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  • 外设总线桥
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    2017-11-30 07:38:34

    总线之间的所谓桥,简单来说就是一个总线转换器,它实现各类微处理器总线到PCI总线、各类标准总线到PCI总线的连接,并允许它们之间相互通信。因此,桥的两端必有一端与PCI总线连接,另一端可接不同的微处理器总线或标准总线,可见,桥是不对称的。桥的内部包含有一些相当复杂的兼容协议的单元电路,也可以与内存控制器或外设控制器包装在一起。实现这些总线桥接功能的是一组大规模集成专用电路,称之为PCI总线芯片组(Chipset)或PCI总线组件 。
    总线桥一般有以下功能:
    1、协议转换 总线桥可以与间隔层(现场)设备以某种协议通信,而与上位机(站控层设备)以另外一种协议通信。总线桥完成协议转换的功能。
    2、数据转换 总线桥可以对传送过程中的数据进行处理,将上位机不支持的数据格式转换成上位机可读取的数据。
    3、透明传送 上位机与总线桥的通信为透明传送。即上位机所面对的始终是间隔层设备,总线桥为上位机与设备通信提供了虚拟通道,上位机始终采用A通信协议与间隔设备通信,而间隔层设备实际通信协议为B。

    说到总线桥,自然便容易联想到计算机中常提到的南桥北桥。
    那么着南桥北桥又是啥? 关于南北桥你可以记住:
    南(男人在外面干活)管外 南桥芯片又叫I/O(输入输出设备)控制器,简称维ICH,距离cpu较远 主要管理中低速外部设备;集成了中断控制器、DMA控制器。
    功能如下:
    1) PCI、ISA与IDE之间的通道。
    2) PS/2鼠标控制。 (间接属南桥管理,直接属I/O管理)
    3) KB控制(keyboard)。(键盘)
    4) USB控制。(通用串行总线)
    5) SYSTEM CLOCK系统时钟控制。
    6) I/O芯片控制。 7) ISA总线。 8) IRQ控制。(中断请求)
    9) DMA控制。(直接存取)
    10) RTC控制。
    北(女人在家操持家务)管内 北桥芯片又叫内存控制器,简称维MCH,距离cpu较近,上面写着MCH字样 主要负责CPU与内存、CPU与AGP之间的通信。掌控项目多为高速设备,如:CPU、Host Bus。后期主板北桥集成了内存控制器、Cache高速控制器;功能如下:
    ① CPU与内存之间的交流。
    ② Cache控制。
    ③ AGP控制(图形加速端口)
    ④ PCI总线的控制。
    ⑤ CPU与外设之间的交流。
    ⑥ 支持内存的种类及最大容量的控制。(标示出主板的档次) 说完了北桥,自然少不了碰到前端总线的概念了。 所谓前端总线——Front Side Bus(FSB),就是将CPU连接到北桥芯片的总线。 概念比较简单,但这里需要注意的是前端总线频率并不同于我们常说的外频: 前端总线的速度指的是数据传输的速度,外频是CPU与主板之间同步运行的速度。也就是说,100MHz外频特指数字脉冲信号在每秒钟震荡一亿次;而100MHz前端总线指的是每秒钟CPU可接受的数据传输量是100MHz×64bit=6400Mbit/s=800MByte/s(1Byte=8bit)。

    原文地址:由总线桥说开去

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    嘿嘿嘿,开新坑

    一开始想写一个SDRAM控制器,和FTDI一些芯片的通信,可是看了很多文章介绍,用Verilog写却又不知如何下手。SDRAM控制部分知道了,控制器是用来读写的,总得有个内部接口来调用吧。有很多的FPGA设计也是一样,我设计出来了怎么知道他是可以用的呢?我总不能使用几个LED和数码管来表示吧?写状态机来测试的话可能比设计电路的本身更复杂更枯燥。

    这个时候有个CPU来测试就太好了

    Nios2是Altera的32bit哈弗架构软核处理器,在Cyclone IV上一个基本内核综合后占了4.5K左右的资源,剩下的资源相对来说还是很充足的。Nios2各方面的资料支持很足,设计也很标准,各种完善的IP核,C语言开发环境也是自带的,自动化的工具应有尽有,生怕你不会用。完全没有必要为此而自制一个CPU,大费周折,我们的主要矛盾不是自制CPU,也不是自制总线协议,而是一个足够简单的总线和总线主机:CPU。一些IP核学习自己写才是目标。

    总线

    说起总线我就想起了,今年下半年学习的微机原理与接口技术,8086/8088。这套总线足够简单嘛都是,那个时候才分清了总线和IO,CPU和外设的关系。学单片机配置的各种寄存器的不都是挂在总线上可以寻址的外设嘛! x86就是特殊搞了个I/O总线,用inout指令访问,Nios和ARM Cortex-M单片机差不多嘛,都是和内存统一寻址。Nios2用的是Avalon总线,名字莫名其妙,其实这个总线非常简单。

    这次只用到下面几个必要的信号

    • clock(1bit) 时钟信号,8086的总线不是靠时钟边沿,而是靠等待一个总线周期
    • resetn(1bit) 下降沿复位信号
    • writedata(16bit) 写数据
    • readdata(16bit) 读数据
    • read(1bit)读信号
    • write(1bit)写信号
    • byteenable(2bit)字节使能信号
    • chipselect(1bit)片选信号

    address地址是可选的,根据自己定制的寄存器数量而定,只有一个的话chipselect选中外设就可以了。irq中断请求不需要,放在以后的文章里面讲。

    8086中的data数据线是双向的为的是节省IO,FPGA里面的总线用inout做双向端口的话只会更浪费资源,设计起来也会复杂,所以readdata和writedata分开了。

    byteenable看起来很奇怪,32bit的总线有的时候难免操作1个byte的数据,bytenenable是告诉外设要操作哪一byte数据。byteenable的位宽和writedata的位宽是相关的,如果writedata的位宽为32bit,byteenable就应该是4bit。注意:'byteenable’只对写操作有效。

    byteenable[1:0]write mask
    010x00ff
    100xff00
    110xffff

    接下来干什么

    接下来做一个16bit寄存器,写进去的数据读出来是取过反的,实验一个所谓的硬件取反。为了方便我们把它接到低电平驱动的一排LED上,方便观察。

    自制外设的代码

    // 16位寄存器
    module reg16(clock, reset_n, D, byteenable, Q);
        input clock, reset_n;
        input [1:0]byteenable;
        input [15:0]D;
        output reg[15:0]Q;
    
        always@(posedge clock) begin
          if(!reset_n)
            Q <= 16'h0;
          else begin
          	// byteenable只是判断哪个字节是否锁存
            if(byteenable[0]) Q[7:0] <= D[7:0];
            if(byteenable[1]) Q[15:8] <= D[15:8];
          end
        end
    endmodule
    
    module LEDS(
    	// Input
        clk,
        reset_n,
    
        // address,
        byteenable,
        read,
        write,
        writedata,
        chipselect,
    
        // Output
        readdata,
        Q_export
    );
     
    input clk, reset_n, read, write, chipselect;
    
    // input address;
    input [1:0]byteenable;
    input [15:0]writedata;
    output [15:0] readdata;
    output [15:0] Q_export;
    
    wire [1:0] local_byteenable;
    wire [15:0]from_reg;
    
    // 片选且写入,否则的话local_byteenable为0,不改变寄存器值
    assign local_byteenable = (chipselect & write) ? byteenable: 2'b00;
    
    reg16 U1(.clock(clk), .reset_n(reset_n), .D(writedata), .byteenable(local_byteenable), .Q(from_reg));
    
    // 取反输出
    assign Q_export = ~from_reg;
    assign readdata = Q_export;
    endmodule
    

    Qsys配置新组件

    配置一个基本的Nios有很多,就不在此举出了。

    1. Qsys配置新组件,随便起个名字
      在这里插入图片描述
    2. 选择文件,和顶层入口在这里插入图片描述
    3. 信号设置在这里插入图片描述
      设置后的信号如上图,需要设计的也就Q_export,设置为conduit_end导出IO。
    4. interface设置需要两步
    • Avalon slave复位关联信号
      在这里插入图片描述
    • 设置Read wait为0, 内部寄存器的读取只需要1个时钟周期, 不需要等待在这里插入图片描述

    连接到Nios内核

    在这里插入图片描述

    • 地址自动分配
    • 复位信号自动连接
    • 从机只需要连接数据总线data master
    • condiuit_end就是设置导出的信号,双击设置导出名称,导出到一组LED观察

    配置顶层连接

    module	hello
    (
    	input			clk,
    	input[3:0]		key,
    	
    	inout[15:0]		sdram_dq,
    	output[12:0]	sdram_addr,
    	output[1:0]		sdram_dqm,
    	output			sdram_we_n,
    	output			sdram_cas_n,
    	output			sdram_ras_n,
    	output			sdram_cs_n,
    	output[1:0]		sdram_ba,
    	output			sdram_clk,
    	output			sdram_cke,
    	input			epcs_data0,
    	output			epcs_dclk,
    	output			epcs_sce,
    	output			epcs_sdo,
    	output[3:0]			leds
    );
    wire clk_qsys;
    pll pll_inst	 
    (
    	.inclk0		(clk),
    	.c0			(clk_qsys),
    	.c1			(sdram_clk)
    );
    qsys qsys_inst
    (
    	.clk_clk			(clk_qsys),	
    	.reset_reset_n		(key[3]),
    	
    	.sdram_addr			(sdram_addr),
    	.sdram_ba			(sdram_ba),
    	.sdram_cas_n		(sdram_cas_n),
    	.sdram_cke			(sdram_cke), 
    	.sdram_cs_n			(sdram_cs_n),
    	.sdram_dq			(sdram_dq),
    	.sdram_dqm			(sdram_dqm),	 
    	.sdram_ras_n		(sdram_ras_n),
    	.sdram_we_n			(sdram_we_n),
    	
    	.epcs_data0			(epcs_data0),	
    	.epcs_dclk			(epcs_dclk),
    	.epcs_sce			(epcs_sce),
    	.epcs_sdo			(epcs_sdo),
    	
    	.to_led_export		(leds)
    );
    endmodule
    

    太寒碜了,板子只有4个LED,能看就行,按理说,低电平亮的LED,寄存器写1取反后就亮了。记得锁相环给CPU一个时钟。

    来吧,eclipse

    打开Nios II开发环境,配置一个Hello World的C工程。很多文章有讲,就不多说了。记得BSP更新生成库文件。

    #include <stdio.h>
    #include <stdint.h>
    #include "system.h"
    #include "io.h"
    
    typedef struct {
    	uint16_t led;
    } LEDS;
    
    int main()
    {
      printf("Hello from Nios II!\n");
      LEDS *leds = LEDS_0_BASE;
      uint16_t i, val;
      for(i = 0; i <  0xffff; ++i) {
    //	  IOWR_16DIRECT(leds, 0, i);
    //	  val = IORD_16DIRECT(leds, 0);
    	  leds->led = i;
    	  val = leds->led;
    	  printf("zpwm: 0x%x\n", val);
    	  usleep(200000);
      }
    
      while(1);
      return 0;
    }
    

    没用?这就对了

    如果把指针读写换成代码中注释掉的宏就可以了!

    IOWR_16DIRECT(leds, 0, i);
    val = IORD_16DIRECT(leds, 0);
    

    之前说,Nios和STM32之类的单片差不多,为什么人家是一样的?难道是骗人的?有的同学就会说没有加volatile。可是STM32的外设头文件也没加啊,而且加了也没用!难道Nios单独用了IO指令,和x86一样也是IOMemory分开的吗?外设里也没有涉及到IO/M#信号呀?

    这个问题就是经常提及的内存一致性问题,问题是为了提高数据访问速度的D-Cache数据缓存造成的,循环中指针命中了缓存,D-Cache完全由硬件电路负责,和编译器是没有关系的,编译器也很无奈。stm32没有D-Cache,所以不存在这个问题,绕过D-Cache,Nios有两种办法:

    • 引入IO指令绕过D-Cache
    • 31bit1绕过D-Cache,会导致寻址范围降为2Gbit

    内存一致性问题

    D-Cache是为了加速数据访问引入的,对程序是完全透明,而volatile只能防止变量优化称寄存器,D-Cache满天飞的时代这个关键字已经失去它原本的意义了,快要从标准中剔除了。Cortex-M3 M4都是没有D-Cache只有I-Cache,具体可以看stm32的内核和总线架构。Cortex-M7则出现了这个问题,stm32f7出现的问题,跨界内核有了AXI总线和L1 Cache这些高级玩意,自然不能幸免,和这个还不太一样,主要是两个问题,都是DMA一起用时出现的:

    • RAM里的数据想DMA发送,可是D-Cache还没同步到RAM
    • DMA数据更新到了RAM,可是读取的还是D-Cache

    stm32f7里的的MPU设置了D-Cache的地址范围,外设区间被禁用了,所以上面的问题也不会出现。

    新姿势以后接着讲

    Avalone细说就是一本几十页的手册,目前能用就好,以后慢慢来

    参考文献
    Making Qsys Components.pdf

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  • 系统总线,外设总线的标准

    千次阅读 2018-07-08 11:25:34
    ---- 计 算 机 的 总 线 是 计 算机传 输 指 令、 数 据 和 地 址 的 线 路, 是 计 算 机 各 部 件 联系的 梁。 一 般 来 说, 按 照 总 线 在 计 算 机 中 的 位 置 可以分 为 机 器 内 部 总 线 和 机 器 外 ...
    常 听 人 说 他 的 计 算 机硬盘 是IDE 总 线 的, 光 驱 是SCSI 总 线 的, 主 板 是PCI 总 线的,显 卡 是AGP 总 线 的, 不 知 道 这 些 总 线 的 名 称 各 代 表什 么意 思 ? 是 按 什 么 划 分 的 ? 这 么 多 的 总 线 类 型 可 以在同 一 台 计 算 机 上 使 用 吗 ?
    ---- 计 算 机 的 总 线 是 计 算机传 输 指 令、 数 据 和 地 址 的 线 路, 是 计 算 机 各 部 件 联系的 桥 梁。 一 般 来 说, 按 照 总 线 在 计 算 机 中 的 位 置 可以分 为 机 器 内 部 总 线 和 机 器 外 设 总 线 两 类。
    ---- 机 器 内 部 总 线 是 计 算机内 部 各 部 件 通 讯 的 总 线, 按 照 发 展 的 过 程 分 为 以 下几种:ISA 总 线、EISA 总 线、VESA 总 线、PCI 总 线 和AGP 总 线。ISA总 线 是 用 于286 计 算 机 的 总 线 标 准,EISA 总 线 是 用 于386计 算 机 的 总 线 标 准,VESA 是 用 于486 计 算 机 的 总 线标准,PCI 总 线 是 用 于586 计 算 机 及 更 高 机 型 的 总 线 标准,前 三 种 总 线 已 经 被 淘 汰。AGP 总 线 只 负 责 控 制 芯 片和AGP 显 卡 之 间 的 指 令、 数 据 和 地 址 的 传 输, 可 以 和PCI总 线共 存。
    ---- 机 器 外 设 总 线 是 计 算机内 部 与 外 设 进 行 通 讯 的 总 线, 分 为IDE 总 线、SCSI 总线和USB 总 线。IDE 总 线 是PC 机 上 用 得 最 多 的 总 线, 其 造价比 较 便 宜。SCSI 总 线 的 速 度 比IDE 总 线 要 快 得 多, 不 过造价 比 较 贵。IDE 总 线 和SCSI 总 线 一 般 只 是 用 于 硬 盘、 光驱和 扫 描 仪 等, 而USB 总 线 则 可 以 用 于 更 多 的 外 设, 且速度 更 快。 一 般 来 说, 这 三 种 外 设 总 线 是 不 可 以 混 合使用 的, 但 是 如 果 有 总 线 转 换 器 则 可 以 在 一 定 程 度 上混合 使 用, 如SCSI 总 线 就 有 向IDE 总 线 进 行 转 换 的 转换器。
     
     
    

    常 听 人 说 他 的 计 算 机硬盘 是IDE 总 线 的, 光 驱 是SCSI 总 线 的, 主 板 是PCI 总 线的,显 卡 是AGP 总 线 的, 不 知 道 这 些 总 线 的 名 称 各 代 表什 么意 思 ? 是 按 什 么 划 分 的 ? 这 么 多 的 总 线 类 型 可 以在同 一 台 计 算 机 上 使 用 吗 ?
    ---- 计 算 机 的 总 线 是 计 算机传 输 指 令、 数 据 和 地 址 的 线 路, 是 计 算 机 各 部 件 联系的 桥 梁。 一 般 来 说, 按 照 总 线 在 计 算 机 中 的 位 置 可以分 为 机 器 内 部 总 线 和 机 器 外 设 总 线 两 类。
    ---- 机 器 内 部 总 线 是 计 算机内 部 各 部 件 通 讯 的 总 线, 按 照 发 展 的 过 程 分 为 以 下几种:ISA 总 线、EISA 总 线、VESA 总 线、PCI 总 线 和AGP 总 线。ISA总 线 是 用 于286 计 算 机 的 总 线 标 准,EISA 总 线 是 用 于386计 算 机 的 总 线 标 准,VESA 是 用 于486 计 算 机 的 总 线标准,PCI 总 线 是 用 于586 计 算 机 及 更 高 机 型 的 总 线 标准,前 三 种 总 线 已 经 被 淘 汰。AGP 总 线 只 负 责 控 制 芯 片和AGP 显 卡 之 间 的 指 令、 数 据 和 地 址 的 传 输, 可 以 和PCI总 线共 存。
    ---- 机 器 外 设 总 线 是 计 算机内 部 与 外 设 进 行 通 讯 的 总 线, 分 为IDE 总 线、SCSI 总线和USB 总 线。IDE 总 线 是PC 机 上 用 得 最 多 的 总 线, 其 造价比 较 便 宜。SCSI 总 线 的 速 度 比IDE 总 线 要 快 得 多, 不 过造价 比 较 贵。IDE 总 线 和SCSI 总 线 一 般 只 是 用 于 硬 盘、 光驱和 扫 描 仪 等, 而USB 总 线 则 可 以 用 于 更 多 的 外 设, 且速度 更 快。 一 般 来 说, 这 三 种 外 设 总 线 是 不 可 以 混 合使用 的, 但 是 如 果 有 总 线 转 换 器 则 可 以 在 一 定 程 度 上混合 使 用, 如SCSI 总 线 就 有 向IDE 总 线 进 行 转 换 的 转换器。
     
     

     

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  • 总线系统

    2022-06-17 20:11:37
    总线是构成计算机系统的互联机构,是多个系统功能部件...数据总线的宽度指明了访问一次存储器或外设时能够交换数据的位数 控制总线包括CPU发出的各种命令 地址总线总是输出线,数据总线总是双向传送的信号线,控制总

    总线是构成计算机系统的互联机构,是多个系统功能部件之间进行数据传送的公共通路。

    CPU内部连接各寄存器及运算部件之间的总线,称为内部总线。

    CPU同计算机系统的其他高速功能部件,称为系统总线。

    中低速I/O设备日间互相连接的总线称为I/O总线。

    总线的物理特性是指总线的物理连接方式。

    地址总线的宽度指明了总线能够直接访问存储器的地址空间范围

    数据总线的宽度指明了访问一次存储器或外设时能够交换数据的位数

    控制总线包括CPU发出的各种命令

    地址总线总是输出线,数据总线总是双向传送的信号线,控制总线中各条线一般是单向的,有CPU发出的

    衡量总线性能的重要指标是总线带宽

    通过适配器可以实现高速CPU与低速外设之间工作速度上的匹配和同步,并完成计算机和外设之间的所有数据传输送和控址,适配器通常简称接口。

    单总线结构有一条总线有多种功能部件共用,可能会导致很大时间延迟。

    总线桥是一种具有缓冲、转换、控制功能的逻辑电路。不同类型的桥扩展出不同层次的总线,并分别连接高速,中速和低速设备。

    早期总线结构的不足之处在于:①CPU是总线上唯一的主控者②总线CPU引脚信号的延伸,故总线结构紧密与CPU相关,通用性较差。

    CPU总线—PCI总线的桥称为北桥,将PCI总线i—ISA总线的桥称为南桥。

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     每秒钟传送的比特位数常称为波特率。

    总线仲裁

    功能解决总线控制权竞争问题。

    连接到总线上的功能模块有主动和被动两种形态。

    对多个主设备提出的占用总线请求,一般采用优先级或公平策略。

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     分布式仲裁:每个潜在的主方功能模块都有自己的仲裁号和仲裁器。

    总线的定时分为五个阶段,请求总线,总线仲裁、寻址、信息传送、状态返回。

    同步总线定时协定:有统一的时序控制。

    异步总线定时协定:特点:无固定的时钟周期划分,总线周期由传送的实际需求决定

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  • 外设接口

    千次阅读 2021-06-17 07:49:43
    中文名外设接口外文名Peripheral Interface英文简写PI定义计算机连接外设的接口用途计算机与外围设备交换信息领域计算机学科外设接口概念编辑语音外设接口(Interface)是计算机的CPU、存储器与外围设备,或者两种外围...
  • 计算机中三总线是什么意思

    千次阅读 2021-07-20 02:58:16
    总线是指是指在计算机中配置3组总线,即在处理器总线上通过一块被称为PCI的控制线路,提供出一组高性能的局部总线,称为PCI总线,而把原来的ISA总线和EISA总线从处理器总线上断开,并通过IO控制线路连接到这里的...
  • 一、总线概述 1.基本概念 (1)总线简图 每个总线可能由很多根信号线组成 (2)总线的物理实现 ①如上图,4根信号线组成“一根”总线,所有硬件部件都可以通过这根总线传递数据 ②可并行发送4bit数据。同一时刻...
  • STM32F407总线

    2021-01-24 23:56:33
    — DMA2 外设总线 — 以太网 DMA 总线 — USB OTG HS DMA 总线 ● 七条被控总线: — 内部 Flash ICode 总线 — 内部 Flash DCode 总线 — 主要内部 SRAM1 (112 KB) — 辅助内部 SRAM2 (16 KB) — 辅助内部 SRAM3
  • 一、总线架构 相信学过51单片机的朋友应该都看过下面这张图: 基本上学校用的都是这张图,看起来结构还是很清楚的,因为51是冯诺依曼结构,所以取址和取操作数是在同一条总线上进行...— DMA2 外设总线 — 以太网 DMA
  • 计算机总线系统

    2020-05-29 22:41:24
    总线:构成计算机系统的互联机构,是系统内各功能部件之间进行信息传送的公共通路。
  • 总线将Cortex™-M3内核的指令总线与闪存Flash指令接口相连接。指令预取在此总线上完成。 DCode DCode 总线是用来取数的。我们在写程序的时候,常量就是固定不变的,用C 语言中的const 关键字修饰,是放到内部的...
  • 6.1总线概述

    2021-10-01 18:01:56
    脑图 一些概念和错题知识点整理 ...计算机使用总线结构便于增减外设同时减少信息传输线的条数 总线之间必须通过接器相连 可提高同步总线数据传输率的是:增加总线带宽,提高工作频率,支持突发传输 ...
  • 系统总线

    2020-03-21 16:05:41
    系统总线总线的基本概念总线的分类总线特性及性能指标总线结构小记 总线的基本概念 1.计算机系统的五大部件的互联方式: (1)各部件之间通过单独的连线,叫做**分散连接**。 (2)将各部件连到一组公共信息传输线...
  • PCI总线

    2021-11-02 10:27:48
    PCI是Peripheral Component Interconnect(外设部件互连标准)的缩写,它是目前个人电脑中使用最为广泛的接口,几乎所有的主板产品上都带有这种插槽。PCI插槽也是主板带有最多数量的插槽类型,在目前流行的台式机主板...
  • 总线的基本概念 在计算机系统中,各部件之间传输信息的通路。 按总线的位置分 内部(CPU)总线 系统总线 通信总线总线的功能分【系统总线】 地址总线(Address Bus) 数据总线(Data Bus) 控制总线...
  • 绍了民用飞机机载数据总线ARINC429的硬件接口板,该接口板采用DSP和FPGA实现四路ARINC429信号收发通道,使整个系统的处理速度大大提高。

空空如也

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外设总线桥