chLinux設(shè)備驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)的硬件基礎(chǔ)

2Linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)的硬件基礎(chǔ)李國(guó)斌資料共享：115網(wǎng)盤(pán)用戶名：

21339555(hfuulgb@)密碼：iihfuuLinux內(nèi)核編程與驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)2.1處理器2.2.1通用處理器概念通用處理器（GPP）嵌入式微控制器（MCU）微處理器（MPU）片上系統(tǒng)（SoC）主流嵌入式CPUARMMIPSPowePC（1）、嵌入式微控制器嵌入式微控制器的典型代表是單片機(jī)，這種８位的電子器件目前在嵌入式設(shè)備中仍然有著極其廣泛的應(yīng)用。單片機(jī)芯片內(nèi)部集成ROM/EPROM、RAM、總線、總線邏輯、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、看門(mén)狗、I/O、串行口、脈寬調(diào)制輸出、A/D、D/A、FlashRAM、EEPROM等各種必要功能和外設(shè)。

微控制器的最大特點(diǎn)是單片化，體積大大減小，從而使功耗和成本下降、可靠性提高。微控制器是目前嵌入式系統(tǒng)工業(yè)的主流。微控制器的片上外設(shè)資源一般比較豐富，適合于控制，因此稱為微控制器。由于MCU低廉的價(jià)格，優(yōu)良的功能，所以擁有的品種和數(shù)量最多，比較有代表性的包括8051、MCS-251、MCS-96/196/296、P51XA、C166/167、68K系列以及MCU8XC930/931、C540、C541，并且有支持I2C、CAN-Bus、LCD及眾多專用MCU和兼容系列。近來(lái)Atmel推出的AVR單片機(jī)由于其集成了FPGA等器件，所以具有很高的性價(jià)比，勢(shì)必將推動(dòng)單片機(jī)獲得更高的發(fā)展。（2）、嵌入式DSP處理器DSP處理器是專門(mén)用于信號(hào)處理方面的處理器，其在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和指令算法方面進(jìn)行了特殊設(shè)計(jì)，在數(shù)字濾波、FFT、頻譜分析等各種儀器上DSP獲得了大規(guī)模的應(yīng)用。DSP的理論算法在70年代就已經(jīng)出現(xiàn)，但是由于專門(mén)的DSP處理器還未出現(xiàn)，所以這種理論算法只能通過(guò)MPU等由分立元件實(shí)現(xiàn)。

1982年世界上誕生了首枚DSP芯片。在語(yǔ)音合成和編碼解碼器中得到了廣泛應(yīng)用。

DSP的運(yùn)算速度進(jìn)一步提高，應(yīng)用領(lǐng)域也從上述范圍擴(kuò)大到了通信和計(jì)算機(jī)方面。

目前最為廣泛應(yīng)用的嵌入式DSP處理器是TI的TMS320C2000/C5000系列，另外如Intel的MCS-296和Siemens的TriCore也有各自的應(yīng)用范圍。MPU嵌入式微處理器是由通用計(jì)算機(jī)中的CPU演變而來(lái)的。與計(jì)算機(jī)處理器不同的是，在實(shí)際嵌入式應(yīng)用中，只保留和嵌入式應(yīng)用緊密相關(guān)的功能硬件，去除其他的冗余功能部分，這樣就以最低的功耗和資源實(shí)現(xiàn)嵌入式應(yīng)用的特殊要求。（3）嵌入式微處理器（MicroProcessorUnit)和工業(yè)控制計(jì)算機(jī)相比，嵌入式微處理器具有體積小、重量輕、成本低、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)。SoC就是SystemonChip，SoC嵌入式系統(tǒng)微處理器就是一種電路系統(tǒng)。它結(jié)合了許多功能區(qū)塊，將功能做在一個(gè)芯片上，像是ARMRISC、MIPSRISC、DSP或是其他的微處理器核心，加上通信的接口單元，像是通用串行端口（USB）、TCP/IP通信單元、GPRS通信接口、GSM通信接口、IEEE1394、藍(lán)牙模塊接口等等，這些單元以往都是依照各單元的功能做成一個(gè)個(gè)獨(dú)立的處理芯片。（4）、嵌入式片上系統(tǒng)(SystemOnChip)SoC是追求產(chǎn)品系統(tǒng)最大包容的集成器件，

SOC最大的特點(diǎn)是成功實(shí)現(xiàn)了軟硬件無(wú)縫結(jié)合，直接在處理器片內(nèi)嵌入操作系統(tǒng)的代碼模塊。運(yùn)用VHDL等硬件描述語(yǔ)言不需要再像傳統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)一樣，繪制龐大復(fù)雜的電路板，一點(diǎn)點(diǎn)的連接焊制，只需要使用精確的語(yǔ)言，綜合時(shí)序設(shè)計(jì)直接在器件庫(kù)中調(diào)用各種通用處理器的標(biāo)準(zhǔn)，然后通過(guò)仿真之后就可以直接交付芯片廠商進(jìn)行生產(chǎn)。

由于SOC往往是專用的，所以大部分都不為用戶所知，如

Philips的SmartXA。Siemens的TriCore，Motorola的M-Core，某些ARM系列器件，Echelon和Motorola聯(lián)合研制的Neuron芯片等。SOC芯片也將在聲音、圖像、影視、網(wǎng)絡(luò)及系統(tǒng)邏輯等應(yīng)用領(lǐng)域中發(fā)揮重要作用。典型MCU內(nèi)部結(jié)構(gòu)2.1兩種體系結(jié)構(gòu)馮.諾依曼體系結(jié)構(gòu)指令寄存器控制器數(shù)據(jù)通道輸入輸出中央處理器存儲(chǔ)器程序指令0指令1指令2指令3指令4數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)0數(shù)據(jù)1數(shù)據(jù)2指令的執(zhí)行周期T1）取指令（InstructionFetch)：TF

2）指令譯碼（InstructionDecode）：TD3）執(zhí)行指令（InstructionExecute）：TE4）存儲(chǔ)（Storage）：TS每條指令的執(zhí)行周期：T=TF+TD+TE+TS馮·諾依曼體系的特點(diǎn)1）數(shù)據(jù)與指令都存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中2）被大多數(shù)計(jì)算機(jī)所采用3）ARM7——馮諾依曼體系在馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)中，數(shù)據(jù)和程序存儲(chǔ)器是共享數(shù)據(jù)總線的。數(shù)據(jù)總線共享有很多優(yōu)點(diǎn)，比如減小總線的開(kāi)銷。另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于能夠把RAM映射到程序空間，這樣設(shè)備也能訪問(wèn)EEPROM中的內(nèi)存。兩種體系結(jié)構(gòu)哈佛結(jié)構(gòu)指令寄存器控制器數(shù)據(jù)通道輸入輸出中央處理器程序存儲(chǔ)器指令0指令1指令2數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)0數(shù)據(jù)1數(shù)據(jù)2地址指令地址數(shù)據(jù)哈佛體系結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)1）程序存儲(chǔ)器與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分開(kāi)

2）提供了較大的數(shù)存儲(chǔ)器帶寬3）適合于數(shù)字信號(hào)處理4）大多數(shù)DSP都是哈佛結(jié)構(gòu)5）ARM9是哈佛結(jié)構(gòu)

對(duì)于哈佛體系結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)，程序和數(shù)據(jù)總線是分開(kāi)的。這種方式的優(yōu)勢(shì)在于能夠在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)同時(shí)讀取程序和數(shù)據(jù)，這樣就相應(yīng)地減少了執(zhí)行每一條指令所需的時(shí)鐘周期。早期的哈佛架構(gòu)的計(jì)算機(jī)是不能把查找表儲(chǔ)存在程序存儲(chǔ)器中的，而這個(gè)問(wèn)題在現(xiàn)在的大多數(shù)設(shè)備中已經(jīng)解決了。

哈佛體系結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)中存在的另外一個(gè)問(wèn)題就是，如果要和外部的程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行交互，對(duì)于兩部分存儲(chǔ)器來(lái)說(shuō)，由于地址總線和數(shù)據(jù)總線的相互獨(dú)立性，就需要額外增加大量的芯片管腳。因此，只有當(dāng)至少有一種存儲(chǔ)器的類型是內(nèi)部的情況下，微處理器才會(huì)采用哈佛體系結(jié)構(gòu)。

哈佛體系結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)2.1.2數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)2.2.1數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)DSP針對(duì)通信\圖像\語(yǔ)音和視頻等領(lǐng)域的算法設(shè)計(jì).包含單獨(dú)硬件乘法器,DSP采用改進(jìn)的哈佛架構(gòu)DSP的基本概念一個(gè)典型的數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)

微處理器是數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)的核心部件，通常采用DSP芯片，也可采用其它處理器芯片

A/D與D/A轉(zhuǎn)換器建立起了數(shù)字世界與現(xiàn)實(shí)模擬世界之間的橋梁。數(shù)字信號(hào)物處理系統(tǒng)否中微處理器芝的選擇通用微鏟型計(jì)算惹機(jī)（PC機(jī)）普通單婚片機(jī)（骨如MCS-杜51、96系列等）用專用集灑成電路（ASI縱C）DSP處理器優(yōu)點(diǎn)：展編程容洋易，便輩于實(shí)現(xiàn)缺點(diǎn)：芽速度慢日、成本秒高、體牲積大，醫(yī)難以進(jìn)乞行實(shí)時(shí)勝信號(hào)處質(zhì)理和嵌母入式應(yīng)閑用優(yōu)點(diǎn)：成框本低廉缺點(diǎn)：潮性能差進(jìn)、速度伏慢優(yōu)點(diǎn)：休速度高周、大規(guī)鼓模生產(chǎn)垮成本低雨；缺點(diǎn)：扁開(kāi)發(fā)成迅本高、降通用性褲差。針對(duì)數(shù)斷字信號(hào)研處理的鞠要求而暫設(shè)計(jì)，程是數(shù)字拜信號(hào)處教理系統(tǒng)硬設(shè)計(jì)中消采用的腳主流芯報(bào)片。優(yōu)點(diǎn)：靈泉活、高速麗、便于嵌框入式應(yīng)用DSP芯片的宮應(yīng)用領(lǐng)副域基本信俊號(hào)處理—數(shù)字濾蟲(chóng)波器、FFT、相關(guān)侍運(yùn)算、對(duì)卷積運(yùn)橋算等等通信—調(diào)制解調(diào)點(diǎn)、數(shù)據(jù)加揚(yáng)密壓縮等娃等語(yǔ)音—語(yǔ)音編滅碼、合拆成，語(yǔ)紙音識(shí)別典等等軍事--雷達(dá)信性號(hào)處理殼、導(dǎo)航顛、導(dǎo)彈尺制導(dǎo)圖形與丑圖像--圖像處理料、壓縮、厲傳輸?shù)鹊葍x器儀膠表--頻譜分析畫(huà)、函數(shù)發(fā)柿生等自動(dòng)控幼制—引擎控慕制、自臣動(dòng)駕駛潛、機(jī)器驚人控制醫(yī)療—助聽(tīng)器、裝超聲設(shè)備歌、監(jiān)護(hù)設(shè)選備等等家用電器--數(shù)字電夠視、數(shù)圓字電話記、智能庸游戲汽車(chē)處理器淹小結(jié)處理器吵分類2.2存儲(chǔ)器2.2存儲(chǔ)器NAND艱FLA肥SH與NOR洗FLAS聽(tīng)H區(qū)別（與非）承（榮或非）NANDFLASHNORFLASH

不可片內(nèi)執(zhí)行可片內(nèi)執(zhí)行，程序可直接運(yùn)行容量較大，價(jià)格較低。每塊最大擦寫(xiě)次數(shù)達(dá)100萬(wàn)次最大擦寫(xiě)次數(shù)達(dá)10萬(wàn)次容易出現(xiàn)壞區(qū)，所以需要有校驗(yàn)的算法。

電器特性需要錯(cuò)誤探測(cè)、更正FLASH芯片擁有獨(dú)立的數(shù)據(jù)總線和地址總線，能快速隨機(jī)讀取。NANDflash以頁(yè)為單位讀寫(xiě)數(shù)據(jù)，而以塊為單位擦除數(shù)據(jù)。同CPU接口需要相應(yīng)的控制電路進(jìn)行轉(zhuǎn)換包括數(shù)碼相機(jī)、MP3隨身聽(tīng)記憶卡、體積小巧的U盤(pán)等。2.3接口與塌總線2.3求.1串口RS-2榴32R累S-42攻2RS材-4852.3接口與總豪線I2C援(內(nèi)置集成仗電路)連接微藥控制器勢(shì)及其外店圍設(shè)備I2C總線支罰持多主酒控（）藏模式，梁任何能筐夠進(jìn)行絕發(fā)送和宗接收的脾設(shè)備都嫂可以成杰為主設(shè)撒備。2.3接口與總地線USBUSB映1.1續(xù)US半B2.黨0U逗SB打3.0USB物理拓候撲2.3接口與豈總線USB皇4種傳輸方備式：（1）控制說(shuō)傳輸雙向傳輸護(hù)數(shù)據(jù)若量?。?）同步棕傳輸提供確定夸的帶寬和不間隔時(shí)間語(yǔ)音、視朽頻傳輸（3）中斷飄傳輸單向傳濾輸鍵盤(pán)、邪游戲桿蹈、鼠標(biāo)（4）批量傳癢輸打印機(jī)、酸掃描儀2.3接口與尺總線2.3述.4以太網(wǎng)接摧口2.3滾.5予ISA修(工業(yè)總線棟標(biāo)準(zhǔn))2.3誰(shuí).6莊PCI（外圍餓設(shè)備互父聯(lián)）和cPCI2.5原理圖縱分析舉例，延如何利族用原理喚圖、芯舍片手冊(cè)2.7芯片手冊(cè)遵閱讀方法舉例，脾如何利但用原理臺(tái)圖、芯攔片手冊(cè)9、靜夜四參無(wú)鄰，荒薯居舊業(yè)貧思。。4月-議234月-2和3Tue鉤sda朋y,尋Apr廊il軟25,怨20才2310、雨中步黃葉樹(shù)膽，燈下軌白頭人犬。。23:4穴5:2923:4沈5:2923:4轟54/2磚5/2阿023缺11能:45川:29勢(shì)PM11、以我劍獨(dú)沈久葡，愧君匙相見(jiàn)頻序。。4月-2鏈323:4墾5:2923:4陰5Apr秋-2325-窯Apr牲-2312、故人江規(guī)海別，幾辟度隔山川墾。。23:彩45:開(kāi)2923:4呈5:2923:4飛5Tues圓day,趟Apr值il2巡壽5,2稻02313、乍見(jiàn)描翻疑夢(mèng)胡，相悲慰各問(wèn)年減。。4月-2沾34月-漢2323:惱45:癥2923:4鞏5:29Apri筒l25桂,20富2314、他鄉(xiāng)亮生白發(fā)漿，舊國(guó)揭見(jiàn)青山邀。。25四覺(jué)月20杯2311:員45:例29冊(cè)下午23:誰(shuí)45:扣294月-2碌315、比不了峰得就不比趴，得不到斧的就不要里。。。四月遺2311:4柄5下午4月-腿2323:壯45Apri節(jié)l25鉗,20擺2316、行動(dòng)棉出成果絹，工作閘出財(cái)富原。。2023飄/4/2斑523霸:45:霧2923:4訊5:2925A摔pril搖202判317、做前，鄰能夠環(huán)視身四周；做賄時(shí)，你只拳能或者最或好沿著以州腳為起點(diǎn)拼的射線向爽前。。11:4首5:29四下午11:耗45攻下午23:4對(duì)5:294月-2貞39、沒(méi)有失漠?dāng)。挥凶銜簳r(shí)停止露成功！。4月-漲234月-棗23Tues雖day,健Apr途il2脖5,2塘02310、很多事鋪情努力了魯未必有結(jié)愧果，但是因不努力卻僑什么改變祖也沒(méi)有。優(yōu)。23:索45:估2923:4朋5:2923:4烏54/2維5/2雖023沿11懷:45預(yù):29膛PM11、成功漆就是日淹復(fù)一日河那一點(diǎn)誘點(diǎn)小小偽努力的令積累。項(xiàng)。4月-2考323:4楊5:2923:怒45Apr-歉2325-伏Apr氧-2312、世間識(shí)成事，清不求其符絕對(duì)圓舍滿，留思一份不瘋足，可煩得無(wú)限凡完美。板。23:4秒5:2923:4撈5:2923:4赴5Tue堵sda杯y,芒Apr傅il腰25,懸20賺2313、不知拐香積寺聰，數(shù)里減入云峰您。。4月-2部34月-2踐323:愧45:節(jié)2923:4撤5:29Apr伯il錦25,兵20威2314、意志堅(jiān)互強(qiáng)的人能物把世界放拍在手中像亦泥塊一樣乓任意揉捏倍。25四桿月20挪2311:4刺5:29淺下午23:卻45:乎294月-浮2315、楚塞三芬湘接，荊流門(mén)九派通羊。。。四月2慢311:塞45業(yè)下午4月-2顆323:順45Apri輛l25濃,20撥2316、少年莫十五二銷十時(shí)，斧步行奪津得胡馬搏騎。。2023械/4/2必523醬:45:枯2923:耕45:秤2925縮慧Apr糊il匯202穩(wěn)317、空山盤(pán)新雨后繳，天氣始晚來(lái)秋章。。11:4撞5:29鑰下午11:4兼5下午23:4遵5:294月-2蜜39、楊柳散往和風(fēng)，青舊山澹吾慮獸。。4月-2四34月-恰23Tues問(wèn)day,電Apr以il2陪5,2樹(shù)02310、閱讀研一切好低書(shū)如同郊和過(guò)去額最杰出押的人談票話。23:腎45:堂2923:舅45:懂2923:4籍54/2紫5/2絡(luò)023租11滋:45稼:29礎(chǔ)PM11、越是見(jiàn)沒(méi)有本幸領(lǐng)的就拘越加自擴(kuò)命不凡尸。4月-2扇323:妄45:叨2923:4篩5Apr引-2325-報(bào)Apr跟-2312、越是愿無(wú)能的陷人，越高喜歡挑曬剔別人幫的錯(cuò)兒杯。