嵌入式基礎(chǔ)知識-總線帶寬

帶寬，最容易想到的是上網(wǎng)用的網(wǎng)絡(luò)帶寬，在嵌入式軟件開發(fā)中，也會用到帶寬，這個帶寬的含義就不一樣了，區(qū)別是什么？本篇就來介紹一下，并通過一些例子來進行帶寬的計算。

先來簡單看下不同領(lǐng)域的帶寬：

顯示器中的帶寬，單位是MHz，是一個頻率的概念通訊領(lǐng)域的帶寬，單位是M(Mb/s)，是一個速率（或數(shù)據(jù)傳輸率）的概念嵌入式開發(fā)中的帶寬，如總線或內(nèi)存帶寬，單位是MB/s或GB/s

1 不同含義帶寬簡介

1.1 顯示器帶寬

以CRT顯示器為例，其帶寬指的是頻率概念，屬于電路范疇，更符合帶寬本來的含義。

要了解CRT顯示器帶寬的含義，需要先簡單了解下其工作原理，其基本原理就是電子槍發(fā)射電子束，打在屏幕上發(fā)光，為了實現(xiàn)滿屏幕顯示，電子束必須從左到右、從上到下一個一個象素點進行掃描。

例如，若要完成800×600分辨率的畫面顯示，電子槍必須完成800×600=480000個點的順序掃描。

熒光粉受到電子束擊打后發(fā)光的時間其實很短，在一秒鐘時間電子束往往都能完成超過85個完整畫面的掃描，即屏幕畫面可更新85次，人眼無法感知到如此小的時間差異會誤以為屏幕處于始終發(fā)亮的狀態(tài)。

每秒鐘屏幕畫面刷新的次數(shù)就叫場頻，或稱為屏幕的垂直掃描頻率、以赫茲(Hz)為單位，也就是俗稱刷新率。

例如：800×600分辨率、85Hz刷新率的CRT顯示器，電子槍在一秒鐘至少要掃描的點為：

800×600×85=40800000

如果將分辨率和刷新率都提高，電子槍要掃描的點數(shù)將大幅提高。

另外，由于顯像管電子束的掃描過程是非線性的，為避免信號在掃描邊緣出現(xiàn)衰減影響效果、保證圖像的清晰度，總是將邊緣掃描部分忽略掉，忽略的度量，用有效掃描系數(shù)表示，為0.6~0.8，一般取0.744。

了解了以上CRT顯示器的基礎(chǔ)原理后，現(xiàn)在來看下CRT顯示器的帶寬含義：

顯示器帶寬指的是顯示器的電子槍在一秒鐘內(nèi)可掃描的最高點數(shù)總和，它等于:

水平分辨率×垂直分辨率×場頻（畫面刷新次數(shù)）÷掃描系數(shù)

單位為MHz(兆赫)。

例如，上面舉例的800×600分辨率、85Hz刷新率的CRT顯示器，其帶寬計算為：

800×600×85/0.744=54838709.677=54.8MHz

1.2 網(wǎng)絡(luò)帶寬

在通訊和網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，帶寬是指網(wǎng)絡(luò)信號可使用的最高頻率與最低頻率之差，或說頻帶的寬度，或信道帶寬。

在100M以太網(wǎng)之類的銅介質(zhì)布線系統(tǒng)中，雙絞線的信道帶寬通常用MHz為單位，它指的是信噪比恒定的情況下允許的信道頻率范圍。

需注意的一點，生活中我們裝寬帶，說的多少兆的寬帶，其單位是bit，例如100M的寬帶，其實的100Mbit/s，即12.8MB/s。

另外，因受用戶計算機性能、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備質(zhì)量、資源使用情況、網(wǎng)絡(luò)高峰期、網(wǎng)站服務(wù)能力、線路衰耗，信號衰減因素的影響，實際的速度會更低，例如2M（即2Mb/s）寬帶理論速率是：256KB/s，實際速率大約為150~240KB/s；

注意帶寬與寬帶的區(qū)別：

帶寬是量詞，指的是網(wǎng)速的大小，比如1Mbps的意思是一兆比特每秒，這個數(shù)值就是指帶寬。

寬帶是名詞，說明網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率速很高 。寬帶的標(biāo)準(zhǔn)各不相同，例如64kbps以上帶寬的就是寬帶，而以下的就是窄帶。

1.3 總線帶寬

在計算機系統(tǒng)中，總線的作用就好比是人體中的神經(jīng)系統(tǒng)，它承擔(dān)的是所有數(shù)據(jù)傳輸?shù)穆氊?zé)，而各個子系統(tǒng)間都必須藉由總線才能通訊。

按照工作模式不同，總線可分為兩種類型：

一種是并行總線，它在同一時刻可以傳輸多位數(shù)據(jù)，好比是一條允許多輛車并排開的寬敞道路，而且它還有雙向單向之分一種是串行總線，它在同一時刻只能傳輸一個數(shù)據(jù)，好比只容許一輛車行走的狹窄道路，數(shù)據(jù)必須一個接一個傳輸

總線的帶寬指的是這條總線在單位時間內(nèi)可以傳輸?shù)臄?shù)據(jù)總量，它等于：

總線位寬x工作頻率

例如：對于64位、800MHz的前端總線，它的數(shù)據(jù)傳輸率就等于：

64bit×800MHz÷8(Byte)=6.4GB/s

2 嵌入式中的帶寬計算

2.1 題1(總線帶寬)

題目

某系統(tǒng)一個總線周期中并行傳輸4字節(jié)信息，一個總線周期占用2個時鐘周期，總線時鐘頻率為100MHz，求總線帶寬

解答

由題目知，是并行總線，并行傳輸4字節(jié)，而8位是一個字節(jié)，所以此總線的32位的；又總線時鐘頻率為100MHz，而一個總線周期占用2個時鐘周期，所以實際上總線的頻率是50MHz，所以總線帶寬計算為：

32bit×50MHz÷8(Byte)=200MB/s

或直接使用Byte單位計算：

4Byte×50MHz=200MB/s

2.2 題2(存儲器帶寬)

題目

某計算機字長是16位，存儲器存取周期是500ns，求存儲器的帶寬

解答

字長是16位，也就是數(shù)據(jù)線寬度16bit，也即2Byte；存儲周期500ns，即0.5ms，即0.0005s，轉(zhuǎn)換為頻率為1/0.0005s=2000Hz=2MHz。

所以，總線帶寬計算為：

4Byte×2MHz=4MB/s

2.3 題3(顯存帶寬)

題目

某計算機顯示器存儲用DRAM芯片實現(xiàn)，要求顯示分辨率1024x1024，顏色深度24位，幀率100Hz，顯示總帶寬的50%來刷新屏幕，求至少需要的顯存總帶寬

解答

分辨率1024x1024，顏色深度24位，則一幀圖形的數(shù)據(jù)量為1024x1024x24bit=24Mbit，又因幀率100Hz，則一秒的數(shù)據(jù)量為24Mbitx100Hz=2400Mbit，使用以秒為單位，則顯示器的帶寬為2400Mbps，而顯示總帶寬的50%用來刷新屏幕，則顯存的總帶寬為4800Mbps

3 總結(jié)

本篇線介紹了不同領(lǐng)域的帶寬含義，然后通過實際的題目與求解，介紹嵌入式領(lǐng)域中帶寬的計算方法。