嵌入式硬件平臺.ppt

1、嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用,第三章 嵌入式硬件平臺,第三章 嵌入式硬件平臺,3.1 引言,3.2 嵌入式硬件平臺概述,3.3 總線,3.4 存儲設(shè)備,3.5 I/O設(shè)備,3.6 通信設(shè)備,3.7 其它,3.1 引言,嵌入式系統(tǒng)的硬件除了核心部件嵌入式處理器，還包括存儲器系統(tǒng)、外圍接口部件以及連接各種設(shè)備的總線系統(tǒng)。 其中，存儲器是嵌入式系統(tǒng)存放數(shù)據(jù)和程序的功能部件； 而外圍設(shè)備決定了應(yīng)用于不同領(lǐng)域的嵌入式系統(tǒng)的獨特功能。,第三章 嵌入式硬件平臺,3.1 引言,3.2 嵌入式硬件平臺概述,3.3 總線,3.4 存儲設(shè)備,3.5 I/O設(shè)備,3.6 通信設(shè)備,3.7 其它,圖3-1嵌入式系統(tǒng)的硬件組成,

2、嵌入式系統(tǒng)的硬件是以嵌入式處理器為中心，由存儲器、I/O單元電路、通信模塊、外部設(shè)備等必要的輔助接口組成。 在實際應(yīng)用中，嵌入式系統(tǒng)硬件配置非常精簡，除了微處理器和基本的外圍電路以外，其余的電路可以根據(jù)需要和成本進(jìn)行裁剪、定制。 通常，嵌入式系統(tǒng)還包括人機交互界面，用于系統(tǒng)與人的交互。人機界面常常使用鍵盤、液晶屏、觸摸屏等部件，以方便與人的交互操作。,3.2 嵌入式硬件平臺概述,存儲器是構(gòu)成嵌入式系統(tǒng)硬件的重要組成部分。在嵌入式系統(tǒng)中使用的存儲器可以是內(nèi)部存儲器，也可以是外部存儲器。 嵌入式處理器工作時必須有附屬電路支持。在設(shè)計其硬件電路時，常常將它們與嵌入式處理器設(shè)計成一個模塊，形成處理器子

3、系統(tǒng)。 嵌入式處理器在功能上與通用處理器的區(qū)別在于嵌入式處理器上集成了大量的I/O電路。用戶在開發(fā)時，根據(jù)系統(tǒng)需求選擇嵌入式處理器，而不是選擇嵌入式處理器另外配合I/O電路。,3.2 嵌入式硬件平臺概述,第三章 嵌入式硬件平臺,3.1 引言,3.2 嵌入式硬件平臺概述,3.3 總線,3.4 存儲設(shè)備,3.5 I/O設(shè)備,3.6 通信設(shè)備,3.7 其它,3.3 總線,3.3.1 總線協(xié)議 3.3.2 DMA 3.3.3 總線配置 3.3.4 總線實例,3.3.1 總線協(xié)議,3.3 總線,握手協(xié)議 總線讀寫,1握手協(xié)議,總線協(xié)議中的基本構(gòu)件是四周期握手協(xié)議。 總線握手的作用是控制每個總線周期中數(shù)據(jù)

4、傳送的開始和結(jié)束，從而實現(xiàn)兩個設(shè)備間協(xié)調(diào)和配合，保證數(shù)據(jù)傳送的可靠性。 握手使用兩根用來進(jìn)行握手的電線enq（表示查詢）和ack（表示應(yīng)答）。在握手期間，使用專用的電線來傳輸數(shù)據(jù)。 數(shù)據(jù)握手線必須以某種方式用信號的電壓變化來表明整個總線傳輸周期的開始和結(jié)束，以及在整個周期內(nèi)每個子周期的開始和結(jié)束。,3.3.1 總線協(xié)議,四周期握手協(xié)議,2總線讀寫,1.2.2嵌入式系統(tǒng)的特點,微處理器總線在握手基礎(chǔ)上為CPU和系統(tǒng)其他部分建立通信。基本的總線操作包括讀和寫。,2總線讀寫,1.2.2嵌入式系統(tǒng)的特點,總線行為經(jīng)常用時序圖來說明，時序圖表示了總線上的信號如何隨時間變化。,2總線讀寫,1.2.2嵌入式

5、系統(tǒng)的特點,通?？梢杂每偩€握手信號來執(zhí)行突發(fā)傳輸。,2總線讀寫,1.2.2嵌入式系統(tǒng)的特點,總線事務(wù)的狀態(tài)機是對時序圖的有效補充。 當(dāng)CPU決定執(zhí)行一個讀事務(wù)，它轉(zhuǎn)換到新狀態(tài)，并發(fā)給讓設(shè)備正確工作的總線信號；而設(shè)備狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖捕獲了它這一端的總線協(xié)議狀態(tài)。,3.3 總線,3.3.1 總線協(xié)議 3.3.2 DMA 3.3.3 總線配置 3.3.4 總線實例,3.3.2 DMA,3.3 總線,標(biāo)準(zhǔn)總線事務(wù)要求CPU在每個讀寫事務(wù)中間，解決了CPU與其他設(shè)備的信息交換問題。 某些數(shù)據(jù)傳輸不需要CPU介入，如I/O設(shè)備和存儲器之間的數(shù)據(jù)交換。要實現(xiàn)這類操作，就要求CPU以外的設(shè)備單元能夠控制總線上的操作

6、。,存在的問題,3.3.2 DMA,3.3 總線,直接存儲器訪問（Direct MemeryAccess，DMA）是允許讀寫不由CPU控制的總線操作。 DMA使用一種稱為DMA控制器的專用硬件來完成外設(shè)與存儲器之間的高速數(shù)據(jù)傳送。 DMA控制器從CPU請求總線控制；得到控制權(quán)后，控制器能像CPU那樣提供內(nèi)存的地址和必要的讀寫控制信號，實現(xiàn)直接在設(shè)備和存儲器之間執(zhí)行讀寫操作。,圖3-7 帶DMA控制器的總線,3.3 總線,3.3.1 總線協(xié)議 3.3.2 DMA 3.3.3 總線配置 3.3.4 總線實例,3.3.3 總線配置,3.3 總線,一個微處理器系統(tǒng)可能使用多條總線來連接設(shè)備。,圖3-8

7、 多總線系統(tǒng),3.3.3 總線配置,3.3 總線,使用這樣的總線配置主要考慮到以下幾個原因:,高速總線通常提供較寬的數(shù)據(jù)連接。 高速總線通常要更昂貴的電路和連接器，可以通過使用較慢的、比較便宜的總線來降低低速設(shè)備成本。 橋允許總線獨立操作，因此可以在I/O操作中提供并行性。,3.3 總線,3.3.1 總線協(xié)議 3.3.2 DMA 3.3.3 總線配置 3.3.4 總線實例,3.3.4 總線實例,3.3 總線,ARM AMBA總線系統(tǒng),3.3.3 總線配置,3.3 總線,使用這樣的總線配置主要考慮到以下幾個原因:,高速總線通常提供較寬的數(shù)據(jù)連接。 高速總線通常要更昂貴的電路和連接器，可以通過使用

8、較慢的、比較便宜的總線來降低低速設(shè)備成本。 橋允許總線獨立操作，因此可以在I/O操作中提供并行性。,圖3-7 帶DMA控制器的總線,第三章 嵌入式硬件平臺,3.1 引言,3.2 嵌入式硬件平臺概述,3.3 總線,3.4 存儲設(shè)備,3.5 I/O設(shè)備,3.6 通信設(shè)備,3.7 其它,3.4 存儲設(shè)備,存儲器用來存放計算機工作所必須的數(shù)據(jù)和程序，在嵌入式系統(tǒng)中普遍使用。 嵌入式微處理器在運行時，大部分總線周期都是用于對存儲器的讀/寫訪問。 存儲器系統(tǒng)性能的好壞將在很大程度上影響嵌入式系統(tǒng)的性能。 為了追求存儲器的高性能，一方面要從存儲單元的設(shè)計、制造上研究改進(jìn)；另一方面從存儲器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)上探索、優(yōu)

9、化。,3.4 存儲設(shè)備,3.4.1 嵌入式系統(tǒng)存儲器子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 3.4.2 RAM 3.4.2 ROM 3.4.3 Flash,3.4.1 嵌入式系統(tǒng)存儲器子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),3.4 存儲設(shè)備,嵌入式系統(tǒng)的存儲器子系統(tǒng)與通用計算機的存儲器子系統(tǒng)的功能并無明顯的區(qū)別。 這決定了嵌入式系統(tǒng)的存儲器子系統(tǒng)的設(shè)計指標(biāo)和方法也可以采用通用計算機的方法，尤其是嵌入通用計算機的大型嵌入式系統(tǒng)更是如此。 存儲器子系統(tǒng)設(shè)計的首要目標(biāo)是使存儲器在工作速度上很好的與處理器匹配，并滿足各種存取需要。因此，體系結(jié)構(gòu)的特性能夠提高存儲系統(tǒng)的速度和容量。,3.4.1 嵌入式系統(tǒng)存儲器子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),3.4 存儲設(shè)備,大量使用高速

10、存儲器，使它們在速度上與處理器相吻合，能夠簡便地解決問題，但受到經(jīng)濟上的限制。 在實際的計算機系統(tǒng)中，總是采用分級的方法來設(shè)計整個存儲器系統(tǒng)。 全部存儲系統(tǒng)分為四級，即寄存器組、高速緩存、內(nèi)存和外存。它們在存取速度上依次遞減，而在存儲容量上逐級遞增。,3.4.1 嵌入式系統(tǒng)存儲器子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),3.4 存儲設(shè)備,圖3-10 分級存儲器系統(tǒng),1寄存器組,3.4.1 嵌入式系統(tǒng)存儲器子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),寄存器組是最高一級的存儲器。 在計算機設(shè)備中，寄存器組一般是微處理器內(nèi)含的，ARM處理器中有37個寄存器。 有些待使用的數(shù)據(jù)或者運算的中間結(jié)果可以暫存在這些寄存器中。 微處理器在對本芯片內(nèi)的寄存器讀寫時，速

11、度很快，一般在一個時鐘周期內(nèi)完成。,1寄存器組,3.4.1 嵌入式系統(tǒng)存儲器子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),從總體上說，設(shè)置一系列寄存器是為了盡可能減少微處理器直接從外部取數(shù)的次數(shù)。 但由于寄存器組是制作在微處理器內(nèi)部的，受芯片面積和集成度的限制，寄存器的數(shù)量不可能做得很多。,2高速緩沖存儲器（Cache）,3.4.1 嵌入式系統(tǒng)存儲器子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),第二級存儲器是高速緩沖存儲器（Cache）。 高速緩存是一種小型、快速的存儲器，其存取速度足以與微處理器相匹配。 高速緩存能夠保存部分內(nèi)存的內(nèi)容的拷貝，如果正確使用，它能夠減少內(nèi)存平均訪問時間。,3內(nèi)存,3.4.1 嵌入式系統(tǒng)存儲器子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),第三級是內(nèi)存。 運行

12、的程序和數(shù)據(jù)都放在內(nèi)存中。 由于微處理器的尋址大部分在高速緩存上，內(nèi)存就可以采用速度稍慢的存儲器芯片，對系統(tǒng)性能的影響不會太大，同時又降低了成本。 內(nèi)存除主要使用RAM外，還要使用一定量的ROM。,4外存,3.4.1 嵌入式系統(tǒng)存儲器子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),最低一級存儲器是大容量的外存。 這種外存容量大，但是在存取速度上比內(nèi)存要慢得多。 目前嵌入式系統(tǒng)中常用閃存作為大容量硬盤存儲各種程序和數(shù)據(jù)。,3.4 存儲設(shè)備,3.4.1 嵌入式系統(tǒng)存儲器子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 3.4.2 RAM 3.4.2 ROM 3.4.3 Flash,3.4.2 RAM,3.4 存儲設(shè)備,隨機存儲器（Random Access Memo

13、ry，RAM）能夠隨時在任一地址讀出或?qū)懭雰?nèi)容。 RAM的突出優(yōu)點是讀寫方便、使用靈活；缺點是不能長期保存信息，一旦停電，所存信息就會丟失。,3.4.2 RAM,3.4 存儲設(shè)備,RAM用于二進(jìn)制信息的臨時存儲或緩沖存儲，在嵌入式系統(tǒng)中主要用于：,存放當(dāng)前正在執(zhí)行的程序和數(shù)據(jù)，如用戶的調(diào)試程序、程序的中間運算結(jié)構(gòu)以及掉電時無需保存的I/O數(shù)據(jù)和參數(shù)等。 作為I/O數(shù)據(jù)緩沖存儲器，如顯示輸出緩沖存儲器、鍵盤輸入緩沖存儲器等。 作為中斷服務(wù)程序中保護CPU現(xiàn)場信息的堆棧。,3.4.2 RAM,靜態(tài)RAM 動態(tài)RAM 如何選擇RAM,3.4 存儲設(shè)備,1靜態(tài)RAM,靜態(tài)隨機存儲器（Static RA

14、M，SRAM）的存儲單元電路是以雙穩(wěn)態(tài)電路為基礎(chǔ)，因此狀態(tài)穩(wěn)定，只要不掉電，信息不會丟失。,3.4.2 RAM,圖3-11 靜態(tài)RAM,1靜態(tài)RAM,SRAM的操作方法有兩種，即讀操作和寫操作。 SRAM上的讀操作方法是：,3.4.2 RAM,當(dāng)R/W=1時，讓CE=0，啟用SDRAM。 將地址送到地址線上。 一定延遲時間后，數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)線進(jìn)行傳輸。, SRAM上的寫操作方法是類似的：,讓CE=0，啟用SDRAM。 讓R/W=0。 地址出現(xiàn)在地址線上，數(shù)據(jù)出現(xiàn)在數(shù)據(jù)線上。,1靜態(tài)RAM,在使用SRAM時，需要考慮SRAM與處理器的匹配，一般包括：,3.4.2 RAM,工作電壓 工作速度 時序,

15、電路設(shè)計完成把SRAM接到系統(tǒng)總線上的工作。,注意,2.動態(tài)RAM,動態(tài)隨機存儲器（Dynamic RAM，DRAM）的存儲單元電路是以電容為基礎(chǔ)，電路簡單、集成度高、功耗小。 但DRAM即使不掉電也會因電容放電而丟失信息，需要定時刷新，因此在工作時必須配合DRAM控制器。,2.4.1 ARM編程模型,2.動態(tài)RAM,2.4.1 ARM編程模型,圖3-12 DRAM通過DRAM控制器組成存儲器系統(tǒng),執(zhí)行DRAM的刷新操作，使得DRAM中數(shù)據(jù)有效,基本動態(tài)RAM,3. 如何選擇RAM,如果系統(tǒng)的隨機存儲器的容量不是很大，一般采用SRAM；反之，選擇DRAM。 對于特別高速度的應(yīng)用，使用SRAM。

16、 如果嵌入式系統(tǒng)對功耗敏感，可使用SRAM。因為DRAM需要定時刷新，消耗能力相對大；而SRAM在系統(tǒng)進(jìn)入待機工作方式時，只需要微小的待機電流就可以維持?jǐn)?shù)據(jù)不丟失。但需要注意的是，SRAM的平均功耗低，但是工作時功耗不一定低。,2.4.1 ARM編程模型,在設(shè)計嵌入式系統(tǒng)選擇SRAM和DRAM時，通?？紤]以下因素：,3. 如何選擇RAM,對于嵌入式處理器而言，有的嵌入式處理器芯片集成了DRAM控制器，這時選擇DRAM比較好。一般的，小規(guī)模的嵌入式系統(tǒng)不建議使用分離的DRAM控制器DRAM的方案。 基于32位嵌入式處理器的嵌入式系統(tǒng)一般使用DRAM。 復(fù)雜的嵌入式系統(tǒng)可以采用SRAM和DRAM混

17、合設(shè)計的方案。 嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計在使用SRAM和DRAM的成本上，需要仔細(xì)核算并與整個系統(tǒng)的硬件一起進(jìn)行核算，最終作出選擇。,2.4.1 ARM編程模型,在設(shè)計嵌入式系統(tǒng)選擇SRAM和DRAM時，通常考慮以下因素：,3.4 存儲設(shè)備,3.4.1 嵌入式系統(tǒng)存儲器子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 3.4.2 RAM 3.4.2 ROM 3.4.3 Flash,3.4.2 ROM,3.4 存儲設(shè)備,只讀存儲器（Read-Only Memory，ROM）中的內(nèi)容一經(jīng)寫入，在工作過程中就只能讀出不能重寫，即使掉電，寫入的內(nèi)容也不會丟失。 ROM在嵌入式系統(tǒng)中非常有用，常常用來存放系統(tǒng)軟件（如ROM BIOS）、應(yīng)用程序等

18、不隨時間改變的代碼或數(shù)據(jù)。,3.4.2 ROM,3.4 存儲設(shè)備,ROM可以分為工場可編程ROM和現(xiàn)場可編程ROM兩大類。,工場可編程ROM（即掩?？删幊蘎OM，mask-programmed ROM）是由廠商按照用戶要求掩模制成，封裝后不能改寫，用戶只能讀出、不能改寫。掩模ROM一般只用于大批量生產(chǎn)的計算機產(chǎn)品中，在產(chǎn)品研制和實驗室小批量生產(chǎn)時，宜選用現(xiàn)場可編程ROM。,3.4.2 ROM,3.4 存儲設(shè)備,有幾種不同類型的現(xiàn)場可編程ROM，一些只可編程一次，而另一些可以被重復(fù)編程。,可編程ROM（Programmed ROM） 紫外線可擦可編程ROM（UV Erasable Program

19、med ROM,UV_EPROM） 電可擦可編程ROM（Electrical Erasable Programmed ROM,EEPROM）,3.4 存儲設(shè)備,3.4.1 嵌入式系統(tǒng)存儲器子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 3.4.2 RAM 3.4.2 ROM 3.4.3 Flash,3.4.3 Flash,3.4 存儲設(shè)備,閃速存儲器（Flash Memory）是存儲器技術(shù)的最新發(fā)展。 Flash的特點是,在不加電情況下能長期保存信息，同時又能在線進(jìn)行快速擦除與重寫。 從軟件的觀點來看，F(xiàn)lash和EEPROM的的技術(shù)十分類似。,3.4.3 Flash,3.4 存儲設(shè)備,閃存與 EEPROM的區(qū)別：,EEPRO

20、M擦寫和編程時要加高電壓，這意味著重新編程時必須將芯片從系統(tǒng)中拿出來；而Flash使用標(biāo)準(zhǔn)電壓擦寫和編程，允許芯片在標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)內(nèi)部編程，這就允許Flash在重新編程的同時存儲新的內(nèi)容。 EEPROM必須被整體擦寫；Flash可以一塊一塊地擦寫。大部分Flash允許某些快被保護，這一點對存儲空間有限的嵌入式系統(tǒng)非常有用，即將引導(dǎo)代碼放進(jìn)保護塊內(nèi)而允許更新設(shè)備上其他的存儲器塊。,表3-1 Flash與傳統(tǒng)存儲器技術(shù)的比較,3.4.3 Flash,3.4 存儲設(shè)備,Flash的分類：,NOR Flash是在EEPROM的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它的存儲單元由N-MOS構(gòu)成，而連接N-MOS單元的線是獨立的。

21、NOR Flash可以隨機讀取任意單元的內(nèi)容，適合于程序代碼的并行讀寫存儲，常用于制作計算機的BIOS存儲器和微控制器的內(nèi)部存儲器等。 NAND Flash是將幾個N-MOS單元用同一根線連接起來，可以按順序讀取存儲單元的內(nèi)容，適合于數(shù)據(jù)或文件的串行讀寫。,3.4.3 Flash,3.4 存儲設(shè)備,Flash的操作包括寫入和讀出。, 讀操作：處理器只要提供地址、讀操作信號和片選信號，存儲器就返回在該位置保存的數(shù)據(jù)。大部分的Flash在系統(tǒng)重啟時自動進(jìn)入讀狀態(tài)，啟動讀狀態(tài)不需要特別的初始化序列。 寫操作：把程序或數(shù)據(jù)寫入Flash的過程叫作編程。Flash的編程有兩種方式，一種是在線編程，一種是

22、離線編程。,3.4.3 Flash,3.4 存儲設(shè)備,Flash的編程操作,每一個存儲位置必須在重寫操作之前被擦除。如果舊的數(shù)據(jù)沒有被擦除，寫操作的結(jié)果會是新舊數(shù)值的某種邏輯組合，存儲的數(shù)據(jù)通常是錯誤的。 一次只能有一個扇區(qū)或者塊被擦除，而且不可能只是擦除一個單個的字節(jié)。 擦除舊數(shù)據(jù)的過程和寫入新數(shù)據(jù)的過程是隨著制造商的不同而變化的。因此在進(jìn)行Flash寫入操作時，提供一個軟件層來完成寫入和擦除操作比較方便，這個軟件層叫作Flash的驅(qū)動程序。,3.4.3 Flash,3.4 存儲設(shè)備,Flash的編程操作,每一個存儲位置必須在重寫操作之前被擦除。如果舊的數(shù)據(jù)沒有被擦除，寫操作的結(jié)果會是新舊數(shù)

23、值的某種邏輯組合，存儲的數(shù)據(jù)通常是錯誤的。 一次只能有一個扇區(qū)或者塊被擦除，而且不可能只是擦除一個單個的字節(jié)。 擦除舊數(shù)據(jù)的過程和寫入新數(shù)據(jù)的過程是隨著制造商的不同而變化的。因此在進(jìn)行Flash寫入操作時，提供一個軟件層來完成寫入和擦除操作比較方便，這個軟件層叫作Flash的驅(qū)動程序。,3.4.3 Flash,3.4 存儲設(shè)備,Flash的嵌入式應(yīng)用,Flash文件系統(tǒng)：因為Flash提供了可被重寫的非易失性存儲，因此它可以被看作類似于任何其他的二級存儲系統(tǒng)，如硬盤。在作為文件系統(tǒng)的情況下，由驅(qū)動程序提供的函數(shù)要更加面向文件，提供諸如open()、close()、read()、write()等

24、標(biāo)準(zhǔn)文件系統(tǒng)函數(shù)。Flash文件系統(tǒng)的組織與普通的外存基本相同。 便攜設(shè)備的存儲裝置：隨著數(shù)碼產(chǎn)品的飛速發(fā)展，F(xiàn)lash作為一種最常用的存儲裝置應(yīng)用于數(shù)碼相機（如CF卡、XD卡、記憶棒等）、MP3等數(shù)碼產(chǎn)品中。,第三章 嵌入式硬件平臺,3.1 引言,3.2 嵌入式硬件平臺概述,3.3 總線,3.4 存儲設(shè)備,3.5 I/O設(shè)備,3.6 通信設(shè)備,3.7 其它,3.5 I/O設(shè)備,一個實用的嵌入式系統(tǒng)常常配有一定的外部設(shè)備，構(gòu)成一個以微處理器為核心的計算機系統(tǒng)。 這些外部設(shè)備包括輸入設(shè)備，如鍵盤、觸摸屏等；輸出設(shè)備，如顯示器等；完成數(shù)據(jù)控制和轉(zhuǎn)換的設(shè)備，如定時器、計數(shù)器、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)/模轉(zhuǎn)換

25、器等。 這些外部設(shè)備中，有的是以微控制器形式集成為片上設(shè)備，其他的通常是單獨實現(xiàn)。,3.5.1 定時器/計數(shù)器 3.5.2 ADC和DAC 3.5.3 人機接口設(shè)備,3.5 I/O設(shè)備,3.5.1 定時器/計數(shù)器,3.5 I/O設(shè)備,所有的嵌入式處理器都集成了定時器/計數(shù)器單元。 系統(tǒng)中至少有一個定時器設(shè)備，用作系統(tǒng)時鐘。 定時器和計數(shù)器都是由帶有保存當(dāng)前值的寄存器和向當(dāng)前寄存器值加1的一個增量輸入的加法器邏輯電路組成。,3.5.1 定時器/計數(shù)器,3.5 I/O設(shè)備,定時器/計數(shù)器單元的區(qū)別：,定時器的計數(shù)裝置是連到周期性時鐘信號上的，用來測量時間間隔； 計數(shù)器的計數(shù)裝置是連到非周期性信號上

26、的，用來計算外部事件的發(fā)生次數(shù)。,因為同樣的邏輯電路可以有這兩種使用方式，所有該設(shè)備經(jīng)常被稱為“定時器/計數(shù)器”。,3.5.1 定時器/計數(shù)器,3.5 I/O設(shè)備,嵌入式處理器上的定時器/計數(shù)器具有的功能：,嵌入式操作系統(tǒng)的任務(wù)調(diào)度，特別是具有時間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度功能的嵌入式操作系統(tǒng)必須使用定時器產(chǎn)生時間片。 嵌入式操作系統(tǒng)的軟件時鐘需要基于硬件定時器產(chǎn)生定時信號。 通信電路的波特率發(fā)生器。 實時時鐘電路。 集成的片上A/D轉(zhuǎn)換和D/A轉(zhuǎn)換電路。 具有液晶控制器的嵌入式處理器應(yīng)用液晶屏的刷新。 處理器監(jiān)控電路，如看門狗等。 集成的動態(tài)存儲器控制器用于動態(tài)存儲器的刷新。,圖3-14 定時器/計數(shù)器的內(nèi)

27、部結(jié)構(gòu),3.5.1 定時器/計數(shù)器 3.5.2 ADC和DAC 3.5.3 人機接口設(shè)備,3.5 I/O設(shè)備,3.5.2 ADC和DAC,3.5 I/O設(shè)備,模/數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換器和數(shù)/模（D/A）轉(zhuǎn)換器是非數(shù)字設(shè)備（即模擬信號源）和嵌入式系統(tǒng)之間聯(lián)系的接口。 D/A轉(zhuǎn)換相對簡單，轉(zhuǎn)換器接口僅包括數(shù)據(jù)值，輸入值被連續(xù)轉(zhuǎn)換成模擬信號。 A/D轉(zhuǎn)換器是將連續(xù)變化的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，以便計算機和數(shù)字系統(tǒng)進(jìn)行處理、存儲、控制和顯示。,3.5.2 ADC和DAC,3.5 I/O設(shè)備,A/D轉(zhuǎn)換在將模擬輸入轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式前需要對模擬輸入進(jìn)行采樣。 控制信號使得A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行采樣并將其數(shù)字化。 典型

28、的A/D轉(zhuǎn)換器接口除了模擬輸入外還有兩個主要的數(shù)字輸入。,一個數(shù)據(jù)端口允許A/D寄存器被讀寫； 另一個時鐘輸入信號通知什么時候開始下一次轉(zhuǎn)換。,3.5.2 ADC和DAC,3.5 I/O設(shè)備,A/D轉(zhuǎn)換器有若干種不同的類型，主要包括：逐位比較型、積分型、計數(shù)型、并行比較型和電壓頻率型。 選用何種類型的A/D轉(zhuǎn)換器主要應(yīng)根據(jù)使用場合的具體需求，分析轉(zhuǎn)換速度、精度、價格、功能以及接口條件等因素，最終決定選擇的類型。,3.5.1 定時器/計數(shù)器 3.5.2 ADC和DAC 3.5.3 人機接口設(shè)備,3.5 I/O設(shè)備,3.5.3 人機接口設(shè)備,3.5 I/O設(shè)備,為了使嵌入式系統(tǒng)具有友好的人機接口以

29、方便使用，需要給嵌入式系統(tǒng)配置顯示裝置，如LED顯示、LCD顯示器以及必要的音響提示等。 要進(jìn)行人機交互，還需要有輸入裝置，如鍵盤、觸摸屏等，使得用戶能夠?qū)η度胧娇刂破靼l(fā)出命令或輸入必要的控制參數(shù)。,3.5.3 人機接口設(shè)備,鍵盤 LCD顯示器 觸摸屏,3.5 I/O設(shè)備,1. 鍵盤,3.5.3 人機接口設(shè)備,鍵盤是標(biāo)準(zhǔn)的輸入設(shè)備，廣泛用于嵌入式產(chǎn)品，如微波爐、傳真機、復(fù)印機、激光打印機等。 依賴鍵盤接口實現(xiàn)用戶的輸入，使得嵌入式設(shè)備能夠處理用戶的輸入信息，將嵌入式控制器的功能發(fā)揮得更大。 鍵盤可以用來輸入數(shù)字型數(shù)據(jù)或者選擇控制設(shè)備得操作模式。,1. 鍵盤,3.5.3 人機接口設(shè)備,鍵盤的組成

30、,一個開關(guān)陣列 一些邏輯電路簡化它到微處理器的接口,1. 鍵盤,3.5.3 人機接口設(shè)備,圖3-15 簡單的開關(guān)電路,圖3-16 開關(guān)顫動,1. 鍵盤,3.5.3 人機接口設(shè)備,圖3-17 掃描鍵盤陣列,2. LCD顯示器,3.5.3 人機接口設(shè)備,液晶顯示（Liquid Crystal Display，LCD）是一種被動的顯示，它不能發(fā)光，只能使用周圍環(huán)境的光。 液晶顯示器顯示圖案或字符時只需要很小的能量。因此，低功耗、小型化的LCD成為較佳的顯示設(shè)備。 一般情況下，顯示設(shè)備可以直接驅(qū)動，也可以通過幀緩沖區(qū)驅(qū)動。,2. LCD顯示器-直接驅(qū)動,3.5.3 人機接口設(shè)備,圖3-18 n個數(shù)字顯

31、示器,2. LCD顯示器-幀緩沖區(qū),3.5.3 人機接口設(shè)備,圖3-19 幀緩沖顯示系統(tǒng),2. LCD顯示器-液晶控制板,3.5.3 人機接口設(shè)備,大平面顯示器通常由LCD構(gòu)成。其中每個像素都由一個液晶體構(gòu)成。 LCD顯示器到系統(tǒng)的接口獨具特點，這主要因為LCD像素陣列能夠被隨機訪問。 早期的液晶顯示控制板被稱為被動矩陣，它依靠一個二維的電線的網(wǎng)絡(luò)來編址像素?，F(xiàn)代液晶顯示控制板顯示器使用一種主動矩陣系統(tǒng)，它給每個像素配置轉(zhuǎn)發(fā)器，以此來控制、訪問LCD。主動矩陣顯示器提供了更高的對比度和顯示質(zhì)量。,2.觸摸屏,3.5.3 人機接口設(shè)備,觸摸屏是覆蓋在輸出設(shè)備上的輸入設(shè)備，用來記錄觸摸位置。把觸摸

32、屏覆蓋在顯示器上，使用者可以對顯示的信息做出反應(yīng)。 觸摸屏按其工作原理不同分為表面聲波屏、電容屏、電阻屏和紅外屏等。 其中常見的觸摸屏是電阻式觸摸屏。電阻式觸摸屏用二維電壓表來探測位置。,2.觸摸屏,3.5.3 人機接口設(shè)備,圖3-20 電阻式觸摸屏的結(jié)構(gòu),第三章 嵌入式硬件平臺,3.1 引言,3.2 嵌入式硬件平臺概述,3.3 總線,3.4 存儲設(shè)備,3.5 I/O設(shè)備,3.6 通信設(shè)備,3.7 其它,3.6 通信設(shè)備,3.6.1 通用異步收發(fā)器（UART） 3.6.2 USB設(shè)備 3.6.3 Ethernet設(shè)備,3.6.1 通用異步收發(fā)器（UART）,通用異步收發(fā)器（Universal

33、Asynchronous Receiver and Transmitter，UART）是用于控制計算機與串行設(shè)備的接口。,3.6 通信設(shè)備,數(shù)據(jù)通信模式 標(biāo)準(zhǔn)串行通信接口 UART,3.6.1 通用異步收發(fā)器（UART）,3.6 通信設(shè)備,1數(shù)據(jù)通信模式,3.6.1 通用異步收發(fā)器,數(shù)據(jù)通信是兩臺數(shù)字設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸。 數(shù)據(jù)通信方式可以分為：,雙工通信 串行和并行通信 同步和異步通信,1數(shù)據(jù)通信模式,3.6.1 通用異步收發(fā)器,雙工通信,雙工通信是對相互通信的兩臺通信設(shè)備之間數(shù)據(jù)流向的描述。 雙工通信包括單工、半雙工和全雙工三種方式。,1數(shù)據(jù)通信模式,雙工通信,3.6.1 通用異步收發(fā)器,1

34、數(shù)據(jù)通信模式,3.6.1 通用異步收發(fā)器,串行和并行通信,并行通信是構(gòu)成字符的二進(jìn)制代碼在并行信道上同時傳輸?shù)姆绞健?并行傳輸時，一次傳輸一個字符，收發(fā)雙方不存在同步問題，傳輸速度較快。 并行傳輸需要并行信道，所以線路投資大，不適合小型化產(chǎn)品。,1數(shù)據(jù)通信模式,3.6.1 通用異步收發(fā)器,串行和并行通信,串行通信是指構(gòu)成字符的二進(jìn)制代碼在一條信道上以位為單位、按時間順序且按位傳輸?shù)姆绞健?串行傳輸時，發(fā)送端按位發(fā)送，接收端按位接收，同時還要對所傳輸?shù)淖址右源_認(rèn)，所以收發(fā)雙方要采取同步措施，否則接收端將不能正確區(qū)分出所傳輸?shù)淖址?串行通信的速度慢，但是只需要一條傳輸信道，線路投資少、易于實現(xiàn)

35、，在數(shù)據(jù)通信吞吐量不是很大的嵌入式系統(tǒng)中顯得更加簡易、方便、靈活。,1數(shù)據(jù)通信模式,3.6.1 通用異步收發(fā)器,異步和同步通信,串行通信有兩種基本工作方式：異步通信和同步通信。 在異步通信方式下，傳輸數(shù)據(jù)以字符為單位。當(dāng)發(fā)送一個字符代碼時，字符前面要加一個“起” 信號，其長度為1個碼元，極性為“0”；字符后面要加一個“止”信號，其長度為1、1.5或2個碼元，極性為“1”。 異步傳輸方式適用于1200b/s以下的低速傳輸，實現(xiàn)起來比較簡單。,1數(shù)據(jù)通信模式,3.6.1 通用異步收發(fā)器,異步和同步通信,同步通信傳輸不需要加起、止信號，因此傳輸效率高，適用于2400b/s以上的數(shù)據(jù)傳輸，但是實現(xiàn)起來

36、比較復(fù)雜。,標(biāo)準(zhǔn)異步串行通信接口主要有以下幾類：,RS-232C RS-422 RS-485,2標(biāo)準(zhǔn)串行通信接口,3.6.1 通用異步收發(fā)器,RS-232C介紹,2標(biāo)準(zhǔn)串行通信接口,3.6.1 通用異步收發(fā)器,RS-232C是美國電子工業(yè)協(xié)會（Electronic Industry Association，EIA）制定的“在數(shù)據(jù)終端設(shè)備（Data Terminal Equipment，DTE）和數(shù)據(jù)通信設(shè)備（Data Communication Equipment，DCE）之間使用串行二進(jìn)制數(shù)據(jù)交換的接口”。 RS是英文“推薦標(biāo)準(zhǔn)”的縮寫，232為標(biāo)識號，C表示修改次數(shù)。,RS-232C性能,

37、2標(biāo)準(zhǔn)串行通信接口,3.6.1 通用異步收發(fā)器,RS-232C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的數(shù)據(jù)傳輸速率為50、75、100、150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200b/s； 驅(qū)動器允許有不超過2500pF的電容負(fù)載，通信距離將受此電容限制； 傳輸距離短的另一個原因時RS-232C屬于單端信號傳送，存在共地噪聲和不能抑制共模干擾等問題，因此一般用于短距離通信。,RS-232C特點,2標(biāo)準(zhǔn)串行通信接口,3.6.1 通用異步收發(fā)器,RS-232C接口的缺點主要表現(xiàn)在兩個方面：數(shù)據(jù)傳輸速率慢和傳輸距離短。 RS-232C規(guī)定的20kb/s的傳輸速率雖然能夠滿足異步通信要求（通常異步通信

38、速率限制在19.2kb/s以下），但對某些同步系統(tǒng)來說不能滿足傳送速率要求。 RS-232C接口的一般設(shè)備之間電纜長度為15m，最長也不會超過60m。,RS-422介紹,2標(biāo)準(zhǔn)串行通信接口,3.6.1 通用異步收發(fā)器,RS-422標(biāo)準(zhǔn)是EIA公布的“平衡電壓數(shù)字接口電路的電氣特性”標(biāo)準(zhǔn)，是為改善RS-232C標(biāo)準(zhǔn)的電氣特性、又考慮與RS-232C兼容而制定的。 RS-422與RS-232C的關(guān)鍵不同在于把單端輸入改為雙端差分輸入，雙方的信號地不再共用。,RS-422性能,2標(biāo)準(zhǔn)串行通信接口,3.6.1 通用異步收發(fā)器,RS-422給出了對電纜、驅(qū)動器的要求，規(guī)定了雙端電氣接口形式，并使用雙絞線

39、傳送信號。,RS-422特點,2標(biāo)準(zhǔn)串行通信接口,3.6.1 通用異步收發(fā)器,與RS-232C相比，RS-422傳輸信號距離長、速度快。 傳輸率最大為10Mb/s，在此速率下，電纜允許長度為120m。 如果采用較低傳輸速率，如90kb/s，最大距離可達(dá)1200m。,RS-485介紹,2標(biāo)準(zhǔn)串行通信接口,3.6.1 通用異步收發(fā)器,RS-485是RS-422的變型，RS-422是全雙工，可以同時發(fā)送與接收；而RS-485是半雙工，在某一時刻，一個為發(fā)送另一個為接收。,RS-485性能,2標(biāo)準(zhǔn)串行通信接口,3.6.1 通用異步收發(fā)器,RS-485是一種多發(fā)送器的電路標(biāo)準(zhǔn)，它擴展了RS-422的性能

40、，允許雙線總線上驅(qū)動32個負(fù)載設(shè)備。負(fù)載設(shè)備可以是被動發(fā)送器、接收器或二者組合而成的收發(fā)器。 當(dāng)用于多點互連時，可節(jié)省信號線，便于高速遠(yuǎn)距離傳送。,2標(biāo)準(zhǔn)串行通信接口,小結(jié),3.6.1 通用異步收發(fā)器,功能,3UART,3.6.1 通用異步收發(fā)器,UART提供RS-232C數(shù)據(jù)終端設(shè)備接口。 作為接口的一部分，UART還提供了以下功能：,將計算機外部傳來的串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為字節(jié)，供計算機內(nèi)部使用并行數(shù)據(jù)的器件使用； 將由計算機內(nèi)部傳送過來的并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為輸出的串行數(shù)據(jù)； 在輸出的串行數(shù)據(jù)流中加入奇偶校驗位，并對從外部接收的數(shù)據(jù)流進(jìn)行奇偶校驗； 在輸出數(shù)據(jù)流中加入“起”、“止”標(biāo)記，并從接收數(shù)據(jù)流中

41、刪除“起”、“止”標(biāo)記； 處理計算機與外部串行設(shè)備的同步管理問題； 處理由鍵盤或鼠標(biāo)發(fā)出的中斷信號。,配置,3UART,3.6.1 通用異步收發(fā)器,相對于微處理器，一臺UART是作為一個甚至多個存儲點或I/O端口。 UART一般包括一個或多個狀態(tài)寄存器，用于驗證數(shù)據(jù)傳輸和接收時的狀態(tài)、進(jìn)程。 UART還可以通過一個或多個控制寄存器進(jìn)行配置，配置內(nèi)容包括波特率的設(shè)置、終止位數(shù)量的設(shè)置以及在發(fā)送字節(jié)時產(chǎn)生中斷等。 異步通信在UART上幾乎是透明地運行。為了收發(fā)數(shù)據(jù)，程序只需簡單的在UART上執(zhí)行讀寫操作。,應(yīng)用,3UART,3.6.1 通用異步收發(fā)器,比較流行的UART有NS16550型、AMD

42、Z8530、ACIA、Motorola 6850、Zilog Z-80 STO等。 當(dāng)UART用于嵌入式設(shè)計時，嵌入式系統(tǒng)就能夠利用通信終端、計算機甚至是其他嵌入式微處理器上的數(shù)據(jù)資源。,3.6 通信設(shè)備,3.6.1 通用異步收發(fā)器（UART） 3.6.2 USB設(shè)備 3.6.3 Ethernet設(shè)備,USB總線概述 USB總線的硬件結(jié)構(gòu) USB總線的軟件結(jié)構(gòu) USB總線的數(shù)據(jù)傳輸方式 USB總線的數(shù)據(jù)傳輸原理 USB設(shè)備即插即用的實現(xiàn) USB 器件的選擇 USB系統(tǒng)的開發(fā)流程,3.6.2 USB設(shè)備,3.6 通信設(shè)備,1USB總線概述,3.6.2 USB設(shè)備,為什么要用USB總線？,連接計算

43、機外設(shè)的串行數(shù)據(jù)總線的發(fā)展一直非常緩慢。 長期以來，串行總線只用于連接慢速外設(shè)或用作低速網(wǎng)絡(luò)的總線。,1USB總線概述,3.6.2 USB設(shè)備,通用串行總線（Universal Serial Bus，USB）是1995年Microsoft、Compaq、IBM等公司聯(lián)合制定的一種新的計算機串行通信協(xié)議。 USB協(xié)議得到各PC廠商、芯片制造商和PC外設(shè)廠商的廣泛支持。從當(dāng)初的0.7、0.8版本到現(xiàn)在廣泛采用的1.0、1.1版本，甚至到正在逐步推廣的2.0版本，USB本身也在不斷的發(fā)展和完善。,1USB總線概述,3.6.2 USB設(shè)備,通用串行總線是一種將USB外圍設(shè)備連接到主機的外部總線結(jié)構(gòu)，它

44、是通過PCI總線和PC的內(nèi)部系統(tǒng)數(shù)據(jù)線連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送。 USB同時又是一種通信協(xié)議，它支持主系統(tǒng)和USB外圍設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳送，通過一個4針的標(biāo)準(zhǔn)插頭，采用菊花鏈形式把所有的外設(shè)連接起來。,1USB總線概述,3.6.2 USB設(shè)備,USB主要具有以下優(yōu)點：,支持熱插拔（hot plug）和即插即用（Plug-and-Play）。 為所有的USB外設(shè)提供單一的、易于操作的標(biāo)準(zhǔn)連接類型，排除了外設(shè)對系統(tǒng)資源的需求。 USB1.1提供全速12Mb/s和低速1.5Mb/s的模式，USB2.0提供高達(dá)480Mb/s的設(shè)計傳輸速率。 USB提供了四種不同的數(shù)據(jù)傳送類型。 易于擴展，理論上最多可支持12

45、7個設(shè)備。,1USB總線概述,3.6.2 USB設(shè)備,USB的嵌入式應(yīng)用：,除了對PC機外設(shè)連接帶來了革命性的變化，在嵌入式系統(tǒng)中，USB也將扮演舉足輕重的角色。 USB接口以其方便、傳輸速率高等優(yōu)點成為嵌入式設(shè)備中的數(shù)據(jù)存儲、交換以及與PC高速通信等的首選。,2USB總線的硬件結(jié)構(gòu),3.6.2 USB設(shè)備,圖3-22 USB連接線,2USB總線的硬件結(jié)構(gòu),3.6.2 USB設(shè)備,USB總線,USB總線是基于令牌的總線，類似于令牌環(huán)網(wǎng)絡(luò)。 USB主控制器廣播令牌，總線上的設(shè)備檢測令牌中的地址是否與自身相符，通過接收或者發(fā)送數(shù)據(jù)來響應(yīng)主機。 USB通過支持懸掛/恢復(fù)操作來管理USB總線電源。,2

46、USB總線的硬件結(jié)構(gòu),3.6.2 USB設(shè)備,USB系統(tǒng)采用級聯(lián)星型拓?fù)洌扇齻€基本部分組成：,主機（Host）也稱為根或Root Hub，它作在主板上或作為適配卡安裝在計算機上。主機通過主機控制器與USB設(shè)備進(jìn)行交互，控制著USB總線上的數(shù)據(jù)，并控制信息的流動。,2USB總線的硬件結(jié)構(gòu),3.6.2 USB設(shè)備,集線器（Hub）每個USB系統(tǒng)只能有一個根集線器，它連在主控制器上。集線器是USB結(jié)構(gòu)中的特定成分，它提供端口能夠?qū)⒃O(shè)備連接到USB總線上，同時檢測連接在總線上的設(shè)備，并為這些設(shè)備提供電源管理，負(fù)載總線的故障檢測和恢復(fù)。集線器可為總線提供能源，也可為自身提供能源。 功能設(shè)備,2USB總

47、線的硬件結(jié)構(gòu),3.6.2 USB設(shè)備,圖3-23 USB系統(tǒng)級聯(lián)結(jié)構(gòu),3USB總線的軟件結(jié)構(gòu),3.6.2 USB設(shè)備,每個USB僅有一個主機，在USB通信過程中占主導(dǎo)地位。 主機包括USB總線接口、USB設(shè)備層和功能層三層結(jié)構(gòu)。,3USB總線的軟件結(jié)構(gòu),3.6.2 USB設(shè)備,USB總線接口USB總線接口處理電氣層與協(xié)議層的互連，由主控制器實現(xiàn)。 USB系統(tǒng)USB系統(tǒng)包括三個基本組件，主控制器驅(qū)動程序（HCD）、USB驅(qū)動程序（USBD）和主機軟件。 USB客戶軟件USB客戶軟件是軟件結(jié)構(gòu)的最高層，負(fù)責(zé)處理特定的USB設(shè)備驅(qū)動。,3.6.2 USB設(shè)備,每個USB僅有一個主機，在USB通信過程

48、中占主導(dǎo)地位。 主機包括USB總線接口、USB設(shè)備層和功能層。 主機各層具有的功能包括：,檢測連接和移去的USB設(shè)備 管理主機和USB設(shè)備間的數(shù)據(jù)流 連接USB狀態(tài)和活動統(tǒng)計 控制主控制器和USB設(shè)備間的電氣接口等,3USB總線的軟件結(jié)構(gòu),4USB總線的數(shù)據(jù)傳輸方式,3.6.2 USB設(shè)備,數(shù)據(jù)和控制信號在主機和USB設(shè)備之間的交換存在兩種通道：單向和雙向。 USB的數(shù)據(jù)傳送是在主機和某個USB設(shè)備的指定端口之間進(jìn)行的。這種主機和USB設(shè)備的端口間的聯(lián)系稱作通道。 對任何給定的設(shè)備進(jìn)行設(shè)置時，一個通道上的數(shù)據(jù)傳輸只能支持下列四種USB數(shù)據(jù)傳輸方式中的一種，即同步（isochronous）、控制

49、（control）、中斷（interrupt）和批量（bulk）。,5USB總線的數(shù)據(jù)傳輸原理,3.6.2 USB設(shè)備,在USB結(jié)構(gòu)中，占主導(dǎo)地位的是主控制器。主控制器要保證所有連接與其連接的數(shù)量不同、傳輸方式不同的設(shè)備能夠同時正常工作。 在主機端，不同設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸請求被劃分成若干個塊（Transaction）。 一根USB總線每次最多傳送三個數(shù)據(jù)包。,6USB設(shè)備即插即用的實現(xiàn),3.6.2 USB設(shè)備,USB設(shè)備可以實現(xiàn)熱插拔。 當(dāng)USB設(shè)備插入到主機中時，主機通過向查詢設(shè)備的描述符（Descriptor）來了解設(shè)備，進(jìn)而建立通信，這個過程叫作對設(shè)備的枚舉。 當(dāng)一個USB設(shè)備插入到主機后，

50、主機通過控制端點開始詢問設(shè)備的各種描述符。描述符中包含了設(shè)備端點號、設(shè)備類型和數(shù)據(jù)傳輸能力等信息，使得主機能夠了解設(shè)備的詳細(xì)情況。,6USB設(shè)備即插即用的實現(xiàn),3.6.2 USB設(shè)備,圖3-24 一個USB設(shè)備的描述符結(jié)構(gòu),7USB 器件的選擇,3.6.2 USB設(shè)備,首先要根據(jù)具體使用要求選擇合適的USB 控制器。目前，市場上供應(yīng)的USB控制器主要有兩種：帶USB接口的單片機（MCU）和純粹的USB接口芯片。,帶USB接口的單片機（MCU）：USB接口的單片機從應(yīng)用上可以分成兩類，一類是從底層設(shè)計專用于USB 控制的單片機；另一類是增加了USB接口的普通單片機，如Cypress公司的EZ=U

51、SB(基于8051）。,7USB 器件的選擇,3.6.2 USB設(shè)備,首先要根據(jù)具體使用要求選擇合適的USB 控制器。目前，市場上供應(yīng)的USB控制器主要有兩種：帶USB接口的單片機（MCU）和純粹的USB接口芯片。,純粹的USB接口芯片：僅處理USB通信，必須有一個外部微處理器來進(jìn)行協(xié)議處理和數(shù)據(jù)交換。典型產(chǎn)品有Philips公司的PDIUSBD11（I2C 接口）、PDIUSBD12(并行接口），NS公司的USBN9603/9604(并行接口）等。,8USB系統(tǒng)的開發(fā)流程,3.6.2 USB設(shè)備, 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能的定義 USB接口方法的選擇 與微處理器的接口電路 固件編程 開發(fā)PC端驅(qū)動程序

52、與應(yīng)用程序 USB系統(tǒng)調(diào)試,3.6 通信設(shè)備,3.6.1 通用異步收發(fā)器（UART） 3.6.2 USB設(shè)備 3.6.3 Ethernet設(shè)備,以太網(wǎng)的特點 以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸 嵌入式以太網(wǎng)接口的實現(xiàn)方法,3.6.3 Ethernet設(shè)備,3.6 通信設(shè)備,1以太網(wǎng)的特點,3.6.3 Ethernet設(shè)備,以太網(wǎng)是最廣泛應(yīng)用的局域網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 以太網(wǎng)數(shù)據(jù)速率為10Mbit/s，而快速以太網(wǎng)（Fast Ethernet）數(shù)據(jù)速率為100Mbit/s。 最常用的以太網(wǎng)協(xié)議是IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)，媒體的存取規(guī)則采用CSMA/CD（載波檢測多路存取/沖突檢測）。,2以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸,3.6.3 Ethernet設(shè)備,圖3-26 以太網(wǎng)傳輸報文的基本格式,3嵌入式以太網(wǎng)接口的實現(xiàn)方法,3.6.3 Ethernet設(shè)備,在嵌入式系統(tǒng)中實現(xiàn)以太網(wǎng)接口的方法通常有兩種：,方法一是采用嵌入式處理器與網(wǎng)卡芯片的組合。 方法二是直接采用帶有以太網(wǎng)接口的嵌入式處理器。,第三章 嵌入式硬件平臺,3.1 引言,3.2 嵌入式硬件平臺概述,3.3 總線,3.4 存儲設(shè)備,3.5 I/O設(shè)備,3.6 通信設(shè)備,3.7 其它,3.7