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1、No.1Sep2007第六讲第六讲嵌入式系统硬件设计概述嵌入式系统硬件设计概述刘昊东南大学国家专用集成电路系统工程技术研究中心No.2Sep2007复习第五讲：嵌入式系统调试原理复习第五讲：嵌入式系统调试原理围绕嵌入式微处理器的设计，微处理器的简介围绕嵌入式微处理器的设计，微处理器的简介存储器和存储接口存储器和存储接口串行通信口口串行通信口口TIMER和和PWM,RTC,Watchdog和和GPIO液晶显示液晶显示接口接口电源系统设计电源系统设计可编程逻辑器件可编程逻辑器件FPGA、CPLD原理原理第第 五五 讲讲 嵌入式系统开发和调试原理嵌入式系统开发和调试原理No.3Sep2007ADSA
2、DS调试环境（调试环境（IDEIDE）ARM AXDRDI接口接口ArmulatorMultiICEServerAngleArmulator Mem 接口ARMIDEARMIDE并行口串行口CodeWorrierCodeWorrier仿真器目标板目标板目标板目标板JTAG接口串口编译器汇编器联接器CPUflashsdram虽然传统上这个协议虽然传统上这个协议虽然传统上这个协议虽然传统上这个协议转换器还被称为仿真器转换器还被称为仿真器转换器还被称为仿真器转换器还被称为仿真器但是含义已经不一样了但是含义已经不一样了但是含义已经不一样了但是含义已经不一样了No.4Sep2007面向嵌入式系统的软件开
3、发环境面向嵌入式系统的软件开发环境软件设计交叉开交叉开交叉开交叉开发环境发环境发环境发环境IDEIDE烧结程序串口，并口，串口，并口，以太网，以太网，USBNo.5Sep2007应用程序运行环境的初始化应用程序运行环境的初始化中断向量表中断向量表初始化存储器系统初始化存储器系统初始化堆栈初始化堆栈初始化有特殊要求的端口、设备初始化有特殊要求的端口、设备初始化应用程序执行环境初始化应用程序执行环境改变处理器模式改变处理器模式呼叫主应用程序呼叫主应用程序No.6Sep2007复习第五讲：嵌入式系统调试原理复习第五讲：嵌入式系统调试原理围绕嵌入式微处理器的设计，微处理器的简介围绕嵌入式微处理器的设计
4、，微处理器的简介存储器和存储接口存储器和存储接口串行通信接口串行通信接口TIMER和和PWM,RTC,Watchdog和和GPIO液晶显示液晶显示接口接口电源系统设计电源系统设计可编程逻辑器件可编程逻辑器件FPGA、CPLD原理原理第第 五五 讲讲 嵌入式系统开发和调试原理嵌入式系统开发和调试原理No.7Sep2007嵌入式嵌入式处理器处理器可编程可编程逻辑器件逻辑器件存储器存储器电源模块电源模块解决方案解决方案人机接口人机接口嵌入式系统必备接插件嵌入式系统必备接插件PowerPC微处理器微处理器ARM内核微处理器内核微处理器TMS320C6000系列系列DSPIntel公司公司XscaleP
5、XA255MicrochipPIC24XXVirtexIIVirtexII Platform Platform FPGA FPGA VirtexVirtex（E E）系列系列 FPGAFPGASpartanSpartan（XLXL）系列系列FPGAFPGASpartanIISpartanII（E E）系列系列FPGAFPGAXC95(XL)XC95(XL)系列系列 CPLDCPLDCoolRunnerCoolRunner系列系列 CPLDCPLD嵌入式系统硬件构成嵌入式系统硬件构成XilinxTI Power TrendTI Power Trend嵌入式电源方案嵌入式电源方案MAXIM MAX
6、IM 电源芯片电源芯片Liner Liner 公司电源芯片公司电源芯片NS NS 公司电源芯片公司电源芯片怀特电子高可靠性存储器系列怀特电子高可靠性存储器系列IDTIDT公司公司FIFOFIFO及双口及双口RAMRAMCypressCypress公司高速公司高速SRAMSRAM系列系列现代电子公司现代电子公司SDRAMSDRAM系列系列IntelIntel公司公司 大容量大容量FlashFlash系列系列AMP公司接插件系列公司接插件系列AI公司公司PCB插座系列插座系列AMP&AI嵌入式系统的硬件构成嵌入式系统的硬件构成STN/TFT STN/TFT 液晶显示屏液晶显示屏键盘键盘/鼠标控制器
7、芯片鼠标控制器芯片LEDLED显示显示Philips,cirrus Philips,cirrus 公司公司 音频系列音频系列ADI,TIADI,TI公司公司 AD/DAAD/DA系列系列通信接口通信接口以太网接口芯片以太网接口芯片TI,MAXIM RS485/232TI,MAXIM RS485/232芯片芯片西门子等无线通讯模块西门子等无线通讯模块总线总线No.8Sep2007SEP3203SEP3203的芯片定义的芯片定义芯芯片片定定义义ARM7TDMI芯片选择阶段晶体管门数少优秀的集成开发环境先进的总线构架提供工业控制级性能丰富的软件系统支持功能模块定义存储支持通讯模块系统控制ESRAMS
8、DRAMSRAMNOR FLASHNAND FLASHMMC/SDUART(2)SPIUSB1.1AC97I2CTIMERRTCWATCHDOGPMUDMANo.9Sep2007SEP3203SEP3203功能模块的划分功能模块的划分MMALCDCAC97PMU/PLLJTAG/ICEGPIOWATCHDOG/RTCTIMERUART(2)USBSPIMMCARM7TDMIAMBAeSRAMINTCDMAEMI核心部分多媒体部分人机接口外部接口系统控制系统IOSEP3203PWMNo.10Sep2007AMBA ArchitectureAMBA ArchitectureAMBA includi
9、ng：AHB and APBAHB:backbone of SoCAPB:Low power,low complexity interfaceNo.11Sep2007复习第五讲：嵌入式系统调试原理复习第五讲：嵌入式系统调试原理围绕嵌入式微处理器的设计，微处理器的简介围绕嵌入式微处理器的设计，微处理器的简介存储器和存储接口存储器和存储接口串行通信接口串行通信接口TIMER和和PWM,RTC,Watchdog和和GPIO液晶显示液晶显示接口接口USB接口接口电源系统设计电源系统设计可编程逻辑器件可编程逻辑器件FPGA、CPLD原理原理第第 五五 讲讲 嵌入式系统开发和调试原理嵌入式系统开发和调试原
10、理No.12Sep2007常用存储器的分类常用存储器的分类嵌入式系统中嵌入式系统中pNORFLASHpNANDFLASHpSRAMpSDRAMNo.13Sep2007按构成存储器的器件和存储介质分类按构成存储器的器件和存储介质分类半导体存储器半导体存储器磁盘和磁带等磁表面存储器磁盘和磁带等磁表面存储器光电存储器光电存储器按存取方式分类按存取方式分类随机存储器随机存储器RAM(RandomAccessMemory)只读存储器只读存储器ROM（Read-OnlyMemory）串行访问存储器串行访问存储器(SerialAccessStorage)按在计算机中的作用分类按在计算机中的作用分类主存储器主
11、存储器(内存内存)辅助存储器辅助存储器(外存外存)高速缓冲存储器高速缓冲存储器存储器的分类存储器的分类No.14Sep2007随机存取存储器随机存取存储器RAMa.静态静态RAMb.动态动态RAM只读存储器只读存储器ROMa.掩膜式掩膜式ROMb.可编程的可编程的PROMc.可用紫外线擦除、可编程的可用紫外线擦除、可编程的EPROMd.可用电擦除、可编程的可用电擦除、可编程的E2PROM等等e.在线编程擦除的在线编程擦除的FLASH半导体存储器的分类半导体存储器的分类No.15Sep2007核心是解决容量、速度、核心是解决容量、速度、价格间的矛盾，建立起价格间的矛盾，建立起多层存储结构。多层存
12、储结构。一个金字塔结构的多层一个金字塔结构的多层存储体系存储体系充分体现出容充分体现出容量和速度关系量和速度关系Cache主存层次主存层次：解决解决CPU与主存的速度与主存的速度上的差距上的差距；主存主存辅存层次辅存层次：解决存储的大容量要求解决存储的大容量要求和低成本之间的矛盾和低成本之间的矛盾。多层存储结构概念多层存储结构概念No.16Sep2007主存储器的主要技术指标主存储器的主要技术指标存储容量存储容量 存储器可以容纳的二进制信息量称为存储容量（寻址空存储器可以容纳的二进制信息量称为存储容量（寻址空间，由间，由CPUCPU的地址线决定）的地址线决定）实际存储容量实际存储容量：在计算机
13、系统中具体配置了多少内存。：在计算机系统中具体配置了多少内存。存取速度：存取速度：存取时间是指从启动一次存储器操作到完成存取时间是指从启动一次存储器操作到完成该操作所经历的时间，又称为读写周期。该操作所经历的时间，又称为读写周期。可靠性：可靠性：可靠性是用平均故障间隔时间来衡量可靠性是用平均故障间隔时间来衡量（MTBF,MeanTimeBetweenFailures）功耗功耗：通常是指每个存储元消耗功率的大小：通常是指每个存储元消耗功率的大小 No.17Sep2007静态静态RAMp同步SRAM在统一时钟的控制下同步操作，一般支持突发操作在统一时钟的控制下同步操作，一般支持突发操作pFIFO先
14、进先出先进先出pMulti-SRAM具有多数据端口具有多数据端口p非挥发非挥发SRAM(NVSRAM)静态加后备电源静态加后备电源p类类SRAM用动态用动态RAM，内部加刷新电路内部加刷新电路动态动态RAMpSDRAMpDDRIISDRAMpDDRIIISDRAMROMpNorFLASHpNandFLASH现代内存芯片技术现代内存芯片技术No.18Sep2007NOR FLASHNOR FLASHNOR技术（亦称为技术（亦称为Linear技术）闪速存储器是最早出现的技术）闪速存储器是最早出现的FlashMemory，目前仍是多数供应商支持的技术架构。它源于传统的，目前仍是多数供应商支持的技术架
15、构。它源于传统的EPROM器件器件在擦除和编程操作较少而直接执行代码的场合，尤其是纯代码存储在擦除和编程操作较少而直接执行代码的场合，尤其是纯代码存储的应用中广泛使用，如的应用中广泛使用，如PC的的BIOS固件、移动电话、硬盘驱动器的固件、移动电话、硬盘驱动器的控制存储器等。控制存储器等。NOR技术技术FlashMemory具有以下特点：具有以下特点：p（程序和数据可存放在同一芯片上，拥有独立的数据总线和地（程序和数据可存放在同一芯片上，拥有独立的数据总线和地址总线，能快速随机读取，允许系统直接从址总线，能快速随机读取，允许系统直接从Flash中读取代码执中读取代码执行，而无需先将代码下载至行
16、，而无需先将代码下载至RAM中再执行；中再执行；p可以单字节或单字编程，但不能单字节擦除，必须以块为单位可以单字节或单字编程，但不能单字节擦除，必须以块为单位或对整片执行擦除操作，在对存储器进行重新编程之前需要对或对整片执行擦除操作，在对存储器进行重新编程之前需要对块或整片进行预编程和擦除操作。块或整片进行预编程和擦除操作。由于由于NOR技术技术FlashMemory的擦除和编程速度较慢，而块尺寸又的擦除和编程速度较慢，而块尺寸又较大，因此擦除和编程操作所花费的时间很长，在纯数据存储和文较大，因此擦除和编程操作所花费的时间很长，在纯数据存储和文件存储的应用中，件存储的应用中，NOR技术显得力不
17、从心。技术显得力不从心。No.19Sep2007NAND FLASHNAND FLASH技术技术NAND技术技术FlashMemory具有以下特点：具有以下特点：p以页为单位进行读和编程操作，以页为单位进行读和编程操作，1页为页为256或或512B（字节）；以块为单位（字节）；以块为单位进行擦除操作，进行擦除操作，1块为块为4K、8K或或16KB。具有快编程和快擦除的功能，其。具有快编程和快擦除的功能，其块擦除时间是块擦除时间是2ms；而；而NOR技术的块擦除时间达到几百技术的块擦除时间达到几百ms。p数据、地址采用同一总线，实现串行读取。随机读取速度慢且不能按字节数据、地址采用同一总线，实现
18、串行读取。随机读取速度慢且不能按字节随机编程。随机编程。p芯片尺寸小，引脚少，是位成本芯片尺寸小，引脚少，是位成本(bitcost)最低的固态存储器，将很快突破最低的固态存储器，将很快突破每兆字节每兆字节1美元的价格限制。美元的价格限制。p芯片包含有失效块，其数目最大可达到芯片包含有失效块，其数目最大可达到335块（取决于存储器密度）。块（取决于存储器密度）。失效块不会影响有效块的性能，但设计者需要将失效块在地址映射表中屏失效块不会影响有效块的性能，但设计者需要将失效块在地址映射表中屏蔽起来。蔽起来。Samsung公司在公司在1999年底开发出世界上第一颗年底开发出世界上第一颗1GbNAND技
19、术闪速存储器技术闪速存储器基于基于NAND的存储器可以取代硬盘或其他块设备。的存储器可以取代硬盘或其他块设备。No.20Sep2007NOR NOR 与与 NAND FLASHNAND FLASH的比较的比较比较项比较项NORNAND性能比较性能比较读取速度稍快读取速度稍快擦除和写入速度远远大于擦除和写入速度远远大于NORflash擦除擦除Nor器件时是以器件时是以64128KB的块进行的，执行一的块进行的，执行一个写入个写入/擦除操作的时间为擦除操作的时间为15s；擦除；擦除Nand器件是以器件是以832KB的块进行的，执行相同的操作最多只需要的块进行的，执行相同的操作最多只需要4ms。接口
20、差别接口差别NorFlash带有带有SRAM接口，有接口，有足够的地址引脚来寻址，可以很足够的地址引脚来寻址，可以很容易地存取其内容的每一字节。容易地存取其内容的每一字节。用作程序存储器用作程序存储器Nand器件使用复杂的器件使用复杂的I/O口来串行地存取数据，各个口来串行地存取数据，各个产品或厂商的方法可能各不相同。产品或厂商的方法可能各不相同。Nand的读和写操作的读和写操作采用固定大小的块，这一点有点像硬盘管理此类操作。采用固定大小的块，这一点有点像硬盘管理此类操作。容量和成本容量和成本小小，116MB,成本高，成本高，存储代存储代码码非常大，非常大，NandFlash的单元尺寸几乎是的
21、单元尺寸几乎是Nor器件的一器件的一半。由于生产过程更为简单，半。由于生产过程更为简单，Nand结构可以在给定的结构可以在给定的尺寸内提供更高的容量。尺寸内提供更高的容量。16MB512B以上，以上，存储数存储数据据可靠性和耐可靠性和耐用性用性可擦写可擦写10万次万次可擦写可擦写100万次万次存在位反转和坏区的问题，需要进行存在位反转和坏区的问题，需要进行EDC/ECC算法校算法校验和坏区标识管理验和坏区标识管理易用性易用性可以非常直接地使用基于可以非常直接地使用基于Nor的的闪存，像闪存，像SRAM存储器那样连接，存储器那样连接，并可以在上面直接运行代码。并可以在上面直接运行代码。由于需要由
22、于需要I/O接口，接口，Nand要复杂得多。各种要复杂得多。各种Nand器件器件的存取方法因厂家而异。在使用的存取方法因厂家而异。在使用Nand器件时，必须先器件时，必须先写入驱动程序，才能继续执行其它操作。写入驱动程序，才能继续执行其它操作。No.21Sep2007SRAMSRAM接口时序（接口时序（SRAMSRAM，FLASH)FLASH)No.22Sep2007SDRAM SDRAM 存储器接口存储器接口SDRAM是随机存储器中价格最低的一种，在是随机存储器中价格最低的一种，在大多数计算机系统中用做主存储器；大多数计算机系统中用做主存储器；数据以电荷形式储存在电容上，并会在几数据以电荷形
23、式储存在电容上，并会在几ms内泄漏掉。为了长期保存，内泄漏掉。为了长期保存，SDRAM必须定期必须定期刷新；刷新；但动态但动态RAM比静态比静态RAM集成度高、功耗低，集成度高、功耗低，从而成本也低，适于作大容量存储器；从而成本也低，适于作大容量存储器；工作时序比较复杂工作时序比较复杂pA0A10：地址输入引脚，当：地址输入引脚，当ACTIVE命令和命令和READ/WRITE命令时，来决定使用某个命令时，来决定使用某个bank内的某内的某个基本存储单元。个基本存储单元。pCLK：时钟信号输入引脚：时钟信号输入引脚pCKE：ClockEnable，高电平时有效。当这个引脚处，高电平时有效。当这个
24、引脚处于低电平期间，提供给所有于低电平期间，提供给所有bank预充电和刷新的操作预充电和刷新的操作p/CS：芯片选择（：芯片选择（ChipSelect，这个引脚就是用于选，这个引脚就是用于选择进行存取操作的芯片择进行存取操作的芯片p/RAS:行地址选择行地址选择(RowAddressSelect)p/CAS:列地址选择列地址选择(ColumnAddressSelect)p/WE:写入信号写入信号(WriteEnable)pDQ0DQ15:数据输入输出接口数据输入输出接口pBA：Bank地址输入信号引脚，地址输入信号引脚，BA信号决定了由激活信号决定了由激活哪一个哪一个bank、进行读写或者预充
25、电操作；、进行读写或者预充电操作；BA也用于也用于定义定义Mode寄存器中的相关数据。寄存器中的相关数据。No.23Sep2007基于基于SEP3203SEP3203的的 存储系统设计存储系统设计No.24Sep2007FlashFlash存储器接口设计存储器接口设计Flash设计实例设计实例pNorFlashNandFlashNo.25Sep2007 SEP3203SEP3203芯片地址映射芯片地址映射 externalmemoryspace(nCSA)64MbytesREGISTERS(Seetablebelow)eSRAM20Kbytes0 x0000_00000 x03ff_ffff0
26、 x0fff_ffff0 x1100_3fff0 x1ffe_ffff0 x1fff_4fff0 x1fff_ffffExternalMemory(nCSAnCSF)(seetablebelow)0 x37ff_ffffREGISTERS(Seetablebelow)eSRAM20Kbytes0 x0000_00000 x0000_4ffff0 x0fff_ffff0 x1100_3fff0 x1fff_ffffExternalMemory(nCSAnCSF)(seetablebelow)0 x37ff_ffff系统从外部NOR FLASH启动系统从内部eSRAM启动No.26Sep2007片
27、上嵌入式静态存储器（ESRAM）特征：特征：eSRAM是一个内嵌是一个内嵌20KByte读写零等待的读写零等待的RAM，支持支持32位，位，16位，位，8位数据读写操作。位数据读写操作。作用：作用：p需要大量运算的代码需要大量运算的代码p操作系统核心代码，比如中断处理程序操作系统核心代码，比如中断处理程序p可映射至零地址，实现可映射至零地址，实现NANDFLASH启动启动No.27Sep2007SEP3203 EMI 控制器(SRAM/ROM/Flash)EMI控制器（控制器（EXTERNALMEMORYINTERFACE，简称，简称EMI）p支持支持SRAM、SDRAM、ROM、NORFLA
28、SH及及NANDFLASH。芯片的外部存储接口模块提供。芯片的外部存储接口模块提供了对这些外部存储器的读写接口，并且可以通过配置相关寄存器，灵活的实现对不同外部存储了对这些外部存储器的读写接口，并且可以通过配置相关寄存器，灵活的实现对不同外部存储器的操作器的操作同时同时EMI也支持地址的也支持地址的REMAP功能，即两个逻辑地址指向同一个物理地址功能，即两个逻辑地址指向同一个物理地址片选信号和地址范围，普通片选信号和地址范围，普通SRAM接口接口：p提供提供6个可配置的片选信号：个可配置的片选信号：CSA、CSB、CSC、CSD、CSE、CSF，用来实现对用来实现对ROM、SRAM、NORFL
29、ASH的片选。其中的片选。其中CSE、CSF与与SDRAM片选信号复用片选信号复用p每个片选支持的最大寻址范围为每个片选支持的最大寻址范围为64M。p每个片选可配的起始地址每个片选可配的起始地址.p启动片选可以选配启动片选可以选配16位总线或位总线或32位总线位总线支持支持SDRAM接口接口p提供提供2个相互独立的与个相互独立的与sram复用的片选信号：复用的片选信号：SD_CSE，SD_CSF，作为，作为SDRAM的片选的片选,与与SRAM/ROM/FLASH的片选的片选CSECSF复用复用.p每个片选支持有每个片选支持有4个个bank的的SDRAM，并支持同时激活（，并支持同时激活（act
30、ive）最多达）最多达4个个BANK。p根据选用的根据选用的SDRAM型号，型号，tRC、tRP、tRCD、CALlatency可配置。可配置。p提供提供SDRAM的低功耗模式，及自刷新功能。的低功耗模式，及自刷新功能。支持支持NANDFLASH接口接口p提供一个片选提供一个片选:nand_csp只支持整个只支持整个page的操作。就是每次读写都是一个的操作。就是每次读写都是一个page。通过配置地址寄存器，控制字寄存器。通过配置地址寄存器，控制字寄存器。然后对数据寄存器进行访问，从而完成对然后对数据寄存器进行访问，从而完成对NANDFLASH的操作。的操作。p支持从支持从NANDFlash直
31、接进行系统启动直接进行系统启动p支持支持ECC校验的一位纠错校验的一位纠错p只支持只支持8位数据线的位数据线的NANDFLASHNo.28Sep2007DMAC控制器特征：特征：p6个个DMA通道，均可支持双向传通道，均可支持双向传输输p提供提供SingleDMA和和BurstDMA请求模式请求模式p提供存储器到外设，外设到存储提供存储器到外设，外设到存储器，存储器到存储器的数据传输器，存储器到存储器的数据传输p硬件硬件DMA通道优先级通道优先级p支持目的地址或源地址的递增支持目的地址或源地址的递增(incremental)或非递增或非递增(non-incremental)产生方式产生方式p可
32、编程的可编程的DMAburst尺寸尺寸p16x4Bytes内部数据内部数据FIFOp支持支持8,16和和32-bit数据宽度的传输数据宽度的传输p两个可屏蔽中断请求：两个可屏蔽中断请求：DMA错误错误中断和中断和DMA传输完成中断请求传输完成中断请求外 设存 储 器储存器外设直接存储器访问（直接存储器访问（DMA）是一种完全由硬件执行数据交换的工作方式；数据交换不经过是一种完全由硬件执行数据交换的工作方式；数据交换不经过CPU而直而直接在存储器之间以及存储器和外设之间进行。实现了一个接在存储器之间以及存储器和外设之间进行。实现了一个memcpy的功的功能和赋值的功能；能和赋值的功能；DMA方式
33、一般用于高速传送成组的数据方式一般用于高速传送成组的数据No.29Sep2007复习第五讲：嵌入式系统调试原理复习第五讲：嵌入式系统调试原理围绕嵌入式微处理器的设计，微处理器的简介围绕嵌入式微处理器的设计，微处理器的简介存储器和存储接口存储器和存储接口串行通信接口串行通信接口TIMER和和PWM,RTC,Watchdog和和GPIO液晶显示液晶显示接口接口电源系统设计电源系统设计可编程逻辑器件可编程逻辑器件FPGA、CPLD原理原理第第 五五 讲讲 嵌入式系统开发和调试原理嵌入式系统开发和调试原理No.30Sep2007串行通信的实现并行通信和串行通信的特点：串行通信是逐位传送数据，所以一个多
34、位数据需要多次传送。比如一个8位的字节型数据至少需要8次传送。它有如下特点：p速度较慢；p引线少；p距离长。串行通信的硬件条件 在硬件上，串行通信系统的核心部件是移位寄存器，其中在发端要有一个并入串出移位寄存器，在收端要有一个串入并出移位寄存器No.31Sep2007同步串口和异步串口异步通讯 异步通信是指以字符为单位传送数据，用起始位和停止位标识每个字符的开始和结束字符，两次传送时间隔不固定。同步通信在大量数据传送时，为了提高速度，就去掉标志，这就是同步通讯。采用同步传送，在数据块开始处要用同步字符来指示，并在发送端和接收端之间要用时钟来实现同步。No.32Sep2007SPI 控制器作用：
35、作用：p在微控制器与外设之间进行并串转换的数据传输；其外设传递方式：在微控制器与外设之间进行并串转换的数据传输；其外设传递方式：l全双工全双工l同步同步l串行串行SEP3203No.33Sep2007串行外设接口串行外设接口 SPISPI总线接口总线接口SerialperipheralinterfaceSPI:是由是由Motorola公司开发公司开发的，在微控制器和外设之间的一个简易接口标准的，在微控制器和外设之间的一个简易接口标准与与UART不同，不同，SPI是同步协议接口，所有的传输参照一个是同步协议接口，所有的传输参照一个共同的时钟共同的时钟主从方式接口，可以一带多主从方式接口，可以一带
36、多简单实用：简单实用：A/D,D/A，时钟芯片，串行存储器等外设，时钟芯片，串行存储器等外设MOSIMISOSCLKI/OGNDSISOCLKCSGNDNo.34Sep2007异步串口异步串口UARTUARTUART（UniversalAsynchronousReceiver/Transmitter）通用异步收）通用异步收发器，是处理器总线与串行线（一般使用发器，是处理器总线与串行线（一般使用RS232信号协议）接口的外围设信号协议）接口的外围设备备CTSTXDStartStopT3T4TcycAPBInterfaceBaudRateGeneratorTxRxInterruptGenerato
37、rFIFOFIFOIRDAInterfaceTXDRXDRTSCTSout_baudDTRDSRRIDCDOUT1OUT2TXD-发送数据信号发送数据信号RXD-接收数据信号接收数据信号CTS-TheClearToSendsignal.低电平有效。当此低电平有效。当此信号有效时，表示外部设备可以接收信号有效时，表示外部设备可以接收UART发送的发送的数据。数据。RTS-TheRequestToSendsignal.请求发送信号。请求发送信号。低电平有效。低电平有效。UART向外部设备发出的数据请求信向外部设备发出的数据请求信号。号。DTR-TheDataTerminalReadysignal.
38、数据终端数据终端（DTE）准备好信号。）准备好信号。DSR-TheDataSetReadysignal.数据设备准备好数据设备准备好信号。是信号。是DTR信号的应答信号。信号的应答信号。DCD-TheDataCarrierDetectsignal.接收线路载接收线路载波检测信号。通知波检测信号。通知UART探测到载波，准备接受数探测到载波，准备接受数据。据。RI-TheRingIndicator.震铃指示信号。低电平有效。震铃指示信号。低电平有效。数据设备（数据设备（DCE）通知）通知UART接收到一个电话震铃。接收到一个电话震铃。第一位为起始位中间8位或者7位数据位最后1或者2位停止位11位
39、的数据帧位的数据帧奇偶校验奇偶校验No.35Sep2007UART控制器作用：作用：p用于异步串行收发用于异步串行收发p支持支持RS232传输方式传输方式p支持红外模式传输支持红外模式传输特征：特征：p字符编码字符编码5-8位位.p可配置的奇偶校验可配置的奇偶校验(偶校验偶校验,奇校验奇校验,或不用奇偶校验或不用奇偶校验)p对对RTS,CTS信号提供硬件控制流支持信号提供硬件控制流支持p对各种控制流和对各种控制流和FIFO状态提供各种状态标志状态提供各种状态标志p串行红外接口串行红外接口p发送发送FIFO空时可触发中断空时可触发中断No.36Sep2007RS232CRS232C串口通信协议串
40、口通信协议古老的串口通信协议古老的串口通信协议传输距离传输距离25米，最大传输速度米，最大传输速度115200BPS逻辑高电平：逻辑高电平：3V15V，逻辑低电平，逻辑低电平3V15VRS232诞生的时候还没有微机：为了连接数字终端设备诞生的时候还没有微机：为了连接数字终端设备DTE（传真机）（传真机）和数字通信设备和数字通信设备DCE(调制解调器）调制解调器）PC诞生以后，诞生以后，IBMPC的串口是的串口是DTE连接器，连接器，SUN工作站是工作站是DCE连接连接器：器：注意串口电缆中有注意串口电缆中有DTE-DCE,DTE-DTE等不同的连接方式等不同的连接方式串口的串口的9个信号中，大
41、部分都是用来对调制解调器进行控制的，简单的个信号中，大部分都是用来对调制解调器进行控制的，简单的连接方式紧紧需要连接方式紧紧需要TX,RX和和SG（信号地）就可。（信号地）就可。嵌入式终端通过串口和嵌入式终端通过串口和PC连接需要电平转换连接需要电平转换No.37Sep2007RS232C与TTL/CMOS UART 信号转换RS232C是用正负电压来表示逻辑状态，与TTL以高低电平表示逻辑状态的规定不同。因此，为了能够使计算机接口与终端的TTL器件连接，必须在RS232C与TTL电路之间进行电平和逻辑关系变换。No.38Sep2007RS-422/485RS-422/485串口通信协议串口通
42、信协议RS422/485差分双绞线传输信号差分双绞线传输信号pRS232的电平信号是相对于本地地线而言的电平信号是相对于本地地线而言pRS422/485的信号是平衡传输方式，双绞线之间的相对电平代表信号的信号是平衡传输方式，双绞线之间的相对电平代表信号传输距离远传输距离远1200米米传输速度快传输速度快10Mb/SNo.39Sep2007USB总线简介 USB是Universal Serial Bus的缩写,中文意思就是“通用串行总线”,是连接有USB接口的计算机外围设备到计算机的一种计算机外部总线结构USB的开发背景p提供高带宽串行通信pPlug-and-Play（即插即用）。p端口扩展。U
43、SB提供双向低成本低速到中速(USB 2.0 可达480Mb/s)的通用外设总线适用于连接各种各样的外设并且易于扩展。至目前为止，USB共经历以下几次重大变革：p0.7版本 于1994年11月11日发布。是USB的最早版本p1.0版本 于1995年11月13日制定发布了,规定USB具有2种传输速度 Low-speed 1.5Mb/s,Full-speed 12Mb/s。p1.1版本 于1998年9月23日制定了1.1规格版本,速度不变。p2.0(草案)版本 于1999年10月5日发布。制定了High-speed的概念，规格。p2.0版本 于2000年4月27日发布。No.40Sep2007US
44、B工作原理USB技术和IP技术一样，都是基于分组传送方式的。首先把数据分成若干块，然后在每块数据前面添上同步信号、包标识，后面添上CRC校验，就形成了USB封包。一个文件可能可能有多个封包。全速USB总线把1毫秒作为一个时间帧，总线在一个帧内依次传送不同文件的封包。因此从宏观上，就仿佛总线同时对不同的USB外设进行数据传送。根据信息包所实现的功能可分为3种类型：令牌包、数据包和握手包。令牌包定义了数据传送的类型No.41Sep2007USB 1.1 Device 控制器48MHZ的系统时钟的系统时钟支持支持USB1.1协议协议USBD外挂外挂FIFO,发送和接受发送和接受FIFO都为都为128
45、x16一个配置，两个端点（一个配置，两个端点（Control端点和端点和Bulk端点）端点）DMA传输方式传输方式,支持部支持部BURST传输方式传输方式全部同步设计全部同步设计No.42Sep2007内部集成电路内部集成电路 I I2 2C C总线总线是一种由是一种由PHILIPS公司开发的两线式串行总线，用于连接微控制器及其公司开发的两线式串行总线，用于连接微控制器及其外围设备外围设备总线的长度可高达总线的长度可高达25英尺，并且能够以英尺，并且能够以10Kbps的最大传输速率支持的最大传输速率支持40个组件。个组件。I2C总线的另一个优点是，它支持多主控总线的另一个优点是，它支持多主控(
46、multimastering)，其中任何能，其中任何能够进行发送和接收的设备都可以成为主总线。一个主控能够控制信号的够进行发送和接收的设备都可以成为主总线。一个主控能够控制信号的传输和时钟频率。当然，在任何时间点上只能有一个主控。传输和时钟频率。当然，在任何时间点上只能有一个主控。目前最新版本高速模式目前最新版本高速模式3.4MBPSNo.43Sep2007I I2 2C C总线工作原理总线工作原理各种被控制电路均并联在这条总线上，但就像电话机一样只有拨通各各种被控制电路均并联在这条总线上，但就像电话机一样只有拨通各自的号码才能工作，所以每个电路和模块都有唯一的地址。自的号码才能工作，所以每个
47、电路和模块都有唯一的地址。CPU发出的控制信号分为地址码和控制量两部分：发出的控制信号分为地址码和控制量两部分：p地址码用来选址，即接通需要控制的电路，确定控制的种类；地址码用来选址，即接通需要控制的电路，确定控制的种类；p控制量决定该调整的类别（如对比度、亮度等）及需要调整的量。这样，各控制电控制量决定该调整的类别（如对比度、亮度等）及需要调整的量。这样，各控制电路虽然挂在同一条总线上，却彼此独立，互不相关。路虽然挂在同一条总线上，却彼此独立，互不相关。I2C总线在传送数据过程中共有三种类型信号，总线在传送数据过程中共有三种类型信号，它们分别是：开始信它们分别是：开始信号、结束信号和应答信号
48、。号、结束信号和应答信号。p开始信号：开始信号：SCL为高电平时，为高电平时，SDA由高电平向低电平跳变，开始传送数据。由高电平向低电平跳变，开始传送数据。p结束信号：结束信号：SCL为低电平时，为低电平时，SDA由低电平向高电平跳变，结束传送数据。由低电平向高电平跳变，结束传送数据。p应答信号：接收数据的应答信号：接收数据的IC在接收到在接收到8bit数据后，向发送数据的数据后，向发送数据的IC发出特定的低电平发出特定的低电平脉冲，表示已收到数据。脉冲，表示已收到数据。CPU向受控单元发出一个信号后，等待受控单元发出一个向受控单元发出一个信号后，等待受控单元发出一个应答信号，应答信号，CPU
49、接收到应答信号后，根据实际情况作出是否继续传递信号的判断。接收到应答信号后，根据实际情况作出是否继续传递信号的判断。若未收到应答信号，由判断为受控单元出现故障。若未收到应答信号，由判断为受控单元出现故障。No.44Sep2007复习第五讲：嵌入式系统调试原理复习第五讲：嵌入式系统调试原理围绕嵌入式微处理器的设计，微处理器的简介围绕嵌入式微处理器的设计，微处理器的简介存储器和存储接口存储器和存储接口串行通信接口串行通信接口系统控制模块：中断控制器，系统控制模块：中断控制器，TIMER和和PWM,RTC,Watchdog和和GPIO液晶显示液晶显示接口接口电源系统设计电源系统设计可编程逻辑器件可编
50、程逻辑器件FPGA、CPLD原理原理第第 五五 讲讲 嵌入式系统开发和调试原理嵌入式系统开发和调试原理No.45Sep2007中断控制器（INTC）中断过程是：中断过程是：指中断源发出中断信号中断指中断源发出中断信号中断CPU当前的工作，使当前的工作，使CPU停止执行当前程序、保留停止执行当前程序、保留下一条指令的地址（断点）和当前的标志，转而执行一个中断服务子程序。中断服下一条指令的地址（断点）和当前的标志，转而执行一个中断服务子程序。中断服务程序执行结束后，务程序执行结束后，CPU恢复标志和断点地址，转回来执行原来的主程序。恢复标志和断点地址，转回来执行原来的主程序。中断控制器（中断控制器