嵌入式系統(tǒng)的外圍接口設(shè)計(jì)

第五節(jié)嵌入式系統(tǒng)的外圍接口設(shè)計(jì)1、復(fù)位方式2、系統(tǒng)時(shí)鐘3、I/O寄存器映射方式4、外圍接口邏輯電路匹配的問題外圍接口包括：1、CPU外圍電路（如復(fù)位電路、時(shí)鐘電路），2、外圍I/O模塊：包括基本接口、人機(jī)接口、通信接口及控制接口基本接口：存儲(chǔ)器接口（DRAM控制器）、中斷控制器、DMA控制器、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、GPIO人機(jī)接口：LCD控制器、語音輸入輸出、視頻輸入輸出、鍵盤、觸摸屏等通信接口：以太網(wǎng)、CAN總線、USB、紅外線、PCMCIA、I2C總線控制接口：A/D、D/A、PWM1、復(fù)位方式阻容復(fù)位電路手動(dòng)復(fù)位電路專用復(fù)位電路

軟件復(fù)位復(fù)位：可靠、抗干擾。

（1）阻容復(fù)位電路時(shí)間常數(shù)為RC=82ms。不同CPU的復(fù)位時(shí)間可能有差異。（2）手動(dòng)復(fù)位電路

非門最小輸入高電平為2.0V，對于RC電路在0.6倍的時(shí)間常數(shù)和5V供電時(shí)電容上的電壓為0.45Vcc=2.25V，對于R=1k，C=22uF，t=0.6*R*C=13ms，滿足一般系統(tǒng)復(fù)位脈沖寬度大于2個(gè)機(jī)器周期的要求。注意事項(xiàng)（a）復(fù)位按鈕傳輸線應(yīng)采用雙絞線，施密特非門去抖動(dòng)、也提高了抗干擾的能力。（b）二極管的作用：當(dāng)供電電壓瞬間斷電，如果斷電脈沖較寬，則C上的電可以通過R放掉，再上電時(shí)C上再充電可以達(dá)到可靠復(fù)位。但是如果斷電脈沖較窄，C上的電無法通過R完全放掉，則CPU無法可靠復(fù)位，導(dǎo)致程序運(yùn)行錯(cuò)誤。如果有二極管則斷電時(shí)電容上的電可以通過二極管管迅速放掉，再供電時(shí)CPU可以可靠復(fù)位。（c）電源的上升時(shí)間不能太長，否則單片機(jī)和非門均處于過渡狀態(tài)，此時(shí)無法實(shí)現(xiàn)可靠復(fù)位。當(dāng)電源穩(wěn)定后，電容C上的充電電壓又超過了非門最小輸入電壓，使單片機(jī)脫離了復(fù)位狀態(tài)。所以電源電壓上升時(shí)間過長導(dǎo)致系統(tǒng)無法可靠復(fù)位。開關(guān)電源后級(jí)濾波電容不能太大（d）當(dāng)外圍接口芯片復(fù)位時(shí)間可能不一樣，而且復(fù)位線較長分布電容較大，導(dǎo)致外圍芯片的復(fù)位過程滯后于CPU，當(dāng)在程序運(yùn)行的開始就對外圍芯片進(jìn)行初始化時(shí)往往導(dǎo)致失敗，所以可以先延時(shí)幾個(gè)毫秒再初始化外圍接口芯片，或采取措施保證外圍器件先完成復(fù)位。

（3）專用復(fù)位電路

手動(dòng)復(fù)位、電源電壓監(jiān)控，看門狗

通過將程序調(diào)到復(fù)位向量的地址重新開始執(zhí)行程序，其他寄存器的狀態(tài)都不變，不會(huì)初始化寄存器。通過RESET就會(huì)初始化寄存器到初始狀態(tài)。

（4）軟件復(fù)位2、系統(tǒng)時(shí)鐘（1）石英晶體及石英振蕩器

（2）鎖相環(huán)倍頻時(shí)鐘

可以分別為CPU內(nèi)核、實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路以及不同的外圍接口電路提供時(shí)鐘信號(hào)。它們都是通過對系統(tǒng)時(shí)鐘進(jìn)行分頻得到的，具有相關(guān)性。

/XPLLDIS----內(nèi)部振蕩器（石英晶體）/外部時(shí)鐘源-4位3、I/O寄存器映射方式嵌入式處理器與外圍接口間交換三種信息：（1）數(shù)據(jù)信息：通常通過并行方式在總線上進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。（2）控制信息：處理器通過控制信息控制外圍接口的工作。（3）狀態(tài)信息：反映外設(shè)的工作狀態(tài)，是外設(shè)傳輸給處理器的信息，如Ready、Busy等。處理器通過訪問I/O的寄存器來實(shí)現(xiàn)對外圍接口的操作，寄存器的類型包括：模式寄存器控制寄存器狀態(tài)寄存器數(shù)據(jù)輸入寄存器數(shù)據(jù)輸出寄存器每一個(gè)寄存器都有地址用于對寄存器讀寫。不同的處理器對寄存器的地址和存儲(chǔ)器的地址有不同的編址方式。（1）與存儲(chǔ)器統(tǒng)一編址I/O空間的地址位于存儲(chǔ)器空間，把存儲(chǔ)器空間的一部分用于I/O空間，訪問寄存器與訪問存儲(chǔ)器使用同樣的指令。這種映射有兩種方案：A、

I/O空間與存儲(chǔ)器空間重疊B、I/O空間與存儲(chǔ)器空間不重疊A、

I/O空間與存儲(chǔ)器空間重疊B、I/O空間與存儲(chǔ)器空間不重疊整個(gè)存儲(chǔ)器空間分配一部分用于I/O空間。為了設(shè)計(jì)方便，有些嵌入式處理器設(shè)計(jì)一個(gè)重新定位寄存器，通過重新編程重新定位寄存器的值就可以使I/O空間在整個(gè)存儲(chǔ)器空間浮動(dòng)、重新定位。如ARM，I/O與存儲(chǔ)器空間統(tǒng)一編址。Motorola的DragonBall可以通過重新定位寄存器的編程使I/O空間浮動(dòng)。（2）單獨(dú)編址單獨(dú)編址方式設(shè)計(jì)了存儲(chǔ)器地址空間和I/O地址空間，它們之間完全獨(dú)立，采用不同的指令訪問。如8086，訪問存儲(chǔ)器采用MOV指令，訪問I/O采用IN和OUT。有的嵌入式處理器設(shè)計(jì)了模式寄存器，可以通過編程選擇統(tǒng)一編址還是單獨(dú)編址。

4、外圍接口邏輯電路匹配的問題（1）扇出（Fan-out）（2）電平的匹配扇出是指一個(gè)輸出能夠安全可靠驅(qū)動(dòng)的輸入的數(shù)量。扇出是10表明器件能驅(qū)動(dòng)10個(gè)輸入。扇出決定于：源的類型直流負(fù)載特性輸出電流：IOLMIN、IOHMIN輸入電流：IILMAX、IIHMAX交流負(fù)載特性（1）扇出（Fan-out）a、直流扇出

b、交流扇出：容性負(fù)載包括所有輸入端電容的并聯(lián)（和）及線路的寄生電容。CL：廠家用于器件特性測試的值，約為50~150pF，在Datasheet中測試條件中實(shí)際電容量=各邏輯電路的最大輸入電容量CINMAX的和+電路板布線的寄生電容

CINMAX：約為1~5pF電路板寄生電容一般為1~5pF/inch。當(dāng)邏輯電路輸出能驅(qū)動(dòng)的電容量CL>實(shí)際驅(qū)動(dòng)的負(fù)載電容量時(shí)，能夠保證器件的特性。否則會(huì)對時(shí)序的上升時(shí)間和