嵌入式系統(tǒng)2014－3－碩士課程－嵌入式外設(shè)

嵌入式系統(tǒng)2014－3－碩士課程－嵌入式外設(shè)嵌入式系統(tǒng)中的總線嵌入式系統(tǒng)總線定制性非擴(kuò)展性結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單雙向?qū)Ｓ门c通用并存專用:適用于器件固定,運(yùn)行模式固定通用:通用,需要擴(kuò)展CPU總線傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)：CPU－內(nèi)存總線，I/O總線商用事務(wù)處理系統(tǒng)：I/O頻繁科學(xué)計(jì)算系統(tǒng)：I/O速度要與處理機(jī)速度相匹配嵌入式系統(tǒng)：CPU，存儲(chǔ)器加上設(shè)備無需通用性無需PNPCase:ARM的AMBA總線AMBA總線寬度有32位、64位和128位多種定義AMBA的AHB高級(jí)高性能總線AHB連接高性能和高時(shí)鐘頻率的系統(tǒng)模塊具有多主機(jī)、脈沖傳輸和分段處理的功能AHB的作用允許在主從器件之間傳輸數(shù)據(jù)AHB主器件可以向從器件傳輸數(shù)據(jù)向其提供外部地址空間中的地址以接收從器件的數(shù)據(jù)AHB從器件在選中后，提供或接收主器件的數(shù)據(jù)。從器件可以延遲數(shù)據(jù)傳輸過程或返回錯(cuò)誤代碼。 AHB主器件的實(shí)例ARM處理器其它有DMA功能的外設(shè)，如以太網(wǎng)MAC或USB主機(jī)/器件控制器

AHB信號(hào)主要的AHB信號(hào)HCLK總線參考時(shí)鐘

HADDR地址(由AHB主器件發(fā)出)

HWRITE傳輸方向：讀/寫(由AHB主器件發(fā)出)

HREADY傳輸完成響應(yīng)(由AHB從器件發(fā)出)

HWDATA寫入數(shù)據(jù)總線(從AHB主器件至AHB從器件)

HRDATA讀取數(shù)據(jù)總線(從AHB從器件至AHB主器件)(AHB)控制信號(hào)和狀態(tài)信號(hào)HRESP傳輸狀態(tài)(由AHB從器件發(fā)出)

HBURST脈沖模式(由AHB主器件發(fā)出)

HTRANS傳輸狀態(tài)(由AHB主器件發(fā)出)

HSIZE脈沖長(zhǎng)度(由AHB主器件發(fā)出)

HPROT保護(hù)類型(由AHB主器件發(fā)出)AHB主器件判優(yōu)信號(hào)HREQ總線要求(由AHB主器件發(fā)出)HGNT總線指派(由AHB判優(yōu)器發(fā)出)HLOCK總線鎖定(由AHB主器件發(fā)出)HMASTER指定目前工作的主器件(由AHB判優(yōu)器發(fā)出)HMASTLOCK主器件執(zhí)行鎖定傳輸(由AHB判優(yōu)器發(fā)出)運(yùn)行機(jī)理AHB外設(shè)可能立即發(fā)送/接收數(shù)據(jù)，或通過發(fā)出HREADY信號(hào)插入等待狀態(tài)。從器件也通過HRESP信號(hào)返回傳輸狀態(tài)，狀態(tài)如下OKAY(成功)：傳輸成功－成功完成信號(hào)傳輸?shù)娜笔№憫?yīng)。ERROR(錯(cuò)誤)：不成功的傳輸－表示出現(xiàn)了異常中斷，例如訪問一個(gè)不存在的內(nèi)存地址。RETRY(重試)：從器件無法立即實(shí)現(xiàn)操作，主器件應(yīng)在稍后重試。SPLIT(等待)：從器件將要求列隊(duì)等待－從器件將在可以提供或接收數(shù)據(jù)時(shí)發(fā)出通知，可用于中斷多個(gè)傳輸(脈沖)。重試和等待的主要區(qū)別重試表明從器件仍未就緒；主器件可在任意時(shí)刻重發(fā)命令等待包含的協(xié)議較為復(fù)雜，它就緒后將通過這一協(xié)議通知判優(yōu)器。等待處理對(duì)從器件邏輯的要求較為復(fù)雜，并非必備的從器件功能。

AHB-Lite定義了一種沒有多主總線功能的純AHB接口子集AHB和AHB-Lite之間的關(guān)鍵差別不論是主模塊還是從模塊，后者都可以通過各種互連策略鏈接，在芯片設(shè)計(jì)中獲得最大帶寬高級(jí)外設(shè)總線(APB)用于連接速度較慢的系統(tǒng)模式和帶寬較低的外設(shè)，將功耗降至最低，并減小接口的復(fù)雜性所有的總線信號(hào)都與時(shí)鐘有關(guān)，可以使用時(shí)鐘頻率較低的總線(低于AHB)AHB主器件不直接與APB外設(shè)相連，而是通過APB橋進(jìn)行通信主要的APB信號(hào)PCLK外部時(shí)鐘，可以是HCLK的乘積，由APB橋控制

PADDR外設(shè)地址

PWRITE外設(shè)傳輸方向(讀/寫)

PSELx外設(shè)選中，與HSEL相似

PWDATA寫入數(shù)據(jù)總線(寫入外設(shè))

PRDATA讀取數(shù)據(jù)總線(從外設(shè)中讀取)

PENABLE外設(shè)數(shù)據(jù)起動(dòng)AMBA例子ExcaliburAltera公司嵌入式處理器可編程邏輯解決方案單個(gè)Excalibur器件上包含了:單端口RAM雙端口RAM30萬門的標(biāo)準(zhǔn)單元區(qū)域嵌入式處理器IP內(nèi)核一百萬門的APEX20KEPLD片上的晶體管總數(shù)達(dá)到了8千多萬IP包括基于ARM的嵌入式處理器基于MIPS的嵌入式處理器或其它任何商用嵌入式處理器總線可以分成三層。最上二層完全包含在帶內(nèi)，而其它兩條總線用于在系統(tǒng)的可編程部分集成用戶IP。在嵌入式ARM器件內(nèi)的所有總線的寬度都為32位Case:SHARC總線兩個(gè)接口外部存儲(chǔ)接口外部數(shù)據(jù)總線寬度16bit－48bitDM總線與IO處理器可以訪問整個(gè)外部地址空間PM總線24bit外存分為4個(gè)區(qū)接口信號(hào)（略）主機(jī)接口將SHARC連接到標(biāo)準(zhǔn)微處理器總線上主機(jī)將DSP功能移交給SHARC接口信號(hào)（略）DMA內(nèi)存，外存，設(shè)備之間傳輸數(shù)據(jù)10個(gè)通道外部端口DMA通道，鏈接端口DMA通道：雙向串口DMA：?jiǎn)蜗蛎總€(gè)DMA通道一個(gè)中斷CAN總線控制器局域網(wǎng)ControllerAreaNetwork被設(shè)計(jì)作為汽車環(huán)境中的微控制器通訊，在車載各電子控制裝置ECU之間交換信息，形成汽車電子控制網(wǎng)絡(luò)發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)、變速箱控制器、儀表裝備、電子主干系統(tǒng)中，均嵌入CAN控制裝置總結(jié)嵌入式系統(tǒng)中總線針對(duì)設(shè)備無通用性功耗低2高速輸入與輸出接口IrDA/FastIrDA紅外線發(fā)光二極管發(fā)射硅晶PIN光檢二極管接受控制電路距離小于一尺低速9.6~115Kbps高速1~4Mbps更高速16Mbps藍(lán)牙模塊（bluetooth)無線傳輸收發(fā)單元基頻處理單元數(shù)據(jù)傳輸接口通信頻率在1.2GHZ以內(nèi)。USBIBM、Compaq、Nortel、NEC、 Intel及Microsoft12Mbps距離<5米樹拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，127個(gè)點(diǎn)低速1.5MbpsUSB2.0速率高達(dá)480MbpsEthernet/FastEthernet802.3/802.3n10MEthernet100MEthernet采用什么協(xié)議?CSMA/CDIEEE139420~400Mbps起源于APPLE的FireWire支持63個(gè)器件長(zhǎng)度幾米使用1394的數(shù)字機(jī)頂盒架構(gòu)圖通訊現(xiàn)代嵌入式系統(tǒng)基本都有通訊有線無線使用什么協(xié)議?netbios嵌入式TCP/IP協(xié)議棧嵌入式TCP/IP協(xié)議棧嵌入式TCP/IP協(xié)議棧連接在互聯(lián)網(wǎng)上意味著提高智能化管理水平TCP/IP是一項(xiàng)應(yīng)用廣泛的標(biāo)準(zhǔn)通過TCP/IP與基礎(chǔ)設(shè)施連接十分簡(jiǎn)單最大優(yōu)越性也許在于使得嵌入式裝置支持WWW主要用途是進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè),還可以遠(yuǎn)程配置嵌入式TCP/IP協(xié)議棧局限性首先嵌入式棧是建在專用的軟插座API之上的提供可靠傳輸，占用了大量的資源體積太大，許多場(chǎng)合不適用實(shí)現(xiàn)方式1采用軟件的方式2硬件方法采用iReady的芯片或芯核，雖然使用的是4位微處理器也能夠和互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)直接連接3DSP方法也可以選用DSP為基礎(chǔ)的TCP／IP協(xié)議棧采用方法選擇根據(jù)設(shè)計(jì)的電子裝置的實(shí)際情況來決定使用硬件功能如何？打算如何來實(shí)現(xiàn)和互聯(lián)網(wǎng)的連接？需要發(fā)送和接收那些種類的信息？將軟件或硬件芯片整合到所設(shè)計(jì)的電子裝置中去，有沒有困難？增加一個(gè)協(xié)議棧，是否需要對(duì)所設(shè)計(jì)的電子裝置進(jìn)行重大更改等等無線通訊介紹嵌入式系統(tǒng)中無線通訊更是隨處可見。無線通訊都是基于無限傳輸媒介是電磁波，信號(hào)都以電磁波的方式被發(fā)送和接收無線傳輸?shù)碾姶挪úㄗV一般從無線電波(radio)開始到可見光部分無線電波因?yàn)轭l率不是很高，較容易產(chǎn)生，可以遠(yuǎn)距離傳輸，并能夠較容易地穿透和繞過障礙物線電波的傳播是如水波似的擴(kuò)散型的無線電波的特性跟它的頻率有關(guān)無線局域網(wǎng)WirelessLocalAreaNetworks無線局域網(wǎng)可以有兩種組織方式：一種是以一個(gè)基站（basestation）為中心，所有的移動(dòng)設(shè)備都連接到這個(gè)基站上去，因此基站也稱為接入點(diǎn)（accesspoint）；另一種是沒有基站，移動(dòng)設(shè)備之間相互連接組成局域網(wǎng)802.11由IEEE制定第一個(gè)高速無限局域網(wǎng)是802.11a,1999年1999年，數(shù)據(jù)傳輸速率達(dá)到54Mbps/72Mbps(Turbo)，傳輸距離控制在10～100米1999年9月IEEE802.11b數(shù)據(jù)傳輸速率達(dá)到11Mbps2003年6月，IEEE推出最新版本IEEE802.11g認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)擁有IEEE802.11a的傳輸速率，安全性較IEEE802.11b好IEEE802.11e標(biāo)準(zhǔn)對(duì)無線局域網(wǎng)MAC層協(xié)議提出改進(jìn)支持多媒體傳輸支持所有無線局域網(wǎng)無線廣播接口的服務(wù)質(zhì)量保證QoS機(jī)制IEEE802.11f定義訪問節(jié)點(diǎn)之間的通信支持IEEE802.11的接入點(diǎn)互操作協(xié)議（IAPP）IEEE802.11h用于802.11a的頻譜管理技術(shù)IEEE802.11i標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合IEEE802.1x中的用戶端口身份驗(yàn)證和設(shè)備驗(yàn)證對(duì)無線局域網(wǎng)MAC層進(jìn)行修改與整合定義了嚴(yán)格的加密格式和鑒權(quán)機(jī)制改善無線局域網(wǎng)的安全性個(gè)人無線局域網(wǎng)wirelesspersonalareanetworks標(biāo)準(zhǔn)802.15，這就是藍(lán)牙的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)zigbee無線移動(dòng)通訊無線通訊分為兩類無線局域網(wǎng)無線移動(dòng)通訊無線設(shè)備可以是單向的，也可以是雙向的單向通信包括只接收信號(hào)的BP機(jī)雙向通信系統(tǒng)包括分組無線電通信（Packet－RadioCommunication）蜂窩數(shù)字分組通信（CellularDigitalPacketCommunication）三種無線移動(dòng)通訊復(fù)用方式頻分多址時(shí)分多址碼分多址GSM&GPRS全球移動(dòng)通信系統(tǒng)GlobalSystemforMobilecommunications蜂窩概念即所謂小區(qū)制實(shí)現(xiàn)頻率再用，大大提高了系統(tǒng)容量GSM使用時(shí)分多址方法為了話音業(yè)務(wù)和低速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)設(shè)計(jì)的GSM移動(dòng)臺(tái)分為兩部分一部分包含無線接口特有的軟件和硬件另一部分是用戶數(shù)據(jù)——用戶識(shí)別卡（SIM）GeneralPacketRadioService以分組的形式傳送數(shù)據(jù)基于包轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制的171.2kbps訪問速度支持了移動(dòng)Internet的功能GPRS的缺點(diǎn)一個(gè)蜂窩小區(qū)內(nèi)用于容量有限實(shí)際數(shù)據(jù)傳輸速度遠(yuǎn)低于理論值CDMA碼分多址接入技術(shù)（CodeDivisionMultipleAccess）建立在正交編碼、相關(guān)接收的理論基礎(chǔ)上運(yùn)用擴(kuò)頻通信技術(shù)解決無線通信的選址問題的多址接入方式先用一個(gè)擴(kuò)頻碼（spreadingcode）對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制然后傳輸優(yōu)點(diǎn)能充分利用多路衰減現(xiàn)象CDMA與GSM/GPRS比較GSM/GPRS系統(tǒng)有一個(gè)缺點(diǎn)先斷后連的轉(zhuǎn)臺(tái)（handover），又稱為硬轉(zhuǎn)臺(tái)（hardhandover）移動(dòng)臺(tái)在跨越兩個(gè)蜂窩小區(qū)的時(shí)候先跟原來所在的小區(qū)的基站斷開連接然后跟后來所在的小區(qū)的基站進(jìn)行連接這種情況下，正在進(jìn)行的通話就要被斷開在CDMA技術(shù)中不存在硬轉(zhuǎn)臺(tái)所有的基站都使用相同的頻道可以在斷開之前先跟下一個(gè)基站連接好稱為先連后斷的轉(zhuǎn)臺(tái)，又稱為軟轉(zhuǎn)臺(tái)（softhandover）CDMA信號(hào)功率遠(yuǎn)小于GSM等系統(tǒng)的功率CDMA輻射也很小從1G到4G大容量、高速率、全方位的第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)（3G）1G網(wǎng)絡(luò)NMT,C-Nets,AMPS,TACS最早的模擬蜂窩系統(tǒng)2G網(wǎng)絡(luò)GSM,cdmaOne,DAMPS最早的數(shù)字蜂窩系統(tǒng)3G網(wǎng)絡(luò)UMTSFDDandTDD，cdma20001xEVDO，cdma20003x，TD-SCDMA，AribWCDMA,EDGE，IMT-2000DECT目前已投入商用的帶寬最高的無線通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)4G固定狀態(tài)下數(shù)據(jù)傳輸速度達(dá)到1Gbps移動(dòng)狀態(tài)下數(shù)據(jù)傳輸速度達(dá)到100Mbps在以60公里時(shí)速行駛的汽車內(nèi)進(jìn)行100Mbps的數(shù)據(jù)傳輸和超高速移動(dòng)通信服務(wù)的無縫切換多個(gè)用戶同時(shí)以1Gbps的速度下載32個(gè)頻道的HD廣播同時(shí)使用超高速互聯(lián)網(wǎng)上傳下載、可視電話、論壇直播等服務(wù)3G的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)范圍移動(dòng)音頻業(yè)務(wù)通過互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議傳送聲音靜態(tài)圖像移動(dòng)圖像虛擬本地環(huán)境電子代理未來的移動(dòng)手持設(shè)備將不僅是現(xiàn)在的移動(dòng)電話一樣以通話作為主要功能，而將是一種移動(dòng)通訊設(shè)備跟移動(dòng)計(jì)算設(shè)備的結(jié)合，也就是智能手機(jī)（IntelligentCellPhone）3輸入輸出裝置觸控面板電阻式，最常用電容式音波式紅外線式近場(chǎng)感應(yīng)式XGT式防水、防火、防刮、抗菌語音輸入輸出技術(shù)可以軟件實(shí)現(xiàn)前提：處理器功能足夠強(qiáng)大可用專用芯片加硬件模塊Keypad6個(gè)I/O口實(shí)現(xiàn)的5×5按鍵矩陣的示意圖電阻式觸控面板結(jié)構(gòu)LCD顯示器LiquidCrystalDisplay液晶介于固態(tài)和液態(tài)用于顯示GUI環(huán)境下的文字和圖象數(shù)據(jù)適用于低壓、微功耗電路段式液晶常見段式液晶的每字為8段組成，即8字和一點(diǎn)，只能顯示數(shù)字和部分字母。字符型液晶字符型液晶是用于顯示字符和數(shù)字的，對(duì)于圖形和漢字的顯示方式與段式液晶無異圖形點(diǎn)陣式液晶又將其分為TN、STN（DSTN）、TFT等幾類彩色LCD分：主動(dòng)式LCD(有源,active)高端產(chǎn)品使用,如TFT被動(dòng)式LCD(無源,passive)中低端產(chǎn)品，如STN手機(jī)等4存儲(chǔ)器RAMSRAM、DRAMROMROM、EPROM、EEPROM、FLASHROMCFCompactFlashSDSecureDigitalMemoryStickSonySpringboardPalm的Visor專用閃速存儲(chǔ)器(FLASH)相對(duì)EEPROM，flash可以用電氣的方法快速地擦寫Flash快擦寫存儲(chǔ)器不需要存儲(chǔ)電容器集成度更高制造成本低于DRAM特點(diǎn)使用方便與SRAM類似，讀寫的靈活性和較快的訪問速度與ROM類似，在斷電后可不丟失信息快擦寫存儲(chǔ)器技術(shù)發(fā)展迅速NORflashNOR技術(shù)，亦稱為L(zhǎng)inear技術(shù)源于傳統(tǒng)的EPROM器件最早出現(xiàn)，多數(shù)廠家支持特點(diǎn)程序和數(shù)據(jù)可存放在同一芯片上，有獨(dú)立的數(shù)據(jù)總線和地址總線，能快速隨機(jī)讀取XIP（eXecuteInPlace）：允許直接從Flash中讀取代碼執(zhí)行，無需先將代碼載至RAM中執(zhí)行可以單字節(jié)或單字編程，但不能單字節(jié)擦除，必須以塊為單位或?qū)φ瑘?zhí)行擦除操作對(duì)存儲(chǔ)器進(jìn)行重新編程之前需要對(duì)塊或整片進(jìn)行預(yù)編程和擦除操作缺點(diǎn)擦除和編程操作所花費(fèi)的時(shí)間很長(zhǎng)NOR的擦除和編程速度較慢塊尺寸又較大適用范圍擦除和編程操作較少直接執(zhí)行代碼尤其是純代碼存儲(chǔ)的應(yīng)用如PC的BIOS固件、移動(dòng)電話、硬盤驅(qū)動(dòng)器的控存不適用純數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和文件存儲(chǔ)的應(yīng)用NANDflash三星1999年底第一顆1GbNANDNAND的存儲(chǔ)器可以取代硬盤以頁(yè)為單位進(jìn)行讀和編程操作，1頁(yè)為256或512B（字節(jié)）以塊為單位進(jìn)行擦除操作，1塊為4K、8K或16KB具有塊編程和塊擦除的功能nand塊擦除時(shí)間是2msNOR技術(shù)塊擦除時(shí)間達(dá)到幾百ms數(shù)據(jù)、地址采用同一總線，串行讀取隨機(jī)讀