《基于ARM的嵌入式系统硬件结构设计分析.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于ARM的嵌入式系统硬件结构设计分析.ppt（117页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、1ARMARM原理及应用原理及应用第七讲第七讲 基于基于ARMARM的硬件系统结构设计的硬件系统结构设计2本节提要本节提要2 21 14 43 35 5存储器接口设计存储器接口设计网络接口设计网络接口设计I/OI/O接口设计接口设计人机交互接口设计人机交互接口设计其它通讯接口设计其它通讯接口设计32410的存储器系统的存储器系统 可通过软件选择大小端可通过软件选择大小端 地址空间地址空间:每个每个Bank 128Mbytes(总共总共 1GB)除除 bank0(16/32-bit)外，所有的外，所有的Bank都可以通过编程选择总线宽都可以通过编程选择总线宽度度=(8/16/32-bit)共共
2、8 个个banksl6个个Bank用于控制用于控制 ROM,SRAM,etc.l剩余的两个剩余的两个Bank用于控制用于控制 ROM,SRAM,SDRAM,etc.7个个Bank固定起始地址；固定起始地址；最后一个最后一个Bank可调整起始地址；可调整起始地址；最后两个最后两个Bank大小可编程大小可编程所有所有Bank存储周期可编程控制；存储周期可编程控制；4S3C2410的存储器配置的存储器配置5Bank6/Bank7地址分布地址分布6Bank0总线宽度配置总线宽度配置7与与2片片8位的位的ROM连接方法连接方法8与与1片片16位的位的ROM连接连接9S3C2410与与2片片8位位FLAS
3、H的连接方法的连接方法10与与1片片16M的的SDRAM的连接方法的连接方法11与与2片片16M的的SDRAM的连接方法的连接方法12高速缓存（高速缓存（CACHE）1 1、为什么采用高速缓存、为什么采用高速缓存 微处理器的时钟频率比内存速度提高快得多，高速缓存可以微处理器的时钟频率比内存速度提高快得多，高速缓存可以提高内存的平均性能。提高内存的平均性能。2 2、高速缓存的工作原理、高速缓存的工作原理 高速缓存是一种小型、快速的存储器，它保存部分主存内容高速缓存是一种小型、快速的存储器，它保存部分主存内容的拷贝。的拷贝。CPU高速缓存控制器CACHE主存数据数据地址13总线和总线桥总线和总线桥
4、CPU低速设备桥数据高速总线存储器高速设备高速设备低速总线14存储器系统的层次结构存储器系统的层次结构寄存器寄存器高速缓存高速缓存SRAM主存储器主存储器DRAM本地存储器本地存储器 Flash、ROM、磁盘、磁盘网络存储器网络存储器 Flash、ROM、磁盘、磁盘时时钟钟周周期期0110501002000000015存储器系统存储器系统RAMRAM：随机存取存储器，：随机存取存储器，SRAM SRAM：静态随机存储器，：静态随机存储器，DRAM DRAM：动态随机存储器：动态随机存储器 1 1）SRAMSRAM比比DRAMDRAM快快 2 2）SRAMSRAM比比DRAMDRAM耗电多耗电多
5、 3 3）DRAMDRAM存储密度比存储密度比SRAMSRAM高得多高得多 4 4）DRMDRM需要周期性刷新需要周期性刷新ROMROM：只读存储器：只读存储器FLASHFLASH：闪存：闪存16NOR技术技术lNORNOR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Flash MemoryFlash Memory，目前仍是，目前仍是多数供应商支持的技术架构，它源于传统的多数供应商支持的技术架构，它源于传统的EPROMEPROM器件。器件。l与其它与其它Flash MemoryFlash Memory技术相比，具有可靠性高、随机读取技术相比，具有可靠性高、随机读取速度快的优势，但擦除和
6、写的速度较速度快的优势，但擦除和写的速度较NANDNAND慢。慢。l在擦除和编程操作较少而直接执行代码的场合，尤其是代在擦除和编程操作较少而直接执行代码的场合，尤其是代码（指令）存储的应用中广泛使用。码（指令）存储的应用中广泛使用。l由于由于NORNOR技术技术Flash MemoryFlash Memory的擦除和编程速度较慢，而块尺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，在纯数据存储和文件存储的应用中，数据存储和文件存储的应用中，NORNOR技术显得力不从心。技术显得力不从心。17NAND技术技术lNAND
7、NAND技术技术 Flash Memory Flash Memory具有以下特点：具有以下特点：l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 1页为页为256256或或512512字节；以块为字节；以块为单位进行擦除操作，单位进行擦除操作，1 1块为块为4K4K、8K8K或或16K16K字节。具有快编程和快字节。具有快编程和快擦除的功能，其块擦除时间是擦除的功能，其块擦除时间是2ms2ms；而；而NORNOR技术的块擦除时间达技术的块擦除时间达到几百到几百msms。l数据、地址采用同一总线，实现串行读取。随机读取速度慢且数据、地址采用同一总线，实现串行读取。随机读取速度慢且不能
8、按字节随机编程。不能按字节随机编程。l芯片尺寸小，引脚少，是位成本芯片尺寸小，引脚少，是位成本(bit cost)(bit cost)最低的固态存储器，最低的固态存储器，突破了每兆字节突破了每兆字节0.10.1元的价格限制。元的价格限制。l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335335块（取决于存储器块（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蔽起来。块在地址映射表中屏蔽起来。l基于基于NANDNAND的存储器可以取代硬盘或其它块设备。的存储器可以取代硬盘或其它块
9、设备。18NAND和和NOR性能比较性能比较NORNOR和和NANDNAND是现在市场上两种主要的非易失闪存技术是现在市场上两种主要的非易失闪存技术lNORNOR的读速度比的读速度比NANDNAND稍快一些稍快一些lNANDNAND的写入速度比的写入速度比NORNOR快很多快很多lNANDNAND的擦除速度远比的擦除速度远比NORNOR的快的快l大多数写入操作需要先进行擦除操作大多数写入操作需要先进行擦除操作lNANDNAND的擦除单元更小，相应的擦除电路更少的擦除单元更小，相应的擦除电路更少19接口差别接口差别lNOR flashNOR flash带有带有SRAMSRAM接口，线性寻址，可以
10、很容易地存接口，线性寻址，可以很容易地存取其内部的每一个字节取其内部的每一个字节lNAND flashNAND flash使用复用接口和控制使用复用接口和控制IOIO多次寻址存取数据多次寻址存取数据lNANDNAND读和写操作采用读和写操作采用512512字节的块，这一点有点像硬盘字节的块，这一点有点像硬盘管理，此类操作易于取代硬盘等类似的块设备管理，此类操作易于取代硬盘等类似的块设备20容量和成本容量和成本lNAND flashNAND flash生产过程更为简单，成本低生产过程更为简单，成本低l常见的常见的NOR flashNOR flash为为128KB128KB16MB16MB，而，而
11、NANDNANDflashflash通常有通常有8 8128MB128MBlNORNOR主要应用在代码存储介质中，主要应用在代码存储介质中，NANDNAND适合于数据存储适合于数据存储lNANDNAND在在CompactFlashCompactFlash、Secure DigitalSecure Digital、PC CardsPC Cards和和MMCMMC存储存储卡市场上所占份额最大卡市场上所占份额最大21可靠性和耐用性可靠性和耐用性l在在NAND中每块的最大擦写次数是中每块的最大擦写次数是100万次，而万次，而NOR的的擦写次数是擦写次数是10万次万次l位交换的问题位交换的问题NAND
12、flash中更突出，需要中更突出，需要ECC纠错纠错lNAND flash中坏块随机分布，需要通过软件标定中坏块随机分布，需要通过软件标定产品量产的问题产品量产的问题22输入输出接口输入输出接口lI/OI/OlA/DA/D、D/AD/Al键盘键盘lLCDLCDl存储器接口存储器接口l设备接口设备接口23本节提要本节提要2 21 14 43 35 5存储器接口设计存储器接口设计网络接口设计网络接口设计I/O系统设计系统设计人机交互接口设计人机交互接口设计其它通讯接口设计其它通讯接口设计24I/OI/O接口设计接口设计 I/OI/O接口电路也简称接口电路。它是主机和外围设备之接口电路也简称接口电路
13、。它是主机和外围设备之间交换信息的连接部件（电路）。它在主机和外围设备间交换信息的连接部件（电路）。它在主机和外围设备之间的信息交换中起着桥梁和纽带作用。设置接口电路之间的信息交换中起着桥梁和纽带作用。设置接口电路的必要性：的必要性：a)a)解决解决CPUCPU和外围设备之间的时序配合和通信联络问题。和外围设备之间的时序配合和通信联络问题。b)b)解决解决CPUCPU和外围设备之间的数据格式转换和匹配问题。和外围设备之间的数据格式转换和匹配问题。c)c)解决解决CPUCPU的负载能力和外围设备端口选择问题。的负载能力和外围设备端口选择问题。25通用设计原则（通用设计原则（I/OI/O设备）设备
14、）lI/O接口接口l接口的概念接口的概念lCPU与外部设备的接口（与外部设备的接口（I/O适配器）适配器）l接口的功能接口的功能l控制控制 l缓冲缓冲l状态状态 l转换转换l整理整理 l程序中断程序中断 26lI/O接口接口l3种寄存器种寄存器l数据寄存器、控制寄存器和状态寄存器数据寄存器、控制寄存器和状态寄存器通用设计原则（通用设计原则（I/OI/O设备）设备）数据寄存器状态寄存器控制寄存器I/O接口芯片去I/O设备去CPU27通用设计原则（通用设计原则（I/OI/O设备）设备）lI/O设备寻址设备寻址l混合编址混合编址：存储器地址空间和：存储器地址空间和I/O接口地址空间统一编址接口地址空
15、间统一编址l优点：访问内存的指令可以用来访问优点：访问内存的指令可以用来访问I/O，出具处理能力强，出具处理能力强l缺点：缺点：I/O接口要占用存储器地址空间的一部分接口要占用存储器地址空间的一部分CPU存储器地址总线数据总线读信号写总线译码I/O接口译码28通用设计原则（通用设计原则（I/OI/O设备）设备）lI/O设备寻址设备寻址l独立编址独立编址l优点：有专门的优点：有专门的I/O指令，执行时间短指令，执行时间短CPU存储器地址总线数据总线读信号写总线I/O接口MERQ/IORQ29lI/O设备的数据输入设备的数据输入/输出输出l输入过程输入过程lCPU把一个地址值放在地址总线上，这一步
16、将选择某一输入设备把一个地址值放在地址总线上，这一步将选择某一输入设备;lCPU等候输入设备的数据成为有效；等候输入设备的数据成为有效；lCPU从数据总线读入数据，并放在一个相应的寄存器中。从数据总线读入数据，并放在一个相应的寄存器中。l输出过程输出过程lCPU把一个地址值放在地址总线上，选择输出设备；把一个地址值放在地址总线上，选择输出设备；lCPU把数据放在数据总线上；把数据放在数据总线上；l输出设备认为数据有效，从而把数据取走。输出设备认为数据有效，从而把数据取走。l究竟什么时候数据才成为有效究竟什么时候数据才成为有效?通用设计原则（通用设计原则（I/OI/O设备）设备）30通用设计原则
17、（通用设计原则（I/OI/O设备）设备）lI/O控制方式控制方式l低速设备低速设备l程序查询方式程序查询方式l程序中断方式程序中断方式l高速设备高速设备lDMAl通道方式通道方式l外围处理机（外围处理机（PPU）方式）方式31lI/O接口接口l程序查询方式程序查询方式l读操作流程读操作流程1.CPU测试测试I/O设备状态，等待空闲设备状态，等待空闲2.CPU下达读命令，测试状态寄存器下达读命令，测试状态寄存器3.把数据寄存器中的数据读入到把数据寄存器中的数据读入到CPU中中4.重复执行以上各步重复执行以上各步l写操作流程写操作流程1.CPU测试测试I/O设备状态，等待空闲设备状态，等待空闲2.
18、把数据传输到把数据传输到I/O接口芯片的数据寄接口芯片的数据寄存器中存器中3.CPU下达写命令下达写命令4.重复执行以上各步重复执行以上各步通用设计原则（通用设计原则（I/OI/O设备）设备）CPUI/O设备32通用设计原则（通用设计原则（I/OI/O设备）设备）lI/O接口接口l中断中断l一种实现一种实现CPU和和I/O设备间异步操作的机制设备间异步操作的机制33通用设计原则（通用设计原则（I/OI/O设备）设备）lI/O接口接口l中断中断l响应时间（现场保存）响应时间（现场保存）l中断优先级中断优先级l可屏蔽中断可屏蔽中断l不可屏蔽中断不可屏蔽中断l中断向量（地址）中断向量（地址）l固定固
19、定/不固定不固定34lI/O接口接口lDMAlI/O设备和存储器直接进行数据传输设备和存储器直接进行数据传输l使用场合使用场合l速度快，适用于数据连续传输的高速设备速度快，适用于数据连续传输的高速设备l基本操作过程基本操作过程l从外围设备发出从外围设备发出DMA请求；请求；lCPU响应请求，把响应请求，把CPU工作改成工作改成DMA操作方式，操作方式，DMA控制器从控制器从CPU接管总线的控制；接管总线的控制；l由由DMA控制器对内存寻址，并执行数据传送的操作；控制器对内存寻址，并执行数据传送的操作；l向向CPU报告报告DMA操作的结束。操作的结束。通用设计原则（通用设计原则（I/OI/O设备
20、）设备）35通用设计原则（通用设计原则（I/OI/O设备）设备）lI/O接口接口lDMA传输方式传输方式l停止停止CPU访问内存访问内存36通用设计原则（通用设计原则（I/OI/O设备）设备）lI/O接口接口lDMA传输方式传输方式l周期挪用周期挪用37通用设计原则（通用设计原则（I/OI/O设备）设备）lI/O接口接口lDMA传输方式传输方式lDMA与与CPU交替访问内存交替访问内存38I/OI/O地址地址按交互方向分类：按交互方向分类：输入设备输入设备：键盘、鼠标、扫描仪；：键盘、鼠标、扫描仪；输出设备输出设备：显示器、打印机；：显示器、打印机；输入输入/输出输出：磁盘、网卡。：磁盘、网卡
21、。按数据组织分类：按数据组织分类：块设备块设备：以数据块来作为信息的存储和传输单：以数据块来作为信息的存储和传输单位，每个数据块都有一个地址，如磁盘；位，每个数据块都有一个地址，如磁盘；字符设备字符设备：以字符来作为信息的存储和传输单：以字符来作为信息的存储和传输单位，如打印机。位，如打印机。I/O设备的类型设备的类型39设备控制器设备控制器机械部分机械部分电子部分电子部分一个一个I/O单元由两部分组成：单元由两部分组成：机械部分机械部分和和电子部分电子部分。机械。机械部分即为部分即为I/O设备本身；电子部分称为：设备本身；电子部分称为：设备控制器设备控制器或或适适配器配器，它的功能是完成设备
22、与主机间的连接和通讯。，它的功能是完成设备与主机间的连接和通讯。40I/OI/O地址地址每个设备控制器都有一些每个设备控制器都有一些寄存器寄存器用来与用来与CPU通信。通通信。通过往这些寄存器中过往这些寄存器中写入写入不同的值，不同的值，OS能命令该设备去能命令该设备去执行发送数据、接收数据、打开、关闭等操作；执行发送数据、接收数据、打开、关闭等操作；OS也也能通过能通过读取读取这些寄存器的值来了解设备的当前状态。这些寄存器的值来了解设备的当前状态。此外，许多设备还有一个此外，许多设备还有一个数据缓冲区数据缓冲区供供OS读写。读写。CPU外外部部设设备备控控制制逻逻辑辑电电路路控制寄存器控制寄
23、存器状态寄存器状态寄存器数据寄存器数据寄存器41现在的问题是：现在的问题是：CPU如何与设备控制器当如何与设备控制器当中的寄存器以及数据缓冲区来进行通信？中的寄存器以及数据缓冲区来进行通信？因为这不是普通的内存访问！因为这不是普通的内存访问！方法有三种：方法有三种：I/O独立编址；独立编址；内存映像编址；内存映像编址；混合编址。混合编址。42I/OI/O独立编址独立编址w基本思路：给控制器中的每一个寄存器分配一个唯基本思路：给控制器中的每一个寄存器分配一个唯一的一的I/O端口端口（I/O port）编号，称为）编号，称为I/O端口地址端口地址，然后用专门的然后用专门的I/O指令对端口进行操作；
24、指令对端口进行操作；w这些端口地址所构成的地址空间是完全独立的，与这些端口地址所构成的地址空间是完全独立的，与内存的地址空间没有关系。例如：内存的地址空间没有关系。例如：IN R0 4 表示读入表示读入I/O端口地址为端口地址为4的内容；的内容；MOV R0 4 表示读入内存地址为表示读入内存地址为4的内容；的内容；w优点：优点：I/O设备不占用内存地址空间，而且程序设计设备不占用内存地址空间，而且程序设计时，易于区分是对内存操作还是对时，易于区分是对内存操作还是对I/O端口操作。端口操作。w例子：例子：8086/8088，给，给I/O端口分配的地址空间端口分配的地址空间64K，0000HFF
25、FFH,只有只有IN和和OUT指令进行读写操作。指令进行读写操作。43内存映像编址内存映像编址w基本思路：把所有控制器当中的每一个寄存器都映基本思路：把所有控制器当中的每一个寄存器都映射为一个内存单元，专门用于射为一个内存单元，专门用于I/O操作（功能上），操作（功能上），对这些单元的读写操作即为普通的内存访问操作。对这些单元的读写操作即为普通的内存访问操作。w端口地址空间与内存的地址空间统一编址，前者是端口地址空间与内存的地址空间统一编址，前者是后者的一部分，一般位于后者的顶端部分。后者的一部分，一般位于后者的顶端部分。w优点：优点：F编程方便，无需专门的编程方便，无需专门的I/O指令指令(
26、C vs.汇编汇编)；F对普通的内存单元可进行的所有操作指令均可对普通的内存单元可进行的所有操作指令均可作用于作用于I/O端口，如端口，如TEST指令；指令；F无须专门的保护机制来防止用户进程执行无须专门的保护机制来防止用户进程执行I/O。44混合编址混合编址w基本思路：对于设备控制器中的寄存器，采用独立基本思路：对于设备控制器中的寄存器，采用独立编址的方法；而对于设备的数据缓冲区，采用内存编址的方法；而对于设备的数据缓冲区，采用内存映像编址的方法。映像编址的方法。w例如：例如：Pentium，把内存地址空间，把内存地址空间640K1M保留作保留作为设备的数据缓冲区，另外，还有一个独立的为设备
27、的数据缓冲区，另外，还有一个独立的I/O端口地址空间，从端口地址空间，从0到到64K。I/O独立编址独立编址内存映像编址内存映像编址混合编址混合编址45到目前为止，已经介绍了到目前为止，已经介绍了I/O设备的类型、设备的类型、设备的控制器、设备的控制器、I/O的端口地址。现在的的端口地址。现在的问题是：根据已有的这些知识，现在能否问题是：根据已有的这些知识，现在能否开始使用这些开始使用这些I/O设备，完成相应的输入设备，完成相应的输入输出功能呢？若能，如何来使用？输出功能呢？若能，如何来使用？答案是答案是能能！方法：方法：程序循环检测程序循环检测I/O(Programmed I/O)。46I/
28、OI/O控制控制程序循环检测方式程序循环检测方式(Programmed I/O)；中断驱动方式中断驱动方式(Interrupt-driven I/O)；直接内存访问方式直接内存访问方式(DMA,Direct Memory Access)；47程序循环检测方式程序循环检测方式w基本思路：在程序（设备驱动程序）中通过不断地基本思路：在程序（设备驱动程序）中通过不断地检测检测I/O设备的当前状态，来控制设备的当前状态，来控制I/O操作的完成。操作的完成。具体来说，在进行具体来说，在进行I/O操作之前，要循环地检测设操作之前，要循环地检测设备是否就绪；在备是否就绪；在I/O操作进行之中，要循环地检测操
29、作进行之中，要循环地检测设备是否已完成；在设备是否已完成；在I/O操作完成之后，还要把输操作完成之后，还要把输入的数据保存到内存（输入操作）。从硬件来说，入的数据保存到内存（输入操作）。从硬件来说，控制控制I/O的所有工作均由的所有工作均由CPU来完成。来完成。w也称为也称为繁忙等待方式繁忙等待方式（busy waiting）或）或轮询轮询方式方式（polling）。）。w缺点：在进行缺点：在进行I/O操作时，一直占用操作时，一直占用CPU时间。时间。48一个例子一个例子已知已知I/O地址采用地址采用内存映像编址内存映像编址的方式，现需要的方式，现需要在打印机上打印一个字符串在打印机上打印一个
30、字符串“ABCDEFGH”。基本思路：把这基本思路：把这8个字符逐个送到打印机设备的个字符逐个送到打印机设备的I/O端口地址（内存地址）。端口地址（内存地址）。printer_status_regprinter_data_register内存内存p49for(i =0;i count;i+)while(*printer_status_reg !=READY);*printer_data_register =pi;程序循环检测方式程序循环检测方式逐个打印每一个字符：先判断打印机是否逐个打印每一个字符：先判断打印机是否空闲，若不空闲则循环等待。然后把第空闲，若不空闲则循环等待。然后把第 i 个字符
31、复制给打印机的数据寄存器（内存个字符复制给打印机的数据寄存器（内存单元）。单元）。50中断驱动方式中断驱动方式循环检测的控制方法占用了太多的循环检测的控制方法占用了太多的CPU时时间，可能会造成间，可能会造成CPU时间的浪费。例如：时间的浪费。例如：假设打印机的打印速度为假设打印机的打印速度为100字符字符/秒，在秒，在循环检测方式下，当一个字符被写入到打循环检测方式下，当一个字符被写入到打印机的数据寄存器中后，印机的数据寄存器中后，CPU需要等待需要等待10毫秒才能写入下一个字符。毫秒才能写入下一个字符。一种解决的办法：一种解决的办法：中断驱动中断驱动的控制方式。的控制方式。51中断机制中断
32、机制在硬件一级，当一个在硬件一级，当一个I/O设备完成任务时，它的控制器会通过设备完成任务时，它的控制器会通过总线向中断控制器发出一个信号，如果中断控制器接受了该信总线向中断控制器发出一个信号，如果中断控制器接受了该信号，就把标明该设备的一个编号放在地址线上，并向号，就把标明该设备的一个编号放在地址线上，并向CPU发出发出一个中断信号。一个中断信号。CPU就中断当前工作，并以该编号为索引去访就中断当前工作，并以该编号为索引去访问问中断向量中断向量表，取出中断处理程序的起始地址，并在该程序运表，取出中断处理程序的起始地址，并在该程序运行后向中断控制器发出确认信号。行后向中断控制器发出确认信号。5
33、2用户进程用户进程strcpy(buffer,“ABCDEFGH”);print(buffer,strlen(buffer);系统调用函数系统调用函数printcopy_from_user(buffer,p,count);enable_interrupts();while(*printer_status_reg !=READY);*printer_data_register =p0;scheduler();中断驱动方式中断驱动方式53 中断处理程序中断处理程序if(count =0)unblock_user();else *printer_data_register =pi;count-;i+
34、;acknowledge_intereupt();return_from_interrupt();54中断驱动方式的基本思路是：用户进程通过中断驱动方式的基本思路是：用户进程通过系统调用函数来发起系统调用函数来发起I/O操作，并在发起后操作，并在发起后阻塞该进程，调度其他的进程使用阻塞该进程，调度其他的进程使用CPU。在。在I/O操作完成时，设备向操作完成时，设备向CPU发出中断，然后发出中断，然后在中断处理程序中做进一步的处理。在中断在中断处理程序中做进一步的处理。在中断驱动方式下，数据的每次读写还是通过驱动方式下，数据的每次读写还是通过CPU来完成，但是当来完成，但是当I/O设备在进行数据
35、处理时，设备在进行数据处理时，CPU不必等待，可以继续执行其他的进程。不必等待，可以继续执行其他的进程。55直接内存访问方式直接内存访问方式w要使用直接内存访问（要使用直接内存访问（Direct Memory Access，DMA）的控制方式，首先在硬件上要有一个）的控制方式，首先在硬件上要有一个DMA控制器控制器。该控制器可集成在设备控制器中，也可集。该控制器可集成在设备控制器中，也可集成在主板上。成在主板上。wDMA控制器可以直接去访问系统总线，它能代替控制器可以直接去访问系统总线，它能代替CPU去指挥去指挥I/O设备与内存之间的数据传送。设备与内存之间的数据传送。wDMA控制器包含了一些
36、寄存器，可被控制器包含了一些寄存器，可被CPU来读或来读或写。包括：一个内存地址寄存器、一个字节计数器，写。包括：一个内存地址寄存器、一个字节计数器，以及一个或多个控制寄存器（指明了以及一个或多个控制寄存器（指明了I/O设备的端设备的端口地址、数据传送方向、传送单位，以及每一次传口地址、数据传送方向、传送单位，以及每一次传送的字节数）。送的字节数）。56DMADMA工作原理工作原理（本图摘自（本图摘自Andrew S.Tanenbaum：“Modern Operating Systems”）5.59嵌入式开发板与嵌入式开发板与PCPC机的串行通讯机的串行通讯嵌入式开发板和嵌入式开发板和PC机的
37、通讯电缆可以按照如图所示的方式连接。机的通讯电缆可以按照如图所示的方式连接。6024102410的的UARTUARTl S3C2410A S3C2410A 的的UART(Universal Asynchronous Receiver UART(Universal Asynchronous Receiver and Transmitter)and Transmitter)提供了三个独立的异步串行提供了三个独立的异步串行I/OI/O口，每口，每一个都可以工作在中断模式或一个都可以工作在中断模式或DMADMA模式，即模式，即UARTUART可以产生中可以产生中断或断或DMADMA请求以在请求以在CP
38、UCPU和和UARTUART之前传送数据，使用系统时钟，之前传送数据，使用系统时钟，UARTUART最高可以支持最高可以支持230.4K bps 230.4K bps 的位传输率。的位传输率。l如果采用外部带时钟的如果采用外部带时钟的UARTUART，则，则UARTUART可以实现更度速度的可以实现更度速度的传输；传输；l每个每个UARTUART包括包括2 2个个16Byte16Byte的接收的接收/发送发送FIFOFIFO。61l应用示例应用示例ARM的I/O电压为3.3V，连接时须注意电平的匹配。ARM其它通信设备TxD0RxD0TxD0RxD0与PC机相连时，由于PC机串口是RS232电
39、平，所以连接时需要使用RS232转换器。ARMPC机串口232电平转换TxD0RxD0TxD0RxD0RxD1RTSCTSDSR1DTR1TxD1ARMModemTxDRxDDCDRI1RTSCTSDSR1DTR1DCD1RI1RS232电平转换当使用Modem接口时，需要一个RS232转换器将信号转换为RS232电平后，才能与Modem连接。62UARTUART控制框图控制框图63与与UART有关的几个寄存器有关的几个寄存器UART线控制寄存器：线控制寄存器：ULCON0,ULCON1和和ULCON2，主要用来选，主要用来选择每帧数据位数，停止位数、奇偶校验模式及是否使用红外模式。择每帧数据
40、位数，停止位数、奇偶校验模式及是否使用红外模式。UART控制寄存器：控制寄存器：UCON0,UCON1和和UCON2，主要用来选择时钟、，主要用来选择时钟、接收和发送中断类型（即电平还是脉冲触发类型）、接收超时使接收和发送中断类型（即电平还是脉冲触发类型）、接收超时使能、接收错误状态中断使能、回环模式、发送接收模式等。能、接收错误状态中断使能、回环模式、发送接收模式等。64UARTUART的操作的操作串口初始化串口初始化发送数据发送数据接收数据接收数据65本节提要本节提要2 21 14 43 35 5存储器接口设计存储器接口设计网络接口设计网络接口设计I/OI/O接口设计接口设计人机交互接口设
41、计人机交互接口设计其它通讯接口设计其它通讯接口设计66LCD接口设计接口设计LCDLCD显示模块显示模块LCD 的构造是在两片平行的玻璃当中放置液态的晶体，两片的构造是在两片平行的玻璃当中放置液态的晶体，两片玻璃中间有许多垂直和水平的细小电线，透过通电与否来控制杆状玻璃中间有许多垂直和水平的细小电线，透过通电与否来控制杆状水晶分子改变方向，将光线折射出来产生画面。水晶分子改变方向，将光线折射出来产生画面。与传统的阴极射线管（与传统的阴极射线管（CRT）相比，）相比，LCD占用空间小，低功占用空间小，低功耗，低辐射，无闪烁，降低视觉疲劳。耗，低辐射，无闪烁，降低视觉疲劳。67LCDLCD的显示方
42、式的显示方式l反射型反射型LCDLCD：底偏光片后面加了一块反射板，它一般在户外和光线：底偏光片后面加了一块反射板，它一般在户外和光线良好的办公室使用。良好的办公室使用。l透射型透射型LCDLCD：底偏光片是透射偏光片，它需要连续使用背光源，一：底偏光片是透射偏光片，它需要连续使用背光源，一般在光线差的环境使用。般在光线差的环境使用。l透反射型透反射型LCDLCD：是处于以上两者之间，底偏光片能部分反光，一般：是处于以上两者之间，底偏光片能部分反光，一般也带背光源，光线好的时候，可关掉背光源；光线差时，可点亮也带背光源，光线好的时候，可关掉背光源；光线差时，可点亮背光源使用背光源使用LCDLC
43、D。68反射型反射型LCDLCD的结构的结构69lLCD 控制器用来把系统存储器中的指定缓冲区中的图像数据传输控制器用来把系统存储器中的指定缓冲区中的图像数据传输到到LCD驱动器，并产生必须的驱动器，并产生必须的LCD控制信号，在控制信号，在LCD上显示出图上显示出图像。实际上，对于像。实际上，对于LCD来说，没有图像数据的概念，指定缓冲区来说，没有图像数据的概念，指定缓冲区中是什么样的数据，就显示这些数据组成图像，这些数据可以是中是什么样的数据，就显示这些数据组成图像，这些数据可以是有意义的，也可以是毫无规律的杂乱数据。控制器连接结构如下有意义的，也可以是毫无规律的杂乱数据。控制器连接结构如
44、下图所示：图所示：70嵌入式处理器与嵌入式处理器与LCDLCD的连接的连接嵌入嵌入式处式处理器理器LCD模块模块数据数据总线总线寄存器选择寄存器选择使能信号使能信号有有LCD控制控制器的嵌入式器的嵌入式处理器处理器LCDLCD控制信控制信号线号线71 从系统结构上来讲，由于显示器模块中已经有显示存从系统结构上来讲，由于显示器模块中已经有显示存储器。显存中的每一个单元对应储器。显存中的每一个单元对应LCDLCD上的一个点，只要上的一个点，只要显存中的内容改变，显示结果便进行刷新。于是便存显存中的内容改变，显示结果便进行刷新。于是便存在两种刷新：在两种刷新：1 1直接根据系统要求对显存进行修改，一
45、种是只需修改相应的局直接根据系统要求对显存进行修改，一种是只需修改相应的局部就可以，不需要判断覆盖等；另一种就是有覆盖问题，计算起部就可以，不需要判断覆盖等；另一种就是有覆盖问题，计算起来比较复杂，而且每做一点小的屏幕改变就进行刷新，将增加系来比较复杂，而且每做一点小的屏幕改变就进行刷新，将增加系统负担。统负担。2 2 专门开辟显示内存，在需要刷新时候由程序进行显示更新。这专门开辟显示内存，在需要刷新时候由程序进行显示更新。这样，不但可以减轻总线负荷，而且也比较合理，在有需要的时候样，不但可以减轻总线负荷，而且也比较合理，在有需要的时候进行统一的显示更新，界面也可以比较美观，不致由于无法预料进
46、行统一的显示更新，界面也可以比较美观，不致由于无法预料的刷新动作导致显示界面闪烁。的刷新动作导致显示界面闪烁。LCDLCD模块的显示控制模块的显示控制72LCDLCD接口设计接口设计1 1、实现过程简述：、实现过程简述：就是将要显示的数据放到一个特定的地址，这个特定的就是将要显示的数据放到一个特定的地址，这个特定的地址就是地址就是frame memoryframe memory（帧存储器），这块空间是在系（帧存储器），这块空间是在系统内存中。统内存中。然后然后LCDLCD控制器将这些数据配合控制信号送到控制器将这些数据配合控制信号送到LCDLCD驱动驱动器完成显示。器完成显示。有相应的寄存器来
47、设定这个地址及其大小。与显示数据有相应的寄存器来设定这个地址及其大小。与显示数据相配合完成显示的控制信号时序也是由相应的寄存器来相配合完成显示的控制信号时序也是由相应的寄存器来完成的。这些寄存器都在完成的。这些寄存器都在LCDLCD的控制器中。的控制器中。73触摸屏接口设计触摸屏接口设计 触摸屏系统一般包括两个部分：触摸检测装置和触摸屏控制触摸屏系统一般包括两个部分：触摸检测装置和触摸屏控制器。触摸检测装置安装在显示器屏幕前面，用于检测用户触摸位器。触摸检测装置安装在显示器屏幕前面，用于检测用户触摸位置，接收后送触摸屏控制器；触摸屏控制器的主要作用是从触摸置，接收后送触摸屏控制器；触摸屏控制器
48、的主要作用是从触摸点检测装置上接收触摸信息，并将它转换成触点坐标，再送给点检测装置上接收触摸信息，并将它转换成触点坐标，再送给CPU，它同时能接收，它同时能接收CPU发来的命令并加以执行。发来的命令并加以执行。触摸屏的分类触摸屏的分类l电阻式触摸屏电阻式触摸屏 l表面声波触摸屏表面声波触摸屏 l红外式触摸屏红外式触摸屏 l电容式触摸屏电容式触摸屏74电阻式触摸屏电阻式触摸屏 电阻触摸屏的屏体部分是一块多层复合薄膜，由一电阻触摸屏的屏体部分是一块多层复合薄膜，由一层玻璃或有机玻璃作为基层，表面涂有一层透明的导层玻璃或有机玻璃作为基层，表面涂有一层透明的导电层电层(ITO(ITO膜膜)，上面再盖有
49、一层外表面经过硬化处理、，上面再盖有一层外表面经过硬化处理、光滑防刮的塑料层。它的内表面也涂有一层光滑防刮的塑料层。它的内表面也涂有一层ITOITO，在两，在两层导电层之间有许多细小层导电层之间有许多细小(小于千分之一英寸小于千分之一英寸)的透明的透明隔离点把它们隔开。当接触屏幕时，两层隔离点把它们隔开。当接触屏幕时，两层 ITO ITO发生接发生接触，电阻发生变化，控制器根据检测到的电阻变化来触，电阻发生变化，控制器根据检测到的电阻变化来计算接触点的坐标，再依照这个坐标来进行相应的操计算接触点的坐标，再依照这个坐标来进行相应的操作。电阻式触摸屏的作。电阻式触摸屏的ITOITO涂层若太薄则容易
50、脆断，涂层涂层若太薄则容易脆断，涂层太厚又会降低透光且形成内反射降低清晰度。太厚又会降低透光且形成内反射降低清晰度。l分为四线电阻和五线电阻触摸屏分为四线电阻和五线电阻触摸屏75四线电阻触摸屏原理四线电阻触摸屏原理76测量原理测量原理l在触摸点在触摸点X X、Y Y坐标的测量过程中，测量电压与测量点的等效电路图所坐标的测量过程中，测量电压与测量点的等效电路图所示，图中示，图中P P为测量点为测量点 XVYY77触摸屏芯片触摸屏芯片78FM(ADS)7843的特点的特点l实现触摸屏的驱动选择控制（实现触摸屏的驱动选择控制（X X、Y Y通道）通道）l对于输入电压或附加电压进行对于输入电压或附加电