间的功能模块。如果传送时间太长，便终止数据传送总线

周期。没有此模块时，若主设备试图将数据传送到不存在的从设备地址单元或从一个不存在的从设备

地址单元将数据传送过来，那样也许就会永远等待下去。总线定时器用终止周期的方法来防止这一点。

优先级中断总线狉犻狅狉犻狋犻狀狋犲狉狉狌狋犫狌狊

狆狔狆

由８２１总线底板提供的四组总线中的一组。优先级中断总线允许中断器模块发送中断请求到中断

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处理器模块。

中断器犻狀狋犲狉狉狌狋犲狉

狆

一个功能模块。它在优先级中断总线上产生一个中断请求信号，并在中断处理器需要时，提供

／信息。

ＳＴＡＴＵＳＩＤ

中断处理器犻狀狋犲狉狉狌狋犺犪狀犱犾犲狉

狆

一个功能模块。它检测由中断器产生的中断请求信号，并通过要求／信息来响应这些

ＳＴＡＴＵＳＩＤ

请求。

菊花链犱犪犻狊犮犺犪犻狀

狔

特殊类型的８２１总线的信号线。用于从第一个插槽到最后一个插槽逐板传播一个信号电平。在

８２１总线上有四个总线允许菊花链和一个中断确认菊花链。

犐犃犆犓菊花链驱动器犻犪犮犽犱犪犻狊犮犺犪犻狀犱狉犻狏犲狉

狔

一个功能模块。每当中断处理器确认一个中断请求时，便激活中断确认菊花链。该菊花链保证在

多个中断器产生中断请求时，只有一个中断器用它的／来响应。

ＳＴＡＴＵＳＩＤ

仲裁总线犪狉犫犻狋狉犪狋犻狅狀犫狌狊

由８２１总线底板提供的四组总线中的一组。这个总线允许仲裁器模块和几个请求器模块协调使用

数据传送总线。

请求器狉犲狌狊狋犲狉

狇

一个功能模块。它与主设备或中断处理器装在同一块板上，每当它的主设备或中断处理器需要时，

便请求使用数据传送总线。

仲裁器犪狉犫犻狋犲狉

一个功能模块。它从多个请求器模块接收总线请求信号，并且每次只允许一个请求器控制数据传

送总线。

３

／—／：

犌犅犜１３７２４２００８犐犈犆６０８２１１９９１

公用总线狌狋犻犾犻狋犫狌狊

狔

由８２１总线底板提供的四组总线中的一组。这个总线包含有周期性时序的信号和协调８２１总线系

统电源开和电源关的信号。

系统时钟驱动器狊狊狋犲犿犮犾狅犮犽犱狉犻狏犲狉

狔

一个功能模块。它在公用总线上提供一个１６ＭＨｚ的时序信号。

串行时钟驱动器狊犲狉犻犪犾犮犾狅犮犽犱狉犻狏犲狉

一个功能模块。它提供一个用来同步８２３总线操作的周期性时序信号（尽管８２１总线标准定义了

一个串行时钟驱动器，用于８２３总线；尽管它保留了两个底板信号线供那个总线使用，但８２３总线协议

是完全独立于总线的）。串行时钟驱动器的时序规范在附录中给出。

８２１Ｃ

电源监视器模块狅狑犲狉犿狅狀犻狋狅狉犿狅犱狌犾犲

狆

一个功能模块。它监视８２１总线系统主电源的状态，并在电源偏离系统可靠运行所要求的限值时

发出信号。由于大多数系统是由交流供电的，所以电源监视器一般设计成用来检测交流线上掉电或电

压不足的状态。

系统控制器板狊狊狋犲犿犮狅狀狋狉狅犾犾犲狉犫狅犪狉犱

狔

一个插在总线底板第插槽上的板，它含有一个系统时钟驱动器、一个仲裁器、一个菊

８２１１ＩＡＣＫ

花链驱动器和一个总线定时器。有些还有一个串行时钟驱动器、一个电源监视器或二者都有。

１．２．１．３８２１总线的周期类型

读周期狉犲犪犱犮犮犾犲

狔

用于将从设备的、、或个字节的数据传送到主设备去的一个数据传送总线周期。这个周期是

１２３４

从主设备广播一个地址和一个地址修改码开始的。每一个从设备截获修改码和地址，并且核实它是否

要响应这个周期。若要响应，则从它的内部存储器中去找出数据，把它放在数据总线上，并确认该次传

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送。然后主设备终止这个周期。

写周期狑狉犻狋犲犮犮犾犲

狔

用于将主设备的、、或个字节的数据传送到从设备去的一个数据传送总线周期。这个周期是

１２３４

从主设备广播一个地址和一个地址修改码，并且将数据放在数据传送总线上开始的。每一个从设备截

获地址修改码和地址，并且核实它是否要响应这个周期。若要响应，则存储这个数据，并确认该次传送。

然后主设备终止这个周期。

块读周期犫犾狅犮犽狉犲犪犱犮犮犾犲

狔

用于将从设备的个字节的块传送到主设备去的一个数据传送总线周期。它使用、或

１２５６１２

～

４字节的数据传送流来完成传送。一旦块传送开始，则在所有的字节传送完成之前，主设备不会释放数

据传送总线。它和一串读周期不同，在块读周期里，主设备只广播一个地址和地址修改码（在周期开始

时）。然后从设备在每一次传送时递增这个地址，使得下一次传送的数据能从下一个较高的地址单元中

去寻找。

块写周期犫犾狅犮犽狑狉犻狋犲犮犮犾犲

狔

用于将主设备的１２５６个字节的块传送到从设备去的一个数据传送总线周期。块写周期非常相

～

似于块读周期，它是使用、或字节的数据传送流来完成传送的。在所有的字节传送完成之前，主设

１２４

备不会释放数据传送总线。它和一串写周期不同，在块写周期里，主设备只广播一个地址和地址修改码

（在周期开始时）。然后从设备在每一次传送时递增这个地址，使得下一次传送来的数据能被存储进下

一个较高的地址单元。

读—改—写周期狉犲犪犱犿狅犱犻犳狑狉犻狋犲犮犮犾犲

狔狔

用于自从设备地址单元读出，并写入该从设备地址单元的一个数据传送总线周期，在该周期里，不

允许任何其他主设备去存取这个地址单元。这个周期在某些将存储器地址单元用于信标功能的多处理

器系统中是非常有用的。

４

／—／：

犌犅犜１３７２４２００８犐犈犆６０８２１１９９１

唯地址周期犪犱犱狉犲狊狊狅狀犾犮犮犾犲

狔狔

只由地址广播组成，而没有数据传送的一个数据传送总线周期。从设备不用确认唯地址周期，并且

主设备不用等待确认就可终止这个周期。

中断确认周期犻狀狋犲狉狉狌狋犪犮犽狀狅狑犾犲犱犲犮犮犾犲

狆犵狔

由中断处理器启动的，从一个中断器中读出／信息的一个数据传送总线周期。每当中

ＳＴＡＴＵＳＩＤ

断处理器从一个中断器检测到一个中断请求，并且控制了数据传送总线时，它便产生这个周期。

１．２．２基本的８２１总线结构

８２１总线接口系统是由底板接口逻辑，称之为“总线”的四组信号线，以及能按要求配置的“功能模

块”的集合组成的。功能模块相互间的通信是用底板上的信号线进行的。

在本标准中定义的“功能模块”是讨论总线协议时用的工具，不需要将它看作是对逻辑设计的限制。

例如，设计者可以以所述的方式选择与８２１总线相互关连的设计逻辑，但可使用不同的板上信号，或监

视其他的总线信号。总线的板可以设计成包含任何由本标准定义的功能模块的组合。

８２１

８２１总线的功能结构可分为四类。每一类都由一组总线及与其相关的、共同合作以完成特定任务

的功能模块所组成。图展示了总线功能模块和各组总线。各类功能结构简述如下：

１２８２１

ａ）数据传送总线

设备在有数据和地址通道以及与之相关的控制信号的数据传送总线（）上传送数据。称为

ＤＴＢ

“主设备”、“从设备”、“中断器”和“中断处理器”的功能模块使用数据传送总线互相传送数据。

称为“总线定时器”和“ＩＡＣＫ菊花链驱动器”的另外两个模块也在这个过程中协助它们传送。

ｂ）数据传送总线仲裁总线

由于８２１总线系统能配置多个主设备或中断处理器，所以要有一种手段，使之能在它们之间有

秩序地传送数据传送总线的控制，并且保证在一个给定的时间里只有一个设备控制数据传送

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总线。仲裁总线模块（请求器和仲裁器）协调该控制传递。

）优先级中断总线

ｃ

８２１总线的优先级中断能力提供了一种手段，设备能以此请求中断处理器的服务。这些中断

请求按优先级最多可排为七级。各中断器和中断处理器均使用优先级中断总线的信号线。

ｄ）公用设施总线

周期时钟、初始化和故障检测均由公用设施总线提供。这种总线包含二条时钟线、一条系统

复位线、一条系统故障线、一条交流故障线和一条串行数据线。

１．３８２１总线标准的几种说明图

为了有助于定义或描述８２１总线的协议，采用以下几种说明图：

ａ）时序图

说明信号跳变之间的定时间关系。涉及的时间具有最大的和（或）最小的限值。这些图上标注

的某些时间规定了底板接口逻辑，而其他时间则规定了功能模块的互锁性态。

ｂ）顺序图

类似于时序图，但只图示了各功能模块间的互锁定时关系。这类图用以图示事件发生的顺

序，而不是规定所涉及的时间。例如，顺序图可以表明在模块在检测到模块产生的信号

ＡＣ

跳变之前，不能产生信号跳变。

ＤＢ

）流程图

ｃ

用于图示在８２１总线操作期间会发生的事件流。事件用文字来说明，并且是两个或更多个功

能模块交互作用的结果。流程图是按序列方式描述８２１总线的操作，同时图示出各功能模块

的交互作用。

１．４本标准使用的术语

为了避免混淆并清楚地表明一致性的要求，在本标准的许多章条中都用下划线标上了关键字，以表

５

／—／：

犌犅犜１３７２４２００８犐犈犆６０８２１１９９１

明它所包含的信息类型。这些关键字为：规则、推荐、建议、许可、说明。

任何没有用这些关键字来标志的正文都是用来描述８２１总线的结构或操作。它既可以用说明形式

也可以用叙述形式书写。这些关键字用法如下：

规则章号序号：

．

各项规则形成了８２１总线标准的基本框架。这些规则有时以文本形式，有时以图、表或绘图的形式

来表达。所有的８２１总线规则都必须遵循，以确保８２１总线各设计之间的兼容性。规则是强制性的。

本标准标下划线的必须和不得两词用来陈述规则，不作任何它用。

推荐章号．序号：

凡出现推荐的地方，设计者最好按照推荐的内容去做。否则就可能会带来一些麻烦的问题，或可能

使性能降低。尽管所设计的８２１总线能支持高性能的系统，但实际设计的８２１总线系统即使符合了所

有的规则，仍有可能使系统的性能很差。在许多情况下，设计者要具备８２１总线方面的一定经验才能设

计出高性能的板来。本标准中所给出的那些推荐，依据的就是这种经验。推荐给设计人员以加快他们

学习、了解的过程。

建议章号．序号：

建议包含有用但并非必须遵循的咨询意见。这些意见，劝告读者在摈弃之前认真加以考虑。在取

得８２１总线方面的经验之前，设计决策是困难的。这些建议中包括了对尚未获得经验的设计者很有帮

助的内容。某些建议与设计板有关，能使其重新配置以便与其他板兼容，同时使设计的板便于进行系统

调试。

许可章号．序号：

在某些情况下，总线规则并不特别禁止某些设计方法，但是读者可能会担心这些方法是否违背

８２１

了规则的精神，或它是否会导致一些微妙的问题出现。许可就是使读者放心，某些设计方法是可接受

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的，不会发生问题。本标准中的黑体专门用来描述许可，不作任何它用。

说明章号．序号：

说明并不提出任何特别的劝告。它们通常是从前面讨论的内容中引出的，用来说