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1、会计学1嵌入式系统基础教程常用嵌入式存储器和嵌入式系统基础教程常用嵌入式存储器和嵌入式总线技术嵌入式总线技术2008年07页13日2第第8章章 嵌入式存储器嵌入式存储器和接口技术和接口技术n n本章主要介绍以下内容：本章主要介绍以下内容：n n嵌入式系统常用存储器嵌入式系统常用存储器n n嵌入式系统常用总线嵌入式系统常用总线n n嵌入式系统常用接口嵌入式系统常用接口n n嵌入式系统常用外部设备嵌入式系统常用外部设备第1页/共86页2008年07页13日38.1 嵌入式系统常用存嵌入式系统常用存储器储器n n嵌入式系统常用的存储器主要有这几类：嵌入式系统常用的存储器主要有这几类：n nROMRO
2、Mn n小规模容量、小规模容量、BootloaderBootloader载体载体n n容量容量16KB16KB到到32KB32KBn nSRAMSRAMn nEmbedded SRAMEmbedded SRAM，简称为嵌入式，简称为嵌入式SRAMSRAMn n容量达几百容量达几百K K字节、用作片上字节、用作片上CacheCache、片上、片上SRAMSRAMn nSDRAMSDRAMn nSynchronous Dynamic Random Access MemorySynchronous Dynamic Random Access Memoryn n高密度同步动态随机访问存储器高密度同步动
3、态随机访问存储器n n容量在容量在8MB8MB至至512MB512MB范围内范围内n nFlashFlash存储器存储器n n大容量中低密度、最大容量达到大容量中低密度、最大容量达到32GB32GB第2页/共86页2008年07页13日4闪速存储器闪速存储器n n闪速存储器是一种半导体集成电路存储器闪速存储器是一种半导体集成电路存储器n n在在EEPROMEEPROM的基础上进化而来的基础上进化而来n n英文原文是英文原文是Flash MemoryFlash Memory，简称闪存，简称闪存n n主要物理特点是非易失主要物理特点是非易失n nNon-VolatileNon-Volatile，也
4、叫做不挥发，也叫做不挥发第3页/共86页2008年07页13日5与传统半导体存储器与传统半导体存储器的比较的比较类型基本技术特点FLASH非易失、低成本、高密度、高速度、低功耗、高可靠性。ROM 成熟技术、高密度、可靠、低成本、不挥发、掩模耗时长、适合稳定编码的大规模生产。SRAM 最快访问速度、高功耗、低密度、高成本。EPROM 高密度、不挥发、擦除时必须用紫外线光照射。EEPROM电可擦除、可进行单字节的读/擦除/写、低可靠性、不挥发、高成本、低密度。数据保持时间最少10年。DRAM 高密度、低成本、高速度、高功耗。第4页/共86页2008年07页13日6两种类型的两种类型的Flashn
5、nNor FlashNor Flash，称为或非型闪存，或者，称为或非型闪存，或者NORNOR闪存闪存n nNand FlashNand Flash，称为与非型闪存，或者，称为与非型闪存，或者NANDNAND闪存闪存n nNor FlashNor Flash是在是在EEPROMEEPROM基础上发明的。基础上发明的。n nIntelIntel公司于公司于19831983年首次提出，在年首次提出，在19881988年商品化。年商品化。n nNand FlashNand Flash是是19891989年东芝公司和三星公司发明的。年东芝公司和三星公司发明的。n n十几年以来，世界主要闪存生产商分成十
6、几年以来，世界主要闪存生产商分成NorNor和和NandNand两大技术阵营，积极开展研发和生产。两大技术阵营，积极开展研发和生产。n nNorNor阵营主要有阵营主要有IntelIntel和和AMDAMD公司公司n nNandNand阵营主要有阵营主要有ToshibaToshiba和和SamsungSamsung公司公司第5页/共86页2008年07页13日7闪存位元工作原理闪存位元工作原理n nIntelIntel公司提出的单管叠栅位元结构是基于公司提出的单管叠栅位元结构是基于EPROMEPROM隧道氧化层隧道氧化层隧道氧化层隧道氧化层（ETOXETOX，EPROM Tunnel EPRO
7、M Tunnel OxideOxide）的位元结构，该位元结构最为简单实用。）的位元结构，该位元结构最为简单实用。n n下面以下面以ETOXETOX结构为例介绍结构为例介绍FlashFlash存储器记忆位元存储器记忆位元的结构原理。的结构原理。第6页/共86页2008年07页13日8ETOX位元结构位元结构n nETOXETOX单元结构是由两个相互重叠的多晶硅栅组单元结构是由两个相互重叠的多晶硅栅组成，成，浮栅浮栅浮栅浮栅（FGFG，Floating GateFloating Gate）用来存储电荷，）用来存储电荷，以电荷记录所存储的数据；以电荷记录所存储的数据；控制栅控制栅控制栅控制栅（CG
8、CG，Control GateControl Gate）作为字选择栅极起控制与选择的作）作为字选择栅极起控制与选择的作用。用。n n通过控制栅字线的电平状态能够检测所存储的是通过控制栅字线的电平状态能够检测所存储的是“0”0”还是还是“1”1”。第7页/共86页2008年07页13日9Flash存储位元结构图存储位元结构图第8页/共86页2008年07页13日10Flash位元编程操作位元编程操作1FG上有电子，成为“0”位元第9页/共86页2008年07页13日11Flash位元编程操作位元编程操作2FG上无电子，成为“1”位元，此时电子汇集在源极第10页/共86页2008年07页13日12
9、Nor Flash记忆单元块的结构记忆单元块的结构n nNor FlashNor Flash存储器的一个存储单元（记忆单元）使存储器的一个存储单元（记忆单元）使用一个晶体管。每个晶体管有一个字线和一个位用一个晶体管。每个晶体管有一个字线和一个位线与之相连。在这种存储阵列布局下，对某一根线与之相连。在这种存储阵列布局下，对某一根位线而言，有一组字线（例如位线而言，有一组字线（例如8 8根）与之相交，根）与之相交，在交叉点上有一个晶体管与两线相连。在交叉点上有一个晶体管与两线相连。第11页/共86页2008年07页13日13Nor Flash记忆单元块记忆单元块读操作图解读操作图解第12页/共86
10、页2008年07页13日14Nor Flash的读操作说明的读操作说明n n读数据时，未被选中字线上的晶体管栅极为接地电读数据时，未被选中字线上的晶体管栅极为接地电平，致使晶体管截止，成为逻辑值平，致使晶体管截止，成为逻辑值“1”1”。n n选中字线上的栅极为高电平，并且这个晶体管的漏选中字线上的栅极为高电平，并且这个晶体管的漏极会和该位线连通。于是位线上的电平逻辑取决于极会和该位线连通。于是位线上的电平逻辑取决于选中晶体管的逻辑。如果为选中晶体管的逻辑。如果为“1”1”则晶体管导通，相则晶体管导通，相应应读出放大器读出放大器读出放大器读出放大器（RARA，Read AmplifierRead
11、 Amplifier）输出）输出“1”1”。如。如果为果为“0”0”，RARA输出也为输出也为“0”0”。Nor FlashNor Flash的逻辑功的逻辑功能类似于能类似于NORNOR门（或非门），由此而命名为门（或非门），由此而命名为Nor Nor FlashFlash。第13页/共86页2008年07页13日15Nand Flash记忆单元块的结构记忆单元块的结构n n核心结构是将核心结构是将8 8个晶体管的漏极和源极头尾相连接成个晶体管的漏极和源极头尾相连接成一组，最高端接位线，最低端与高电压的源极一组，最高端接位线，最低端与高电压的源极VsVs相相连接。存储阵列的行线是字线，平时保持
12、适合的电连接。存储阵列的行线是字线，平时保持适合的电平状态，使得这些晶体管通常是处于导通状态。读平状态，使得这些晶体管通常是处于导通状态。读出数据时，被选中的字线加高电平，未选中字线上出数据时，被选中的字线加高电平，未选中字线上的存储单元不论存储的值是逻辑的存储单元不论存储的值是逻辑0 0还是逻辑还是逻辑1 1都是导都是导通的。这样，被选中的存储单元如果存通的。这样，被选中的存储单元如果存“1”1”则导通，则导通，输出输出“1”1”，位线为高电平；如果存，位线为高电平；如果存“0”0”则截止，则截止，位线为低电平，输出位线为低电平，输出“0”0”。这个逻辑功能类似于。这个逻辑功能类似于NAND
13、NAND门（与非门）。门（与非门）。第14页/共86页2008年07页13日16Nand Flash记忆单元块读操作记忆单元块读操作第15页/共86页2008年07页13日17Nor Flash存储阵列分存储阵列分析析n n以以8 8行行 x 8x 8列的列的Nor FlashNor Flash存储单元阵列为例，存储单元阵列为例，说明下面三种操作的工作机理。说明下面三种操作的工作机理。n n擦除擦除n n编程（写操作）编程（写操作）n n读出读出n n参看教材参看教材243243页的页的Nor FlashNor Flash存储矩阵分存储矩阵分析析第16页/共86页2008年07页13日18No
14、r Flash存储阵列的存储阵列的擦除操作擦除操作第17页/共86页2008年07页13日19Nor Flash存储阵列的存储阵列的编程操作编程操作第18页/共86页2008年07页13日20Nor Flash存储阵列的存储阵列的读出操作读出操作第19页/共86页2008年07页13日21NAND Flash存储阵列存储阵列分析分析n n以以以以8 8行行行行 X X X X 8 8列的列的列的列的Nand FlashNand Flash存储单元阵列为存储单元阵列为存储单元阵列为存储单元阵列为例，说明下面三种操作的工作机理。例，说明下面三种操作的工作机理。例，说明下面三种操作的工作机理。例，说
15、明下面三种操作的工作机理。n n擦除擦除擦除擦除n n编程（写操作）编程（写操作）编程（写操作）编程（写操作）n n读出读出读出读出n n参看教材参看教材参看教材参看教材244244页的页的页的页的Nand FlashNand Flash存储矩阵存储矩阵存储矩阵存储矩阵分析分析分析分析第20页/共86页2008年07页13日22Nand Flash存储阵列存储阵列的擦除操作的擦除操作第21页/共86页2008年07页13日23Nand Flash存储阵列存储阵列的编程操作的编程操作第22页/共86页2008年07页13日24Nand Flash存储阵列存储阵列的读出操作的读出操作第23页/共8
16、6页2008年07页13日25典型的典型的Nand Flash闪闪存芯片的存储单元立存芯片的存储单元立体阵列结构体阵列结构n n下面给出一个典型的下面给出一个典型的Nand FlashNand Flash闪存芯片的存储单元闪存芯片的存储单元立体阵列结构示意图。立体阵列结构示意图。n n每每1 1个存储页呈平面形状，含个存储页呈平面形状，含512512个字节存储空间。个字节存储空间。此外在一个页面上还有此外在一个页面上还有1616个字节的备用字节区，用个字节的备用字节区，用阴影线示出。备用字节区用于存放纠错码（阴影线示出。备用字节区用于存放纠错码（ECCECC：Error Correcting
17、CodeError Correcting Code）校验和其他信息，有时也被）校验和其他信息，有时也被称为称为Out Of BankOut Of Bank区域，即区域，即OOBOOB区。区。n n每每3232个页构成一个数据块，数据块的容量是个页构成一个数据块，数据块的容量是16KB16KB。该闪存器件一共集成有该闪存器件一共集成有20482048个块，所以总容量达到个块，所以总容量达到32MB32MB，或者，或者256Mb256Mb。第24页/共86页2008年07页13日26Nand Flash记忆单元记忆单元立体阵列立体阵列第25页/共86页2008年07页13日27典型典型Nand F
18、lash读操作读操作时序状态时序状态n n读操作是通过读操作是通过4 4个地址周期将个地址周期将命令字命令字00H00H、列地址、列地址、行地址行地址1 1和行地址和行地址2 2写入到指令寄存器开始的写入到指令寄存器开始的 第26页/共86页2008年07页13日28Nor Flash和和Nand Flash的共同特点的共同特点n n向芯片中写数据必须先将芯片中对应的内容清空，向芯片中写数据必须先将芯片中对应的内容清空，然后再写入。然后再写入。n n闪存擦写的次数都是有限的，当闪存的使用寿命快闪存擦写的次数都是有限的，当闪存的使用寿命快到时，经常会出现写操作失败。到时，经常会出现写操作失败。n
19、 n为了延长使用寿命，不要对某个特定区域反复地进为了延长使用寿命，不要对某个特定区域反复地进行写操作。行写操作。n n闪存的读写操作不仅是一个物理操作，还需要算法闪存的读写操作不仅是一个物理操作，还需要算法支持。一般在驱动程序的支持。一般在驱动程序的内存技术设备内存技术设备内存技术设备内存技术设备（MTDMTD，Memory Technology DriversMemory Technology Drivers）模块中或者在）模块中或者在闪存转换闪存转换闪存转换闪存转换层层层层（FTLFTL，Flash Translation LayerFlash Translation Layer）内实现，
20、具体算）内实现，具体算法同芯片生产商以及芯片信号有关。法同芯片生产商以及芯片信号有关。第27页/共86页2008年07页13日29闪存驱动闪存驱动n nNor FlashNor Flash存储器可以进行字节读写，所以在存储器可以进行字节读写，所以在Nor Nor FlashFlash存储器上运行代码基本上不需要软件支持。存储器上运行代码基本上不需要软件支持。n nNand FlashNand Flash存储器由于其物理特性独特，数据读写比存储器由于其物理特性独特，数据读写比较复杂，对其存储的数据管理方法与其他存储设备较复杂，对其存储的数据管理方法与其他存储设备的管理方法不同，需要软件支持。的管
21、理方法不同，需要软件支持。n nNand FlashNand Flash的存储单位有字节、页和块。一页大小为的存储单位有字节、页和块。一页大小为512512字节，依次分成两个字节，依次分成两个256256字节主数据区（字节主数据区（512512字节，字节，正好等于磁盘一个扇区大小），最后是正好等于磁盘一个扇区大小），最后是1616字节空闲字节空闲区（区（Spare DataSpare Data）。若干页组成一块，通常为）。若干页组成一块，通常为3232页。页。一个存储设备又由若干块组成。一个存储设备又由若干块组成。第28页/共86页2008年07页13日30NOR闪存闪存HY29LV160与与
22、S3C44B0X处理器的接线处理器的接线n nCPUCPU对对Nor FlashNor Flash的接口不需要其他任何软件上的设置。的接口不需要其他任何软件上的设置。这样，系统加电复位时，从这样，系统加电复位时，从Nor FlashNor Flash的的0 x00 x0地址开始执行地址开始执行第第1 1条指令，也就开始执行了条指令，也就开始执行了Nor FlashNor Flash里的启动代码。里的启动代码。第29页/共86页2008年07页13日31NAND闪存闪存K9F2808U0A功能方框图功能方框图 第30页/共86页2008年07页13日32NAND闪存闪存K9F2808U0A的的地
23、址信号线分析地址信号线分析n nK9F2808U0AK9F2808U0A总容量是总容量是16MB=224Bytes16MB=224Bytes，地址信号，地址信号一共有一共有2424根。根。n n其中其中A0-A7A0-A7为列地址，为列地址，A9-A16A9-A16为前一半寄存器行地址，为前一半寄存器行地址，A17-A23A17-A23和外加的低电平和外加的低电平“L”L”为后一半寄存器行地为后一半寄存器行地址。址。A8A8由由00h00h或或01h01h命令设置为命令设置为LowLow或者或者HighHigh。00H00H命令定义了起始地址在寄存器的前一半，命令定义了起始地址在寄存器的前一半
24、，01H01H命命令定义了起始地址在寄存器的后一半。令定义了起始地址在寄存器的后一半。第31页/共86页2008年07页13日33NAND闪存闪存K9F2808U0A与与S3C44B0X处理器的连接方法处理器的连接方法n nNANDNAND型闪存型闪存K9F2808U0AK9F2808U0A与与不带与与不带NANDNAND控制器的控制器的S3C44B0XS3C44B0X的连接方法如下图（教材图的连接方法如下图（教材图8-128-12）所示。）所示。第32页/共86页2008年07页13日34n nSDRAM（Synchronous DRAM）是同步动态存储器。从技术角度上讲，同步动态存储器是在
25、现有的标准DRAM中加入同步控制逻辑（一个状态机），利用一个单一的系统时钟同步所有的地址数据和控制信号，做到SDRAM的时钟频率与CPU前端总线时钟频率相同，实现存储器读写速度与CPU的处理速度保持一致。n n嵌入式系统通常直接使用一颗SDRAM芯片作为主存储器。第33页/共86页2008年07页13日35S3C44B0X的的SDRAM配置计算表配置计算表n n总容量总容量/芯片粒数芯片粒数/单元数单元数/芯片位宽芯片位宽/Bank/Bank数之间的计算关系数之间的计算关系第34页/共86页2008年07页13日36SDRAM芯片实例芯片实例n nIS42S16400同步动态RAM芯片是美国I
26、SSI公司的产品。总容量为64Mbit，存储组织为1M x 16bits x 4Bank。时钟频率为133MHz或者100MHz。全部信号同步于时钟的上升沿。n n单一3.3V电源供电。下面给出了该SDRAM芯片的内部结构图。第35页/共86页2008年07页13日37SDRAM芯片芯片IS42S16400同步内存芯同步内存芯片结构图片结构图第36页/共86页2008年07页13日3832MB同步动态存储器与同步动态存储器与S3C44B0X处理器的接线处理器的接线n nHY57V561620(L)T 芯片与S3C44B0X的接线图第37页/共86页2008年07页13日398.2 嵌入式系统常
27、用总嵌入式系统常用总线线n n从电信号角度看，嵌入式产品里面内连在PCB上的设备以及外接的设备大都采用总线方式连接。这些总线的控制器以两种方式存在。一种是集成在处理器内部，另外一种是以专用芯片形式出现。n n下面我们介绍常用的嵌入式系统总线技术标准。包括：I2C总线、SPI总线、CAN总线、现场总线概论、基金会现场总线（FF）、现场总线104总线。第38页/共86页2008年07页13日402C总线（总线（IIC总线）总线）n nI I2 2C C总线（总线（InterInterIntegrated CircuitIntegrated Circuit，IICIIC也是也是常用写法）是常用写法）
28、是19801980年代初由年代初由PHILIPSPHILIPS公司发公司发明的一种双向二进制同步串行总线，它是明的一种双向二进制同步串行总线，它是目前目前SOCSOC控制外围设备的常用总线。控制外围设备的常用总线。n nI I2 2C C是一个廉价优质的总线适用于消费电子、是一个廉价优质的总线适用于消费电子、通讯电子、工业电子等领域的低速器件。通讯电子、工业电子等领域的低速器件。第39页/共86页2008年07页13日41I2C总线的技术特征总线的技术特征n nI2C总线是一个简单的双向两总线n n物理上一共有两条信号线和一条地线。两条信号线分别为串行数据线(SDA，Serial Data)和
29、串行时钟线(SCL，Serial Clock)。n n使用集电极开路门以“线与”（Wired-AND）方式与IIC连接，而不是通常的三态门。n nIIC总线不设置仲裁器和时钟发生器，而是通过定义一个仲裁过程来实现总线仲裁，并由仲裁胜利方提供总线时钟。第40页/共86页2008年07页13日42I2C总线的技术特征总线的技术特征（续）（续）n nI I2 2C C总线中的每一个设备都有唯一的总线中的每一个设备都有唯一的7 7位地址，也位地址，也就是说一个就是说一个I I2 2C C总线系统中理论上可挂接总线系统中理论上可挂接128128个不个不同地址的设备。采用同地址的设备。采用I I2 2C
30、C总线连接的设备处于主总线连接的设备处于主从模式，主设备既可接受数据，也可发送数据。从模式，主设备既可接受数据，也可发送数据。n nI I2 2C C总线是一个真正多主总线，可以有许多主机总线是一个真正多主总线，可以有许多主机共设备于一条总线上。共设备于一条总线上。I I2 2C C总线含冲突检测和竞总线含冲突检测和竞争功能，从而确保当多个主设备同时发送数据时争功能，从而确保当多个主设备同时发送数据时不会造成数据冲突。不会造成数据冲突。n nI I2 2C C总线是一个串行的总线是一个串行的8 8位双向数据传送总线。在位双向数据传送总线。在标准模式下，数据传输速率为标准模式下，数据传输速率为1
31、00Kbps100Kbps；在快模；在快模式下，数据传输速率为式下，数据传输速率为400Kbps400Kbps；在高速模式下，；在高速模式下，数据传输速率为数据传输速率为3.4Mbps3.4Mbps。第41页/共86页2008年07页13日43IIC总线结构示意图总线结构示意图第42页/共86页2008年07页13日44I2C总线的传输规范总线的传输规范n n由于由于I I2 2C C总线的连线少，结构简单，可不用专门的母总线的连线少，结构简单，可不用专门的母板和插座直接用导线互连各个设备，因而可大大简板和插座直接用导线互连各个设备，因而可大大简化系统的硬件设计。每一个设备都可以作为主设备化系
32、统的硬件设计。每一个设备都可以作为主设备或者是从设备，例如存储器之类的设备就可以既是或者是从设备，例如存储器之类的设备就可以既是主设备又是从设备。主设备又是从设备。n nI I2 2C C总线的数据传输包括位传输和字节传输两方面。总线的数据传输包括位传输和字节传输两方面。当位传输时，必须有一个时钟脉冲产生。此外，由当位传输时，必须有一个时钟脉冲产生。此外，由于于I I2 2C C总线中接口连接器件的制作工艺不同（如总线中接口连接器件的制作工艺不同（如CMOSCMOS，NMOSNMOS等），位的逻辑等），位的逻辑0 0和和1 1的电平并不是固的电平并不是固定的，它根据连接的电源定的，它根据连接的
33、电源VDDVDD来确定。来确定。第43页/共86页2008年07页13日45I2C总线的传输规范总线的传输规范（续（续1）n n仅当仅当SCLSCL信号线为稳定高电平时，信号线为稳定高电平时，SDASDA信号线上的信号线上的数据有效；当数据有效；当SCLSCL信号线为低电平时，允许信号线为低电平时，允许SDASDA信信号线上的数据改变。每一位数据传输需要一个时号线上的数据改变。每一位数据传输需要一个时钟脉冲。如下图所示：钟脉冲。如下图所示：I2C总线数据稳定与变化的时序图 第44页/共86页2008年07页13日46I2C总线的传输规范总线的传输规范（续（续2）n n在位传输时，有两个重要的传
34、输位：在位传输时，有两个重要的传输位：STARTSTART（开始位）（开始位）和和STOPSTOP（结束位）。（结束位）。STARTSTART位出现在位出现在SDASDA信号线电平由信号线电平由高向低转换并且高向低转换并且SCLSCL信号线电平为高的场合。信号线电平为高的场合。STOPSTOP位出位出现在当现在当SDASDA信号线电平由低向高转换并且信号线电平由低向高转换并且SCLSCL信号线维持信号线维持高电平场合。在位传输时，高电平场合。在位传输时，STARTSTART与与STOPSTOP的位置如图所的位置如图所示示 ：时序图中开始位置与停止位置图时序图中开始位置与停止位置图 第45页/共
35、86页2008年07页13日47I2C总线的传输规范总线的传输规范（续（续3）n n在字节传输时，传送到在字节传输时，传送到SDASDA线上的每一个字节必须为线上的每一个字节必须为8 8位；位；每次传送的字节数不限；每一个字节后面必须跟一个响应每次传送的字节数不限；每一个字节后面必须跟一个响应位。数据传输时，首先传输最高有效位（位。数据传输时，首先传输最高有效位（MSBMSB，Most Most Significant BitSignificant Bit）。如果在传输的过程中，从设备不能一次接）。如果在传输的过程中，从设备不能一次接收完一个字节，此时它就使时钟置为低电平，迫使主设备收完一个字
36、节，此时它就使时钟置为低电平，迫使主设备等待；当从设备能接收下一个数据字节后，将释放等待；当从设备能接收下一个数据字节后，将释放SCLSCL线，线，继续后面的数据传输。如下图所示为数据传输时序图继续后面的数据传输。如下图所示为数据传输时序图 ：I2C总线中数据传输时序图 第46页/共86页2008年07页13日48S3C44B0X的的I2C总线读总线读写操作写操作（1 1）读写操作）读写操作）读写操作）读写操作n n在发送模式下（即写操作），数据被发送之后，在发送模式下（即写操作），数据被发送之后，I I2 2C C总线接口会等待直到总线接口会等待直到IICDSIICDS（I2CI2C数据移位
37、寄数据移位寄存器）被程序写入新的数据。在新的数据被写入存器）被程序写入新的数据。在新的数据被写入之前，之前，SCLSCL线都被拉低。新的数据写入之后，线都被拉低。新的数据写入之后，SCLSCL线被释放。线被释放。S3C44B0XS3C44B0X利用中断来判别当前数利用中断来判别当前数据字节是否已经完全送出。据字节是否已经完全送出。CPUCPU接收到中断请求接收到中断请求后，在中断处理程序中将下一个新的数据写入后，在中断处理程序中将下一个新的数据写入IICDSIICDS中，如此循环。中，如此循环。第47页/共86页2008年07页13日49n n在接收模式下（即读操作），数据被接收到后，在接收模
38、式下（即读操作），数据被接收到后，I I2 2C C总线接口将等待直到总线接口将等待直到IICDSIICDS寄存器被程序读出。寄存器被程序读出。在数据被读出之前，在数据被读出之前，SCLSCL线保持低电平。新的数线保持低电平。新的数据被读取之后，据被读取之后，SCLSCL线才被释放。线才被释放。n nS3C44B0XS3C44B0X也利用中断来判别是否接收到了新的也利用中断来判别是否接收到了新的数据。数据。CPUCPU收到中断请求之后，处理程序将从收到中断请求之后，处理程序将从IICDSIICDS中读取数据。中读取数据。S3C44B0X的的I2C总线读写总线读写操作（续操作（续1）第48页/共
39、86页2008年07页13日50S3C44B0X的的I2C总线读写总线读写操作（续操作（续2）（2 2）配置）配置I I2 2C C总线总线n n要控制串行时钟要控制串行时钟SCLSCL的频率，可以通过的频率，可以通过IICCONIICCON寄存器中的寄存器中的4 4位预分频值来设置。另外，位预分频值来设置。另外，I I2 2C C总线总线接口地址通过接口地址通过I I2 2C C总线地址寄存器总线地址寄存器IICADDIICADD来配置来配置（默认状态下，（默认状态下，I I2 2C C总线接口地址是一个未知值）总线接口地址是一个未知值）。第49页/共86页2008年07页13日51S3C4
40、4B0X的的I2C总线控总线控制器制器n nS3C44B0XS3C44B0X支持多主模式的支持多主模式的IICIIC总线串行接口。总线串行接口。S3C44B0XS3C44B0X处理器提供专用串行数据线（处理器提供专用串行数据线（SDASDA）和）和串行时钟线（串行时钟线（SCLSCL）与）与IICIIC总线上的其他外设传输总线上的其他外设传输信息，提供信息，提供4 4种传输模式：主发送，主接收，从种传输模式：主发送，主接收，从发送，从接收。发送，从接收。n nI I2 2C C总线接口专用寄存器有总线接口专用寄存器有4 4个，包括：多主个，包括：多主I I2 2C C总总线控制寄存器线控制寄存
41、器IICCONIICCON、状态寄存器、状态寄存器IICSTATDIICSTATD、I I2 2C C总线地址寄存器总线地址寄存器IICADDIICADD、I I2 2C C总线发送接总线发送接收数据移位寄存器收数据移位寄存器IICDSIICDS。它们都是可读可写寄。它们都是可读可写寄存器。存器。第50页/共86页2008年07页13日52总线总线n n串行外围设备接口（SPI：Serial Peripheral Interface）是Motorola公司推出的一种同步串行接口技术。由于它起到了串行总线的作用，有不少业内人士将SPI称为同步串行总线接口。n nSPI主要用于主从分布式的通信网络
42、。由4根接口线即可完成主从设备之间的数据通信。这4根接口线分别是：时钟线（SCLK）、数据输入线（SDI）、数据输出线（SDO）、片选线（CS）。第51页/共86页2008年07页13日53SPI串行总线的典型结串行总线的典型结构构 n nSPISPI标准中没有定义最大数据速率。取决于外部设备标准中没有定义最大数据速率。取决于外部设备自己定义的最大数据速率，通常为自己定义的最大数据速率，通常为5Mbps5Mbps量级以上。量级以上。微处理器可以适应很宽范围的微处理器可以适应很宽范围的SPISPI数据速率。数据速率。n n下面给出了下面给出了SPISPI总线的结构示意图总线的结构示意图 第52页
43、/共86页2008年07页13日54总线总线n nCAN全称为“Controller Area Network”，即控制器局域网，是一种串行数据通信总线，也是应用最广泛的现场总线。n nCAN最初由德国Robert Basch及几个半导体集成电路制造商开发出来的，目的是为了节省接线的工作量，目前CAN芯片由Motorola，Intel等公司生产。巳由ISO/TC22技术委员会批准为国际标准IS011898（高速场合）和ISO11519（低速场合），是最早被批准为国际标准的现场总线。第53页/共86页2008年07页13日55什么是现场总线？什么是现场总线？n n现场总线（现场总线（Fieldb
44、usFieldbus）是）是19801980年代后期开始出现的工年代后期开始出现的工控领域通信网络，是安装在生产过程区域的智能现控领域通信网络，是安装在生产过程区域的智能现场设备（仪表）与总控制站内的自控装置之间的一场设备（仪表）与总控制站内的自控装置之间的一种串行、数字式、多点、双向传输、多分支结构的种串行、数字式、多点、双向传输、多分支结构的通信网络，被称为自动化领域的计算机局域网。现通信网络，被称为自动化领域的计算机局域网。现阶段流行使用的现场总线有：阶段流行使用的现场总线有：FF H1FF H1、PROFIBUSPROFIBUS、CANCAN、WORLDFIPWORLDFIP、P-NE
45、TP-NET和和LONWORKSLONWORKS等。等。n n现场总线的特点是：数字化、分布式、开放性、双现场总线的特点是：数字化、分布式、开放性、双向串行传输互操作性、节省布线空间等。向串行传输互操作性、节省布线空间等。19991999年底年底现场总线协议已被国际电工委员会（现场总线协议已被国际电工委员会（IECIEC，International Electro-technical CommissionInternational Electro-technical Commission）批准正式）批准正式成为国际标准，从而使现场总线成为一种开放的技成为国际标准，从而使现场总线成为一种开放的技
46、术。术。第54页/共86页2008年07页13日56现场总线标准化机构现场总线标准化机构n n目前，现场总线的标准化机构是现场总线基金会（FF，Fieldbus Fundation）。该机构是一个国际性的非赢利性组织，于1994年6月成立，其总部位于美国的德州奥斯汀市。FF的目标是建立单一的、开放的、可互操作的现场总线国际标准。这个组织给予国际电工委员会（IEC）现场总线标准起草工作组以强大的支持，起着举足轻重的作用。这个组织目前有l00多成员单位，包括了全世界主要的过程控制产品及系统的生产公司。第55页/共86页2008年07页13日57n n一个典型的开放式现场总线协议，是仪表及过程控一个
47、典型的开放式现场总线协议，是仪表及过程控制领域向数字化通讯领域的技术转变产物。制领域向数字化通讯领域的技术转变产物。FFFF自自19841984年成立以来，经过十年的发展，已经形成了一年成立以来，经过十年的发展，已经形成了一个开放的、全数字化的工业通信系统，并在上世纪个开放的、全数字化的工业通信系统，并在上世纪末开始进入中国市场，推动了中国的工业自动化技末开始进入中国市场，推动了中国的工业自动化技术进步。在大型全区域系统集成方面术进步。在大型全区域系统集成方面FFFF有广泛的应有广泛的应用。用。n n现场总线基金会分别于现场总线基金会分别于19961996年和年和20002000年颁布了两种年
48、颁布了两种FFFF标准。低速总线标准。低速总线H1H1（31.25Kbps31.25Kbps）和高速以太网）和高速以太网HSEHSE（High Speed EthernetHigh Speed Ethernet，100Mbps100Mbps）。）。H1H1的分层的分层模型自顶向下分为用户应用层、现场总线报文规范模型自顶向下分为用户应用层、现场总线报文规范层、现场总线访问子层、数据链路层和物理层，采层、现场总线访问子层、数据链路层和物理层，采用双绞线连接各个结点。用双绞线连接各个结点。基金会现场总线（基金会现场总线（FF）第56页/共86页2008年07页13日58现场总线现场总线PROFIBU
49、Sn n一个典型的重要的现场总线。1987年由西门子公司等13家企业和5家研究机构联合开发。1996年批准为欧洲标准EN 50170 V.2 PROFIBUS-FMS/-DP。n nPROFIBUS有两个主要的通信协议，FMS和DP。前者用于车间级通信，在车间级主要是可编程的控制器（如PLC和PC）彼此之间的通信。后者用于总线主站与其所属从站设备之间进行简单、快速、循环和时间确定性的过程性数据交换。第57页/共86页2008年07页13日59主要技术特点主要技术特点 n nCAN是一种多主串行通信总线系统。通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光纤。通信速率可达到1Mbps/40m，直接传输距离最远
50、可达10Km/5Kbps。最多可挂接110个设备。报文标识符可达2032种(CAN2.0)。n nCAN的媒体访问采用多主随机发送协议。由于使用了NRZ（非归零码）作为传输码元（发送隐式码元时，总线与发送器间为高阻），实现了无冲突的媒体访问协议CSMA/CA（载波侦听多路存取/冲突避免）。第58页/共86页2008年07页13日60CAN主要技术特点主要技术特点（续）（续）n nCANCAN总线优点包括：速度快，网络带宽利用率高，总线优点包括：速度快，网络带宽利用率高，纠错能力强，帧未结束时就可以得到确认。纠错能力强，帧未结束时就可以得到确认。CANCAN总总线也有缺点。线也有缺点。1 1）C