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1、嵌入式微处理器系统及应用嵌入式微处理器系统及应用第六章第六章 3232位嵌入式系统常用总线位嵌入式系统常用总线 概述概述 并行并行总线，数据，数据线与数据位数相同与数据位数相同总线串行串行总线，不管数据位数是多少，一般只，不管数据位数是多少，一般只需要需要一根数据一根数据线概述概述并行并行总线 信息的各位数据被同信息的各位数据被同时传送的送的通信方式通信方式 所有数据位同时传送，传送速度快、效率高有多少数据位就要多少根数据线，硬件成本高数据线越多，相互干扰越大，只适合近距离传输（几十厘米到几米范围）EBI，IDE，SCSI，PCI等概述概述串行串行总线 信息的各位数据按照一定的信息的各位数据按
2、照一定的顺序序逐位逐位进行行传输的通信方式的通信方式 每次只能传输一位数据，传输速率依赖于传输的波特率不论传输多少位数据，都只需要一根数据线，成本低传输距离最远可达上千公里，如光纤通信USBIEEE1394I2CSPIRS232CANLIN等并行总线并行总线主要内容主要内容EBI总线LCD总线EBI总线总线介介绍EBI总线主要用于处理器与外部存储器芯片之间进行数据交换根据处理器的不同，数据线宽度有8位，16位，32位，64位等工作速率从0133MHz传输带宽=位宽X速率，最高可达8Gbps CPU内存外设外设外设CPUCPUCPU内存CPU内存CPU外设内存CPU外设内存CPU外设外设内存CP
3、U外设外设内存CPUCPUCPUCPU内存CPU内存CPU外设内存CPU外设内存CPU外设外设内存CPU外设外设内存CPUEBI总线总线接口信号接口信号EBI总线根据用途可以分为数据总线、地址总线和控制总线，数据总线用D0,D1,D2来表示，地址总线用A0,A1,A2来表示，控制总线则根据各个控制线作用的不同，分别用CS（芯片片选信号）、CKE（时钟使能）、WR（写控制信号）、OE（输出使能）等表示多个外设可以共享地址总线和数据总线，通过不同的CS信号线来选择不同的外设 EBI总线总线总线时序序读操作EBI总线总线总线时序序读操作发起数据起数据传输的主机首先在的主机首先在总线上上发出地出地址信
4、息，然后使能址信息，然后使能nGS，选中某个外中某个外设，该外外设在在EXTCLK（外部（外部时钟信号）的同步下信号）的同步下读取取地址信息；之后主机再将地址信息；之后主机再将读使能信号使能信号nOE拉低，拉低，产生生读操作信号，此后外操作信号，此后外设就将就将对应地址中的地址中的数据放在数据放在DATA信号信号线上，主机也在上，主机也在EXTCLK的同步下的同步下读取取DATA值，从而完成一次，从而完成一次读操作操作 EBI总线总线总线时序序写操作EBI总线总线总线时序序写操作写操作写操作时主机首先将需要写入数据的地址主机首先将需要写入数据的地址值从从ADDR信号信号线送出，然后主机使能送出
5、，然后主机使能nGS，选中某个外中某个外设，外，外设在在EXTCLK的同步下的同步下读取取该地址信息。主机再将需要写入的数据放于地址信息。主机再将需要写入的数据放于DATA线上，并使能上，并使能nWE信号，外信号，外设在在EXTCLK的同步下从的同步下从DATA线上上读取数据取数据值，并写入到并写入到ADDR指定的地址中指定的地址中 并行总线并行总线主要内容主要内容EBI总线LCD总线LCD总线总线介介绍分为专用接口和总线接口两种专用接口是由处理器对LCD的所有数据点直接进行处理和控制，需要处理器产生LCD所需的时钟和点阵数据。这种接口的优点是所有显示均由处理器控制，使用灵活。缺点对处理器的速
6、度要求比较高总线接口可以将LCD挂接到系统总线（EBI）上，通过外设访问时序，发送控制命令给LCD即可完成显示。其优点是对处理器的性能要求不高，使用方法简单，但是由于LCD集成了显示控制器，所以成本较高LCD总线总线总线信号信号专用接口信号专用接口信号一般由数据锁存时钟、数据移位时钟VCLK、帧同步信号VFRAME、LCD驱动信号VM（用于控制某一行是否需要点亮）、以及数据信号VD0-VD7(根据模块的不同,数据线数量会有差别)组成LCD总线总线总线信号总线信号专用接口信号一般定义引脚号引脚号符号符号说明说明1 VD0 数据位02 VD1 数据位13 VD2 数据位24 VD3数据位35/DI
7、SPOFF 显示关闭，低有效 6VFRAME帧起始信号7VM LCD驱动信号8VLINE 数据锁存时钟9VCLK 数据移位时钟10VDD 电源正 11VSS 电源地 12VEE 模块负压输出端 13V0 LCD驱动电压输入端 15BLALED 背光电源正端16BLKLED 背光电源地LCD总线总线接口时序接口时序专用接口LCD总线总线接口时序接口时序专用接口LCD工作时，先将VFRAME置为高电平，指示LCD一帧数据的开始，然后将VLINE置高电平，开始传送一行新数据，然后再由VCLK将每一位数据同步送到LCD模块进行显示LCD总线总线总线信号信号总线接口信号总线接口信号一般由数据命令切换信号
8、RS、读写信号R/W、LCD使能信号E(根据屏的大小可能会有多根使能信号)和数据信号DB0-DB7组成。LCD总线总线总线信号总线信号总线接口信号一般定义引脚号引脚号符号符号说明说明1VDD 电源正端电源正端 2VSS 电源地电源地 3V0 LCD驱动电路电源输入端驱动电路电源输入端4RES 复位输入端，低电平复位复位输入端，低电平复位 5E1 左半屏使能信号，由高到低时锁存数据左半屏使能信号，由高到低时锁存数据 6E2 右半屏使能信号，由高到低时锁存数据右半屏使能信号，由高到低时锁存数据 7R/W 读写控制信号，高电平读，低电平写。读写控制信号，高电平读，低电平写。8A0 数据或命令选择端，
9、高电平：数据信号，低电平：命令数据或命令选择端，高电平：数据信号，低电平：命令信号信号9DB0 数据位数据位0 10DB1 数据位数据位1 11DB2 数据位数据位2 12DB3 数据位数据位3 13DB4 数据位数据位4 14DB5 数据位数据位5 15DB6 数据位数据位6 16DB7 数据位数据位7 17BLA LED 背光电源正端背光电源正端 18BLK LED 背光电源地背光电源地LCD总线总线接口时序接口时序总线接口LCD总线总线接口时序接口时序总线接口LCD工作时，由R/W信号控制读写状态，R/W为高则进行读操作，R/W为低则进行写操作。A0决定当前传送的字节是命令还是数据。写数
10、据操作时首先设置R/W为低电平，再设置A0为高电平，将数据从DB0-DB7送出，然后将使能信号E拉低，数据就写入LCD控制器中。读数据操作时将R/W设置为高电平，A0为高电平，然后将使能信号E拉低，从DB0-DB7上读取LCD送出的数据串行总线串行总线主要内容主要内容SPI总线I2C总线UART接口USB总线I2S音频总线SDIO总线MII(RMII,SMII)总线CAN总线LIN总线SPI总线总线介介绍 SPI(Serial Peripheral Interface)总线是一种同步串是一种同步串行外行外设接口，是接口，是Motorola公司开公司开发的一种同步串行接口。的一种同步串行接口。通
11、通过SPI总线连接的接的设备可以同可以同时发送和接收串行数送和接收串行数据，它可以使据，它可以使MCU与各种外与各种外围设备以串行、同步的方式以串行、同步的方式进行通信以交行通信以交换信息。信息。最高工作速率可以到最高工作速率可以到20Mbps左右。左右。SPI总线总线接口信号接口信号该接口一般使用接口一般使用4根信号根信号线：串行：串行时钟线（SCK），主机），主机输入入/从机从机输出数据出数据线MISO，主机，主机输出出/从机从机输入数据入数据线MOST，低，低电平有效的从机平有效的从机选择线SSx（x可可为0,1,2）LCDEEPROMA/D其他其他设备设备SCKMISOMOSISCKM
12、OSIMISOCPU从从机机CPU主主机机SSSSSS1SS2SS3SS4SPI总线总线工作工作时序序写时序 SPI总线总线工作工作时序序写时序当主机需要当主机需要对从机从机进行写入操作行写入操作时，主机首先将，主机首先将SS信信号拉低，号拉低，选中某个从机，与从机建立通信通道。然后主机中某个从机，与从机建立通信通道。然后主机通通过MOSI发送写命令字送写命令字节和寄存器地址字和寄存器地址字节，然后再，然后再发送数据字送数据字节，数据字，数据字节可以是一个或者多个可以是一个或者多个 SPI总线总线工作工作时序序读时序SPI总线总线工作工作时序序读时序当主机需要当主机需要对从机从机进行行读出操作
13、出操作时，主机首先将，主机首先将SS信信号拉低，号拉低，选中某个从机，与从机建立通信通道。然后主机中某个从机，与从机建立通信通道。然后主机通通过MOSI发送送读命令字命令字节和寄存器地址字和寄存器地址字节，在，在SCK的的驱动下，从机将数据从下，从机将数据从MISO上送出，直到停止上送出，直到停止SCK信号信号为止止 串行总线串行总线主要内容主要内容SPI总线I2C总线UART接口USB总线I2S音频总线SDIO总线MII(RMII,SMII)总线CAN总线LIN总线I2C总线总线介介绍I2C(InterIntegrated Circuit)总线是一种由是一种由PHILIPS公司开公司开发的两
14、的两线式串行式串行总线，用于，用于连接微控制器接微控制器及其外及其外围设备。I2C总线产生于生于80年代，最初是年代，最初是为音音频和和视频设备开开发的。的。I2C总线最主要的最主要的优点是其点是其简单性和有效性。由于接性和有效性。由于接口口简单，I2C总线占用的空占用的空间非常小，减少了非常小，减少了电路板的空路板的空间需求和芯片引脚的数量，降低了互需求和芯片引脚的数量，降低了互联成本。成本。I2C总线的的另一个另一个优点是，它支持多主机点是，它支持多主机(multimastering)模式，任模式，任何能何能够进行数据行数据发送和接收的送和接收的设备都可以成都可以成为主机。一个主机。一个主
15、机能主机能够控制控制总线上信号的上信号的传输和和时钟频率。当然，在任率。当然，在任何一个何一个时间只能有一个只能有一个设备工作于主机模式。工作于主机模式。I2C具有完善的具有完善的总线协议，可以构成多主机系，可以构成多主机系统，在，在协议软件的支持下可自件的支持下可自动地地处理理总线任何可能的运行状任何可能的运行状态。I2C总线的工作速率在其最新的的工作速率在其最新的2.1版本版本规范中最高可范中最高可以达到以达到3.4MbpsI2C总线总线总线信号信号I2C总线由由时钟信号信号SCL和双向数据和双向数据信号信号SDA组成成 I2C总线总线总线工作原理工作原理开始信号SCL为高电平时，SDA由
16、高电平向低电平跳变，开始传送数据。I2C总线总线总线工作原理工作原理结束信号SCL为低电平时，SDA由低电平向高电平跳变，结束传送数据I2C总线总线总线工作原理工作原理总线协议总线上每次传送开始时有起始信号，结束时有停总线上每次传送开始时有起始信号，结束时有停止信号止信号 启动总线后第一个字节启动总线后第一个字节(命令字节命令字节)的高的高7位是从位是从器件的寻址地址，其中最高器件的寻址地址，其中最高4位为器件类型识别位为器件类型识别码，接着的码，接着的3位为器件地址，第位为方向位位为器件地址，第位为方向位（“”表示写操作，表示写操作，“”表示读操作表示读操作)I2C总线总线总线工作原理工作原
17、理总线协议地址字节后面的字节为传输的数据地址字节后面的字节为传输的数据,数据字节可数据字节可以是以是1n个个I2C总线总线总线工作原理工作原理总线协议每个字节传输完成后，接收方必须发出一个应答每个字节传输完成后，接收方必须发出一个应答位（位（Acknowledge Bit）,主机方用于确认接收主机方用于确认接收方是否正确接收方是否正确接收总线的数据传输采用最高位（总线的数据传输采用最高位（MSB）在前的方在前的方式式I2C总线总线总线工作原理工作原理数据传输流程数据传输流程主机方需要通信时主机方需要通信时,首先产生一个起始信号首先产生一个起始信号,通知通知总线上的其他设备即将开始一个通信操作总
18、线上的其他设备即将开始一个通信操作主机然后在主机然后在SCL的同步下发送一个命令字节的同步下发送一个命令字节,在在接收到从机的应答信号后接收到从机的应答信号后,再发送一个字节的寄再发送一个字节的寄存器地址存器地址如果是写操作如果是写操作,后续则发送一个或多个字节的待后续则发送一个或多个字节的待写入数据到从机，直到主机产生一个停止信号，写入数据到从机，直到主机产生一个停止信号，结束本次通信结束本次通信 如果是读操作，则在发送地址字节之后，主机将如果是读操作，则在发送地址字节之后，主机将SDA置为输入状态，在置为输入状态，在SCL的驱动下，从机将数的驱动下，从机将数据送出到据送出到SDA上，直至主
19、机产生停止信号上，直至主机产生停止信号 串行总线串行总线主要内容主要内容SPI总线I2C总线UART接口USB总线I2S音频总线SDIO总线MII(RMII,SMII)总线CAN总线LIN总线UART接口接口介介绍 UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter）即通用异步收）即通用异步收发器，是嵌入式系器，是嵌入式系统上很常用的一种串行接口，用于异步通信，可以上很常用的一种串行接口，用于异步通信，可以实现全全双工数据双工数据传输和接收。和接收。UART主要用于各种低速数据主要用于各种低速数据传输的的场合，如控制台、合，如控制台、modem等。
20、等。UART工作于工作于对等模式下，只要通信速率等模式下，只要通信速率设置正确，置正确，UART接口两端的接口两端的设备都可以自由都可以自由发送数据。送数据。传输速率一般从速率一般从1200bps到到115200bps。根据根据应用用环境的不同，境的不同，UART接口可以接口可以转换为RS232、RS422或者或者RS485的工的工业标准与其他准与其他设备进行互行互联，来完，来完成几十米至几公里距离上的数据成几十米至几公里距离上的数据传输。UART接口接口信号信号组成成 UART接口一般由接口一般由9个信号个信号组成，包括成，包括RD(数据数据输入入)、TD(数据数据输出出)、CTS(允允许发
21、送送)、RTS(请求求发送送)、DTR(数据数据终端就端就绪)、CD(载波波检测)、DSR(数据数据设备就就绪)、RI(振振铃指示指示)和和GND（地（地线），也可以在某些），也可以在某些应用用场合采合采用更用更简单的的3线制（只有制（只有RD、TD和和GND信号）信号）进行数据行数据传输。UART的的连接器一般采用接器一般采用9针D型型连接器，接器，逻辑图和和实物如下物如下图。UART接口接口信号信号组成成DSR，数据设备就绪（，数据设备就绪（Data set ready)。当该信号处于有效（ON）状态，表明MODEM处于可以使用的状态DTR，数据终端就绪，数据终端就绪(Data Termi
22、nal ready)。当该信号处于有效（ON）状态，表明数据终端可以使用RTS，请求发送，请求发送(Request to send)。用来表示DTE（数据终端设备）请求DCE（数据通信设备）发送数据，当终端需要发送数据时，使该信号有效（ON状态），向MODEM请求发送。它用来控制MODEM是否要进入发送状态UART接口接口信号信号组成成CTS，允许发送（，允许发送（Clear to send）。）。用来表示DCE准备好接收DTE发来的数据，是对请求发送信号RTS的响应信号。当MODEM已准备好接收终端传来的数据，并向前发送时，使该信号有效，通知终端开始向发送数据线TxD发送数据。RTS/CTS
23、这对请求应答联络信号用于半双工MODEM系统中发送方式和接收方式之间的切换，在全双工系统中，因配置为双向通道，故不需要RTS/CTS联络信号，可以使其一直保持为高电平UART接口接口信号信号组成成RLSD，接收线信号检出，接收线信号检出(Received Line detection)。用来表示DCE已接通通信链路，告知DTE准备接收数据。当本地的MODEM收到由通信链路另一端（远地）的MODEM送来的载波信号时，使RLSD信号有效，通知终端准备接收，并且由MODEM将接收下来的载波信号解调成数字数据后，通过接收数据线RxD送到终端。此线也叫做数据载波检测(DataCarrierdectect
24、ionDCD）线UART接口接口信号信号组成成RI，振铃指示，振铃指示(Ringing)。当MODEM收到交换台送来的振铃呼叫信号时，使该信号有效（ON状态），通知终端已被呼叫TxD，发送数据，发送数据(Transmitted data)。通过TxD线，终端将串行数据发送到MODEM(DTEDCE)RxD，接收数据，接收数据(Received data)。通过RxD线，终端接收从MODEM发来的串行数据(DCEDTE)UART接口接口工作原理工作原理 UART工作采用异步模式，数据位可以工作采用异步模式，数据位可以设置置为8位、位、9位和位和10位三种，停止位分位三种，停止位分为1位、位、1.
25、5位和位和2位三种。因位三种。因为没有没有时钟信号，所以需要双方信号，所以需要双方约定好通信的格式和速率才定好通信的格式和速率才能能进行通信。接收方定行通信。接收方定时检查信号信号线上的上的电平平变化来确定化来确定当前当前传输的数据位，从而接收完整的数据的数据位，从而接收完整的数据帧。在没有数据在没有数据传输时TxD和和RxD端都是高端都是高电平；当需要平；当需要发送数据送数据时，传输方就将方就将TxD先置先置为低低电平平(起始位起始位)，通，通知知对方开始接收数据，然后按照方开始接收数据，然后按照预先先设置好的波特率按从置好的波特率按从低位到高位的低位到高位的顺序序发送数据位，最后将送数据位
26、，最后将TxD置置为高高电平，平，产生生结束位，从而束位，从而结束一次通信束一次通信过程程 串行总线串行总线主要内容主要内容SPI总线I2C总线UART接口USB总线I2S音频总线SDIO总线MII(RMII,SMII)总线CAN总线LIN总线USB总线总线介介绍 USB是英文UniversalSerialBus的缩写，中文含义是“通用串行总线”，是重要的串行接口之一。USB是在1994年由Intel、NEC、微软和IBM等公司共同提出的。USB的目的在于将众多的接口（串口、并口、PS2口等），改为通用的标准。它仅仅使用一个4针插头作为标准插头，并通过这个标准接头连接各种外设，如鼠标、键盘、游
27、戏手柄、打印机、数码相机等，采用主从模式，可以支持最多127个从机同时工作。USB接口的特点是支持热插拔，支持单接口上接多个设备等。当从机接入USB总线时，主机端会检测到从机接入的信号。然后主机会对从机进行相关的功能、特性配置，配置完成后从机就可以根据主机的请求进行数据传输了。目前，USB主要有两个版本，USB1.1和USB2.0，两者最主要的差别在于传输速度，USB1.1理论最大传输速度为12Mbps,而USB2.0的理论最大传输速度达到了480Mbps,比USB1.1快40倍。USB总线总线总线信号信号 USB总线由差分数据由差分数据线D+、D-和和电源源VCC、地、地GND四根信号四根信
28、号线组成，成，D+，D-用于用于传送数据，送数据，VCC和和GND用用于向从机提供于向从机提供电源。源。USB总线接口的接口的连接器分接器分为A型和型和B型，型，A型用于型用于Up-Stream 端口，也就是端口，也就是连接到主机的端口；接到主机的端口；B型型则用于用于Down-Stream端口，也就是端口，也就是连接到接到设备的端口。另外的端口。另外还有一种小型有一种小型连接器接器MiniUSB，一般也用于，一般也用于设备端，以端，以缩小小连接器体接器体积。A型B型MiniUSBUSB总线总线物理拓扑物理拓扑结构构USB总线上上连接了接了USB主机和主机和USB设备，在物理，在物理连接接上是
29、有上是有层次性的星型次性的星型结构。每个网构。每个网络集集线器（器（Hub）是在）是在星型的中心，在主机中就有一个被嵌入的星型的中心，在主机中就有一个被嵌入的Hub叫根叫根Hub（root Hub），主机通），主机通过它提供若干个它提供若干个连接点。每条接点。每条线段是点点段是点点连接：从主机到集接：从主机到集线器或其功能部件，或从集器或其功能部件，或从集线器到集器到集线器或其功能部件。器或其功能部件。图6-19 USB总线拓扑结构USB总线总线逻辑拓扑拓扑结构构在物理在物理结构上，主机是通构上，主机是通过集集线器与各个器与各个逻辑设备通通信的，但是在信的，但是在逻辑结构上，主机构上，主机还是
30、直接与各个是直接与各个逻辑设备通信，就好像它通信，就好像它们是直接被是直接被连到主机上一到主机上一样。USB总线总线数据流数据流USB总线总线通信流通信流USB总线总线数据数据传输在在USB的数据的数据传送的方式下送的方式下,有四种的有四种的传输方式方式:控制控制传输，同步，同步传输，中断，中断传输和和批量批量传输。USB总线总线数据数据传输控制传输控制传输(Control Transfer)控制传送是双向传送，数据量通常较小。USB系统软件用来主要进行查询、配置和给USB设备发送通用的命令。控制传送方式可以包括8、16、32和64字节的数据，这依赖于设备和传输速度。控制传输典型地用在主计算机
31、和USB外设之间的端点(Endpoint)0之间的传输，但是指定供应商的控制传输可能用到其它的端点。USB总线总线数据数据传输同步传输同步传输(Isochronous Transfer)同同 步步 传传 输输 提提 供供 了了 确确 定定 的的 带带 宽宽 和和 间间 隔隔 时时 间间（latency)。它它被被用用于于时时间间严严格格并并具具有有较较强强容容错错性性的的流流数数据据传传输输，或或者者用用于于要要求求恒恒定定的的数数据据传传送送率率的的即即时时应应用用中中。例例如如执执行行即即时时通通话话的的网网络络电电话话应应用用时时，使使用用同同步步传传输输模模式式是是很很好好的的选选择择
32、。同同步步数数据据要要求求确确定定的的带带宽宽值值和和确确定定的的最最大大传传送送次次数数。对对于于同同步步传传送送来来说说，即即时时的的数数据据传传递比完美的精度和数据的完整性更重要一些。递比完美的精度和数据的完整性更重要一些。USB总线总线数据数据传输中断传输中断传输(Interrupt Transfer)中中断断方方式式传传输输主主要要用用于于定定时时查查询询设设备备是是否否有有中中断断数数据据要要传传送送。设设备备的的端端点点模模式式器器的的结结构构决决定定了了它它的的查查询询频频率率，从从1到到255ms之之间间。这这种种传传输输方方式式典典型型的的应应用用在在少少量量的的分分散散的
33、的、不不可可预预测测数数据据的的传传输输。键键盘盘、操操纵纵杆杆和和鼠鼠标标就就属属于于这这一一类类型型。中中断断方方式式传传送送是是单单向向的的并并且且对对于于host来来说只有输入的方式。说只有输入的方式。USB总线总线数据数据传输批量传输批量传输(Bulk Transfer)主主要要应应用用在在数数据据大大量量传传送送和和接接收收，同同时时又又没没有有带带宽宽和和间间隔隔时时间间要要求求的的情情况况下下，要要求求保保证证传传输输。打打印印机机和和扫扫描描仪仪属属于于这这种种类类型型。这这种种类类型型的的设设备备适适合合于于传传输输非非常常慢慢和和大大量量被被延延迟迟的的传传输输，可可以以
34、等等到到所所有有其其它它类类型型的的数数据据的的传传送送完完成成之之后后再再传送和接收数据。传送和接收数据。串行总线串行总线主要内容主要内容SPI总线I2C总线UART接口USB总线I2S音频总线SDIO总线MII(RMII,SMII)总线CAN总线LIN总线I2S音频总线音频总线介介绍 I2S（Inter IC sound）接口主要是）接口主要是为数字音数字音频设备开开发的，是的，是飞利浦公司利浦公司为数字音数字音频设备之之间的音的音频数据数据传输而制定的一种而制定的一种总线标准，广泛准，广泛应用于各种多媒体系用于各种多媒体系统中。它采用了沿独立的中。它采用了沿独立的导线传输时钟与数据信号的
35、与数据信号的设计，通，通过将数据和将数据和时钟信号分离，避免了因信号分离，避免了因时差差诱发的失真，的失真，为用用户节省了省了购买抵抗音抵抗音频抖抖动的的专业设备的的费用。用。I2S音频总线音频总线总线信号信号 串行时钟SCK，也叫位时钟（BCLK），即对应于数字音频的每一位数据，SCK都有1个脉冲。SCK的频率通过以下公式计算得到：SCK频率=2*采样频率*采样位数帧时钟LRCK，用于切换左右声道的数据。LRCK为“1”表示正在传输的是左声道的数据，为“0”则表示正在传输的是右声道的数据。LRCK的频率等于采样频率。串行数据SDATA，就是用二进制补码表示的音频数据。有时为了使系统间能够更好
36、地同步，还需要另外的一个信号MCLK，称为主时钟，也叫系统时钟（SystemClock），它是采样频率的256倍或384倍。字段（声道）选择（WS），它表明了正在被传输的声道。WS为“0”表示正在传输的是左声道的数据，WS为“1”表示正在传输的是右声道的数据。WS可以在串行时钟的上升沿或者下降沿发生改变，并且WS信号不一定是要对称的。在从属装置端，WS在时钟信号的上升沿发生改变。WS总是在最高位传输前的一个时钟周期内发生改变，这样可以使从属装置得到与被传输的串行数据同步的时间，并且使接收端存储当前的命令并为下次的命令清除空间。I2S音频总线音频总线工作工作时序序 SCK的每一个脉冲的每一个脉冲
37、对应SD的一位，接收方就通的一位，接收方就通过SCK来同步采来同步采样SD的的数据，数据，WS用于切用于切换左右声道。左右声道。SD上上传输的数据格式是高位在前，低位在后。的数据格式是高位在前，低位在后。无无论被被传输的信号有多少位有效数据，数据的最高位的信号有多少位有效数据，数据的最高位总是被最先是被最先传输（在（在WS发生生变化也就是一化也就是一帧开始后的第开始后的第2个个SCK脉冲脉冲处），因此最高位），因此最高位拥有固定的位有固定的位置，而最低位的位置置，而最低位的位置则依依赖于数据的有效位数，于数据的有效位数，这也就使得接收端与也就使得接收端与发送端送端的有效位数可以不同。如果接收端
38、能的有效位数可以不同。如果接收端能处理的有效位数少于理的有效位数少于发送端，它可以放送端，它可以放弃数据弃数据帧中多余的低位数据；如果接收端能中多余的低位数据；如果接收端能处理的有效位数多于理的有效位数多于发送端，送端，则它可以自行它可以自行补足剩余的位（通常用零来足剩余的位（通常用零来补足）。足）。这种同步机制使得数字音种同步机制使得数字音频设备的互的互连更加方便，而且不会造成数据更加方便，而且不会造成数据错位。位。为了保了保证数字音数字音频信号的正信号的正确确传输，发送端和接收端送端和接收端应该采用相同的数据格式和采用相同的数据格式和长度。度。串行总线串行总线主要内容主要内容SPI总线I2
39、C总线UART接口USB总线I2S音频总线SDIO总线MII(RMII,SMII)总线CAN总线LIN总线SDIO总线总线介介绍 SDIO总线主要用于主要用于连接接SD卡，它主要的特点卡，它主要的特点是其数据是其数据线可以采用可以采用1线到到4线。上。上电后，后，SD卡默卡默认使用使用0号数据号数据线DAT0。初始化之后，主机可以。初始化之后，主机可以改改变线宽（比如（比如2根根线、3根根线）。因此，不同）。因此，不同配置的配置的SD卡都可以和主机卡都可以和主机连接，称之接，称之为混和的混和的SD卡卡连接方式。在混和接方式。在混和连接中接中Vcc、Vss和和CLK的信号的信号连接可以通用，但是
40、命令、回复和数据接可以通用，但是命令、回复和数据（DAT03）这几根信号几根信号线，各个，各个SD卡必卡必须独立独立与主机与主机连接。接。SDIO总线总线总线信号信号 CLK：时钟信号。每个时钟周期传输一个命令或数据位。时钟的频率可在025MHz之间变化。SD卡的总线管理器可以不受任何限制地自由产生025MHz的频率。CMD：命令信号。主机发出的命令在CMD线上串行传输。一个命令是一次主机到从卡操作的开始。命令可以对单机寻址（寻址命令），或呼叫所有卡（广播命令）。回复信号也在CMD线上串行传输，一个命令是对之前命令的回答。回复可以来自单机或所有卡。DATA03：数据线。SDIO总线总线工作工作
41、时序序 SDIO的工作时序相对比较简单，主机方通过CMD指示当前数据线上发送的值是命令还是数据；然后根据命令送出写入SD卡的数据，或者接收从SD卡中读取的数据。SD总线上的命令和数据比特流从一个起始位开始，以停止位中止。串行总线串行总线主要内容主要内容SPI总线I2C总线UART接口USB总线I2S音频总线SDIO总线MII(RMII,SMII)总线CAN总线LIN总线介介绍 MII（Media Independent Interface）主要用于以太网主要用于以太网设备的互的互联，通常是，通常是MAC与与PHY之之间的通信通道。的通信通道。RMII-Reduced MII、SMII-Seri
42、al MII都是在都是在MII的基的基础上上发展而来。展而来。MII总线可以支持可以支持10M/100Mbps的的数据数据传输率。率。MII总线总线MII总线总线总线信号信号MAC控制器PHYMII总线总线总线信号信号TXD3:0数据发送信号，方向是从MAC控制器到PHY，每次传输半个字节RXD3:0数据接收信号，方向是从PHY到MAC控制器，每次传输半个字节TXC发送时钟，由PHY器件提供，用于数据同步RXC接收时钟，由PHY器件提供，用于数据同步TXER发送错误指示，当PHY器件发现MAC控制器发送的数据校验码有误，则会置位TXER通知MAC控制器RXER接收错误指示，当MAC控制器发现P
43、HY器件发送的数据校验码有误，则会置位RXER通知MAC控制器MII总线总线总线信号信号CRS载波检测，当网线上检测到通信载波时置位TXEN发送使能，指示TXD数据线上的数据有效RXDV接收数据有效，指示RXD数据线上的数据有效MDC时钟信号，用于管理接口数据同步MDIO数据信号，管理接口数据收发MII总线总线工作工作时序序接收时序接收数据时MII外设会将RXDV置为高电平，并根据RXCLK的时序依次将数据分成两个4位从RXD0:3送出。接收方在接收完一帧数据后，如果数据帧有误，MII外设将RXER置为高电平，表明接收的数据有误，这时接收方将刚接收的数据帧；如果接收正确的话则保留接收到的数据帧
44、。MII总线总线工作工作时序序发送时序发送数据时MAC控制器先将TXEN置为高电平，在TXCLK的同步下开始传送数据。在数据帧传输完成后，如果数据帧经校验有误，则拉高TXER表明刚发送的数据无效，接收方则会丢弃刚收到的数据帧。如果没有TXER信号，则表明数据帧正确。串行总线串行总线主要内容主要内容SPI总线I2C总线UART接口USB总线I2S音频总线SDIO总线MII(RMII,SMII)总线CAN总线LIN总线CAN总线总线介介绍 CAN即控制器局域网（即控制器局域网（Controller Area Network），），是广泛用于汽是广泛用于汽车电子和工子和工业控制的一种串行通信网控制的
45、一种串行通信网络。CAN总线总线帧格式格式 CAN总线总线应用用 CAN总线总线应用用 CAN总线根据其根据其传输速率的不同，也是速率的不同，也是分分级的。不同的的。不同的应用由于数据用由于数据传输量、量、传输性能的要求不一性能的要求不一样，则可以采用不同可以采用不同级别的的CAN网网络。串行总线串行总线主要内容主要内容SPI总线I2C总线UART接口USB总线I2S音频总线SDIO总线MII(RMII,SMII)总线CAN总线LIN总线 LIN总线总线介介绍 LIN即是即是Local Area Network，也是一种串行通信，也是一种串行通信协议，它能与，它能与CAN总线网网络进行行连接，
46、以构成接，以构成层次化的汽次化的汽车网网络。它作。它作为层次化网次化网络中最底中最底层的部分，当不需要的部分，当不需要CAN的的强大特性大特性时，LIN提供了一种相提供了一种相对高性价比的高性价比的连接接传感感器和器和执行器的通信方式。行器的通信方式。LIN总线总线工作原理工作原理 LIN总线是是单主控器、多从主控器、多从设备的工作模式，即在一个的工作模式，即在一个LIN总线上最多只有一个主控上最多只有一个主控设备，而其余的都是从，而其余的都是从设备，因此不需要仲裁机，因此不需要仲裁机制制 LIN总线总线工作原理工作原理 一个一个LIN帧由一个由一个break字符（字符（10 或或13 位）、
47、一个同位）、一个同步域、一个步域、一个ID域、域、n 个数据域（个数据域（n 可以可以为0）和一个校）和一个校验和域和域组成，需要成，需要时还可以有可以有2个循个循环冗余校冗余校验字字节。数据。数据域可能由主域可能由主设备发送，也可能由从送，也可能由从设备发送，因此数据和送，因此数据和校校验和字和字节是由是由LIN主主设备或或LIN从从设备提供的，但提供的，但帧头（数据域以前的内容）（数据域以前的内容）总是由主是由主设备发送的送的 LIN总线总线工作原理工作原理 LIN总线上的数据上的数据传输可以分可以分为3种种类型：型：主响应：即主设备除了发送帧头外，还发送数据字节，由从设备接收从响应：主设
48、备只发送帧头，从设备发送响应数据，由主设备接收从发从收：由一个从设备发送数据，另一个从设备接收数据 小结小结并行并行总线可以通过增加信号线数量和提高时钟频率来成倍地提高数据带宽通信协议简单，软件设计和实现容易调试和测试比较容易信号线越多，相互干扰越强，通信距离越短信号线越多，硬件设计占用面积越大，不利于缩小设备体积 小结小结常见并行总线对比常见并行总线对比 小结小结串行串行总线信号线一般只有1根，硬件设计和实现简单，可以大大减少PCB面积通过编码或者差分线方式减少干扰，可以将速率提高到几个Gbps，甚至几十个Gbps通信距离可以达到几百米甚至几千公里通信协议复杂软件实现比较困难调试和测试困难，有些需要专门的分析仪器 小结小结常常见串行串行总线对比比