第六課-嵌入式系統(tǒng)硬件設(shè)計

嵌入式AnIntroductiontoEmbedded第六課嵌入式系統(tǒng)硬件設(shè)嵌入 器與I/O系1課程大嵌入 嵌入式I/O用接口設(shè) Cpu接口總 接口總 基本嵌入式接嵌入式網(wǎng)絡(luò)接標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議接調(diào)試協(xié)議接其它接2器的幾個相關(guān)性能指容 速 時間(accesstime)Ta：從 間隔。一般Tm>Ta 價 格示S的 總，＝S3器設(shè)計目高速大容低價4設(shè)計目標(biāo)實現(xiàn)依 實技有突猛的大的 來空間和時間局90/10一個程序的90％時間是消耗在10％的根據(jù)以上局部性原則（ThePrincipleofLocality），就可以利用各種不同的價格、速度、容量的器的組合設(shè)計出一個多層次（multiplelevel）系統(tǒng)5器層次結(jié) andLatches）、寄存器（RegisterFiles）、靜態(tài)隨機(jī)器（SRAM）、動態(tài)隨 器（DRAM）、閃 （FLASH）、磁盤（MagneticDisk）這 器的速度，為觸發(fā)器最快，寄存器次之，SRAM再次DRAM較慢，然后是FLASH，磁盤最價格正好反之，磁盤的每兆字節(jié)價格最便宜，觸發(fā)器6器層次7器層次結(jié)構(gòu)的第一，數(shù)據(jù)的即上層的數(shù)據(jù)，在下一層中都能找到第二，地址映下 器將自己的地址映射 器8器層次結(jié)構(gòu)幾個基本概塊（Block）: 命中時間(hittime)： 間，其中包括本 是命中還是失效的判定時（HitRate）：相鄰兩層 失效率（MissRate）：等于失效損失(misspenalty)：用低層 的設(shè)備（通常是CPU）9器層次結(jié)構(gòu)的評 器層次結(jié)構(gòu)的性能參數(shù)是平 時(averagememory-access平 時間＝命中時間＋失效率×失效損當(dāng)塊大小過小 CACHE的地址映全相聯(lián) 直接映像CacheCacheCacheCache組相聯(lián)CacheCacheCache之結(jié)型Cach直給因加 和率Cache與DRAM存取的一致性貫穿讀出式(Look旁路讀出式(LookCACHE寫通式(Write回寫式(Copy主存簡主存是非常重 部件，用以存放數(shù)據(jù)和程主存大都采用 實 與微機(jī)相比，嵌入式系統(tǒng)的主存一般比較 DRAM與SRAM主要差對DRAM來說，在讀出數(shù)據(jù)之后還需重新寫回數(shù)據(jù)，因而它的延遲和周期不同。SRAM的時間與周期為防止信息丟失，DRAM需要定期刷新每 單元SRAM卻不需就可以比較的器設(shè)計技術(shù)而言，DRAM的容量大概為SRAM的16倍，而SRAM的周期比DRAM的約快8～片上分 器/便箋 CPUCPUScratchPad 272、PXA320，

DataData處理器處理器本處理器處理器片 本本片 本本處理器本地址轉(zhuǎn)換 保用戶編程時使用的地址稱為邏輯地址（相對地址把程序在內(nèi)存種的實際地址稱為物理地址（絕對地址靜態(tài)重定在作業(yè)裝入時由作業(yè)裝入程序?qū)崿F(xiàn)地址動態(tài)重定在程序執(zhí)行時實現(xiàn)地址虛 虛 器主要是為了滿足應(yīng)用程序?qū)Ω咚俅笕萘恐鞔娴男杼?器實現(xiàn)的重定位是由一個地址映象表機(jī)構(gòu)完虛 器還提 共享和保護(hù)機(jī)嵌入式系統(tǒng)的VR通常由MMU硬件實閃 器 NORNOR技術(shù)閃 最早出現(xiàn)的Flash源于傳統(tǒng)的EPROM器可靠性高、隨 速度在擦除和編程操作較少而直接執(zhí)行代碼的場合，尤其是純代 和文 的應(yīng)用中，NOR技術(shù)顯得力不從心NAND。數(shù)據(jù)、地址采用同一總線，實現(xiàn)串行。隨機(jī)速度 1GbNAND技術(shù)閃速 基于NAND 器可以取代硬盤或其他塊設(shè)備ANDAND技術(shù)是HitachiAND技術(shù)與NAND一樣采用“大多數(shù)完好 器”概 ANDFlashMemory，再利 A 由EEPROM派生的閃 器（SmallSectorFlashMemory）和 器（Data-FlashMemory）。二者折衷的性讀寫的靈活性遜于EEPROM，不能直接改寫與EEPROM密度比EEPROM大，但比NOR技術(shù)FlashMemory采用FLASH將多個低速閃存顆粒RAID成一個具 速數(shù)據(jù)吞吐量 設(shè)速度一個每分 轉(zhuǎn)的硬盤轉(zhuǎn)一圈需 毫秒的時SSD低于一毫秒內(nèi)對任意位置 單元完成I/O操耗電量:不到現(xiàn)有硬盤的容量 GB/3499外形:將SSD設(shè)計成與HDD相同的外形，以滿足對兼容性的SSD控制器缺陷導(dǎo) 潛伏期過2009.2.23 固態(tài)硬盤 回應(yīng)固態(tài)硬盤碎片問題稱測試方 嵌入式I/O接口 課程大嵌入 嵌入式I/O用接口設(shè) Cpu接口總 接口總 基本嵌入式接嵌入式網(wǎng)絡(luò)接標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議接調(diào)試協(xié)議接其它接總線的帶即我們常說的每秒鐘傳送多少MB的最大穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)傳輸率總線的位常說的32位、64位等總線寬度的概念。總線的位寬越總線的工作時鐘頻率以MHz為單位，工作頻率越高則總嵌入式I/O接口設(shè)接口設(shè)計狀態(tài)機(jī)設(shè)計時序接采用嵌入 接 采用現(xiàn)場可編程邏輯電路Cpu接口總線--總線設(shè)備設(shè)設(shè)備設(shè)備查應(yīng)設(shè)備1。設(shè)備1發(fā)查詢（請求）信號（上升沿），告訴設(shè)備2準(zhǔn) 數(shù)2。設(shè)備2準(zhǔn)備好接收數(shù)據(jù)，發(fā)出應(yīng)答信號（上升沿）。設(shè)備1和設(shè)備開始發(fā)收3。設(shè)備2收完數(shù)據(jù)，撒消應(yīng)答信號（下降沿4。設(shè)備1撒消請求信號（下降沿Cpu接口總線--總線地址選地址選地數(shù)地多路分時復(fù)用地址和數(shù)Cpu接口總線-- DMA控制過程(請求信號Cpu接口總線--總線如：CPU總線、器總線、I/O 例:ARM99A的AMBA總線支持多CPU、 外外橋 課程大嵌入式I/O用接 Cpu接口 接口 基本嵌入式嵌入式網(wǎng)絡(luò)接標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議調(diào)試協(xié)議其它接口總線（略 常用的有DRAM、SRAM、FlashMemory詳 復(fù)習(xí)組成原課程大嵌入式I/O用接 Cpu接口 接口 基本嵌入式嵌入式網(wǎng)絡(luò)接標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議調(diào)試協(xié)議其它基本嵌入式接口--預(yù)分頻 基本嵌入式接口--可編程定時/可編程定時器/計數(shù)器是常設(shè)備接口，它一般有定時和基本嵌入式接口- 脈寬調(diào)制 常用于電機(jī)控制系統(tǒng)基本嵌入式接口WatchDog是一個很有用的設(shè)備?？撮T狗實際無正常清零，則自動復(fù)位處理器基本嵌入式接口--AD/DA轉(zhuǎn)換許多嵌入式處理器都帶有ADDA基本嵌入式接口-- 基本嵌入式接口--LED發(fā)光二極（LED）一般用于指示電路，有mA電流就能數(shù)字輸基本嵌入式接口--顯示控制方 緩沖驅(qū)動：對于圖像、圖形（CRT、先將顯示內(nèi)容緩存在顯 器中點亮方LED電壓、脈沖驅(qū)CRT掃描加陰極射線控制基本嵌入式接口--觸摸常見的觸摸屏有兩電容式觸電感式觸電阻式觸摸其中電阻式觸摸屏 電阻式觸S3C44B0X與電容式觸摸內(nèi)表面和夾層各涂一層ITO，四個角引出四個電當(dāng)用戶觸摸電容屏?xí)r，由于電場，用戶手指 電感式觸摸多點觸MacBook微軟Windows7未來：三維多點語音輸入輸出技 dependent）（speaker-課程大嵌入式I/O用接 Cpu接口 接口 基本嵌入式嵌入式網(wǎng)絡(luò)接標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議調(diào)試協(xié)議其它網(wǎng)絡(luò)接口--7 7

6 6 數(shù)據(jù)鏈路

5 5 數(shù)據(jù)鏈路1 1TCP/IP與OSI

TCP/IP數(shù)據(jù)封網(wǎng)絡(luò)接口--CANCAN（ControllerAreaNetwork）即控制器局域網(wǎng)是國際裝置ECU之間交換信息形成 統(tǒng)中均嵌入CAN控制裝置CAN可提供高達(dá)1Mbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率這使實時控制變得非常容易另外硬件的錯誤檢定特性也增強(qiáng)了CAN的抗電磁CAN層的定義與開放系統(tǒng)互連模型OSI課程大嵌入式I/O用接 Cpu接口 接口 基本嵌入式嵌入式網(wǎng)絡(luò)接標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議調(diào)試協(xié)議其它并行接EPP串口，25針串行口還具有20mA電流環(huán)接口功能，用、、、 RS-232-C 電子工 一般嵌入式系統(tǒng)提供標(biāo)準(zhǔn)的RS232C接口，該接口采用負(fù)邏輯，與CMOS、TTL電路的相連需要標(biāo)準(zhǔn)接口--I2CI2C（InterIntegratedCircuit）是由飛利浦半導(dǎo) I2C總線總線的一次典型工作流開始：信號表明傳輸開始數(shù)據(jù)：根據(jù)指示位，數(shù)據(jù)在主設(shè)備和從設(shè)備之間傳輸數(shù)據(jù)一般以8位傳輸，最重要的位放面；具體能傳輸多少量的數(shù)據(jù)并沒有限制。上用一位的ACK（回答信號）表停止：信號結(jié)束傳輸標(biāo)準(zhǔn)接口USB（UniversalSerialBus）含義是“通用串行總線連接距離、支持多設(shè)備連接、提供了對的數(shù)據(jù)USBUSB通過USB協(xié)議層來表明自己在物理機(jī)制上，一個USB外設(shè)可以由四部分構(gòu)成如圖用于實現(xiàn)和USB協(xié)議兼容的SIE部分 用于實現(xiàn)外設(shè)功能的傳感器及對數(shù)據(jù)進(jìn)行簡單處理的DSP將外設(shè)連接到主機(jī)或USBHUB的接口部分--IEEE1394HighPerformanceSerialBUS 點，也就相域網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的"對等網(wǎng)"一樣，而不是像客戶/便攜式攝象機(jī)、數(shù) 接收裝置等將來，數(shù)字電視、數(shù)字頂置盒、 機(jī)也采用1394接口可能是消費電子和個人計算機(jī)之間的物理橋現(xiàn)有的產(chǎn)品協(xié)議支持Mbps、200Mbps、400mbps的數(shù)據(jù)傳IEEE1394vsUSB--IEEE1394vsUSB--目前的USB1.1標(biāo)準(zhǔn)的傳輸速率現(xiàn)在只有12Mbps，通常只能連接鍵鼠標(biāo)與麥克風(fēng)等低速設(shè)備 IEEE1394并不需要電腦來控制所有設(shè)備，也不需要HUB即可以實現(xiàn)多臺設(shè)備的對等到互聯(lián)?？梢杂镁W(wǎng)橋?qū)⑵渌腎EEE1394網(wǎng)絡(luò)連接起來，IEEE1394網(wǎng)絡(luò)可以在其設(shè)備進(jìn)行增減時自動重設(shè)網(wǎng)絡(luò)。USB是以來判斷連接設(shè)備的增減了每臺PC主板都設(shè)置了USB接口，USB2.0也會進(jìn)一步加大USB應(yīng)用的范圍IEEE1394目前主要在中、高檔電腦、服務(wù)器計算機(jī)中得到普遍應(yīng)用在其它設(shè)備中通常只應(yīng)用于音頻 等 方面標(biāo)準(zhǔn)接口-- 應(yīng)。PC/104PLUS則與PCI總線相對應(yīng)。PCMCIA全名為 alComputerMemoryCardInternationalAssociation 面卡，便可稱為PCMCIA卡或簡稱為PC卡PCMCIA卡共分成四種規(guī)格，分別是TYPEⅠ、PCMCIA“熱插拔”(HotCF接口與IBM公司于1981年推出的基于8位機(jī)PC/XT的總線，稱為PC總線 IEEE和EISA 線意義相近的ISA總線ISA總線有98只引腳。其中62線的一段基于8位62線與36線相加后就擴(kuò)展成標(biāo)準(zhǔn)的16位ISA，連1991年下半年，In公司首先提出了PCI的概念并聯(lián)合、paq、AST、HP、DEC等100多家公司成立了PCI，其英文全稱為ComponentInterconnectSpecial 位有188引腳，目前常用的是32位32位PCI的數(shù)據(jù)傳輸率為133MB／s，大大高于課程大嵌入式I/O用接 Cpu接口 接口 基本嵌入式嵌入式網(wǎng)絡(luò)接標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議調(diào)試協(xié)議其它調(diào)試協(xié)議接口--JTAG（JointTestAction 的邊界掃描寄存IC的相應(yīng)引腳，每