嵌入式系統(tǒng)接口技術(shù)

嵌入式系統(tǒng)接口技術(shù)實(shí)際上，嵌入式系統(tǒng)本身是一個(gè)外延極廣的名詞，但凡與產(chǎn)品結(jié)合在一起的具有嵌入式特點(diǎn)的控制系統(tǒng)都可以叫嵌入式系統(tǒng)，而且有時(shí)很難以給它下一個(gè)準(zhǔn)確的定義。下面是YJBSY的嵌入式系統(tǒng)接口技術(shù)，希望對(duì)你有幫助!Flash存儲(chǔ)器是一種非易失性存儲(chǔ)器，根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同可以將其分為NORFlash和NANDFlash兩種。Flash存儲(chǔ)器的特點(diǎn)：A、 區(qū)塊結(jié)構(gòu)：在物理上分成假設(shè)干個(gè)區(qū)塊，區(qū)塊之間相互獨(dú)立。B、 先擦后寫：Flash的寫操作只能將數(shù)據(jù)位從1寫成0,不能從0寫成1，所以在對(duì)存儲(chǔ)器進(jìn)行寫入之前必須先執(zhí)行擦除操作，將預(yù)寫入的數(shù)據(jù)位初始化為1。擦除操作的最小單位是一個(gè)區(qū)塊，而不是單個(gè)字節(jié)。C、 操作指令：執(zhí)行寫操作，它必須輸入一串特殊指令(NORFlash)或者完成一段時(shí)序(NANDFlash)才能將數(shù)據(jù)寫入。D、 位反轉(zhuǎn)：由于Flash的固有特性，在讀寫過(guò)程中偶爾會(huì)產(chǎn)生一位或幾位的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤。位反轉(zhuǎn)無(wú)法防止，只能通過(guò)其他手段對(duì)結(jié)果進(jìn)行事后處理。E、 壞塊：區(qū)塊一旦損壞，將無(wú)法進(jìn)行修復(fù)。對(duì)已損壞的區(qū)塊操作其結(jié)果不可預(yù)測(cè)。NORFlash的特點(diǎn)：應(yīng)用程序可以直接在閃存內(nèi)運(yùn)行，不需要再把代碼讀到系統(tǒng)RAM中運(yùn)行。NORFlash的傳輸效率很高，在1MB~4MB的小容量時(shí)具有很高的本錢效益，但是很低的寫入和擦除速度大大影響了它的性能。NANDFlash的特點(diǎn)能夠提高極高的密度單元，可以到達(dá)高存儲(chǔ)密度，并且寫入和擦除的速度也很快，這也是為何所有的U盤都使用NANDFlash作為存儲(chǔ)介質(zhì)的原因。應(yīng)用NANDFlash的困難在于閃存需要特殊的系統(tǒng)接口。N0RFlash與NANDFlash的區(qū)別：A、 NORFlash的讀速度比NANDFlash稍快一些。B、 NANDFlash的擦除和寫入速度比NORFlash快很多C、 NANDFlash的隨機(jī)讀取能力差，適合大量數(shù)據(jù)的連續(xù)讀取D、 NORFlash帶有SRAM接口，有足夠的地址引進(jìn)來(lái)尋址，可以很容易地存取其內(nèi)部的每一個(gè)字節(jié)。NANDFlash的地址、數(shù)據(jù)和命令共用8位總線(有寫公司的產(chǎn)品使用16位)，每次讀寫都要使用復(fù)雜的I/O接口串行地存取數(shù)據(jù)。E、 NORFlash的容量一般較小，通常在1MB~8MB之間;NANDFlash只用在8MB以上的產(chǎn)品中。因此，NORFlash只要應(yīng)用在代碼存儲(chǔ)介質(zhì)中，NANDFlash適用于資料存儲(chǔ)。F、 NANDFlash中每個(gè)塊的最大擦寫次數(shù)是一百萬(wàn)次，而NORFlash是十萬(wàn)次。G、 NORFlash可以像其他內(nèi)存那樣連接，非常直接地使用，并可以在上面直接運(yùn)行代碼;NANDFlash需要特殊的I/O接口，在使用的時(shí)候，必須先寫入驅(qū)動(dòng)程序，才能繼續(xù)執(zhí)行其他操作。因?yàn)樵O(shè)計(jì)師絕不能向壞塊寫入，這就意味著在NANDFlash上自始至終必須進(jìn)行虛擬映像。H、NORFlash用于對(duì)數(shù)據(jù)可靠性要求較高的代碼存儲(chǔ)、通信產(chǎn)品、網(wǎng)絡(luò)處理等領(lǐng)域，被成為代碼閃存;NANDFlash那么用于對(duì)存儲(chǔ)容量要求較高的MP3、存儲(chǔ)卡、U盤等領(lǐng)域，被成為數(shù)據(jù)閃存。SRAM的特點(diǎn)：SRAM表示靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器，只要供電它就會(huì)保持一個(gè)值，它沒有刷新周期，由觸發(fā)器構(gòu)成根本單元，集成度低，每個(gè)SRAM存儲(chǔ)單元由6個(gè)晶體管組成，因此其本錢較高。它具有較高速率，常用于高速緩沖存儲(chǔ)器。通常SRAM有4種引腳：CE:片選信號(hào)，低電平有效。R/W：讀寫控制信號(hào)。ADDRESS：一組地址線。DATA:用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊唤M雙向信號(hào)線。DRAM的特點(diǎn)：DRAM表示動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器。這是一種以電荷形式進(jìn)行存儲(chǔ)的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器。它的每個(gè)存儲(chǔ)單元由一個(gè)晶體管和一個(gè)電容器組成，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在電容器中。電容器會(huì)由于漏電而導(dǎo)致電荷喪失，因而DRAM器件是不穩(wěn)定的。它必須有規(guī)律地進(jìn)行刷新，從而將數(shù)據(jù)保存在存儲(chǔ)器中。DRAM的接口比擬復(fù)雜，通常有一下引腳：CE:片選信號(hào)，低電平有效。R/W：讀寫控制信號(hào)。RAS：行地址選通信號(hào)，通常接地址的高位局部。CAS:列地址選通信號(hào)，通常接地址的低位局部。ADDRESS：一組地址線。DATA:用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊唤M雙向信號(hào)線。SDRAM的特點(diǎn)：SDRAM表示同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器。同步是指內(nèi)存工作需要同步時(shí)鐘，內(nèi)部的命令發(fā)送與數(shù)據(jù)的傳輸都以它為基準(zhǔn);動(dòng)態(tài)是指存儲(chǔ)器陣列需要不斷的刷新來(lái)保證數(shù)據(jù)不喪失。它通常只能工作在133MHz的主頻。DDRAM的特點(diǎn)DDRAM表示雙倍速率同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器，也稱DDR。DDRAM是基于SDRAM技術(shù)的，SDRAM在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)只傳輸一次數(shù)據(jù)，它是在時(shí)鐘的上升期進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸;而DDR內(nèi)存那么是一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)傳輸兩次次數(shù)據(jù)，它能夠在時(shí)鐘的上升期和下降期各傳輸一次數(shù)據(jù)。在133MHz的主頻下，DDR內(nèi)存帶寬可以到達(dá)133X64b/8X2=2.1GB/s。3、 硬盤、光盤、CF卡、SD卡4、 GPIO原理與結(jié)構(gòu)GPIO是I/O的最根本形式，它是一組輸入引腳或輸出引腳。有些GPIO引腳能夠加以編程改變工作方向，通常有兩個(gè)控制存放器：數(shù)據(jù)存放器和數(shù)據(jù)方向存放器。數(shù)據(jù)方向存放器設(shè)置端口的方向。如果將引腳設(shè)置為輸出，那么數(shù)據(jù)存放器將控制著該引腳狀態(tài)。假設(shè)將引腳設(shè)置為輸入，那么此輸入引腳的狀態(tài)由引腳上的邏輯電路層來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)它的控制。A/D轉(zhuǎn)換器是把電模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的電路。實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換的方法有很多，常用的方法有計(jì)數(shù)法、雙積分法和逐次逼進(jìn)法。計(jì)數(shù)式A/D轉(zhuǎn)換法其電路主要部件包括：比擬器、計(jì)數(shù)器、D/A轉(zhuǎn)換器和標(biāo)準(zhǔn)電壓源。其工作原理簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是，有一個(gè)計(jì)數(shù)器，從0開始進(jìn)行加1計(jì)數(shù)，每進(jìn)行一次加1,該數(shù)值作為D/A轉(zhuǎn)換器的輸入，其產(chǎn)生一個(gè)比擬電壓VO與輸入模擬電壓VIN進(jìn)行比擬。如果V0小于VIN那么繼續(xù)進(jìn)行加1計(jì)數(shù)，直到V0大于VIN,這時(shí)計(jì)數(shù)器的累加數(shù)值就是A/D轉(zhuǎn)換器的輸出值。這種轉(zhuǎn)換方式的特點(diǎn)是簡(jiǎn)單，但是速度比擬慢，特別是模擬電壓較高時(shí)，轉(zhuǎn)換速度更慢。例如對(duì)于一個(gè)8位A/D轉(zhuǎn)換器，假設(shè)輸入模擬量為最大值，計(jì)數(shù)器要從0開始計(jì)數(shù)到255,做255次D/A轉(zhuǎn)換和電壓比擬的工作，才能完成轉(zhuǎn)換。雙積分式A/D轉(zhuǎn)換法其電路主要部件包括：積分器、比擬器、計(jì)數(shù)器和標(biāo)準(zhǔn)電壓源其工作原理是，首先電路對(duì)輸入待測(cè)電壓進(jìn)行固定時(shí)間的積分然后換為標(biāo)準(zhǔn)電壓進(jìn)行固定斜率的反向積分，反向積分進(jìn)行到一定時(shí)間，便返回起始值。由于使用固定斜率，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)電壓進(jìn)行反向積分的時(shí)間正比于輸入模擬電壓值，輸入模擬電壓越大，反向積分回到起始值的時(shí)間越長(zhǎng)。只要用標(biāo)準(zhǔn)的高頻時(shí)鐘脈沖測(cè)定反向積分花費(fèi)的時(shí)間，就可以得到相應(yīng)于輸入模擬電壓的數(shù)字量，也就完成了A/D轉(zhuǎn)換。其特點(diǎn)是，具有很強(qiáng)的抗工頻干擾能力，轉(zhuǎn)換精度高，但轉(zhuǎn)換速度慢，通常轉(zhuǎn)換頻率小于10Hz，主要用于數(shù)字式測(cè)試儀表、溫度測(cè)量等方面。逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換法其電路主要部件包括：比擬器、D/A轉(zhuǎn)換器、逐次逼近存放器和基準(zhǔn)電壓源。其工作原理是，實(shí)質(zhì)上就是對(duì)分搜索法，和平時(shí)天平的使用原理一樣。在進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時(shí)，由D/A轉(zhuǎn)換器從高位到低位逐位增加轉(zhuǎn)換位數(shù)，產(chǎn)生不同的輸出電壓，把輸入電壓與輸出電壓進(jìn)行比擬而實(shí)現(xiàn)。首先使最高位為1，這相當(dāng)于取出基準(zhǔn)電壓的1/2與輸入電壓比擬，如果在輸入電壓小于1/2的基準(zhǔn)電壓，那么最高位置0反之置1。之后，次高位置1，相當(dāng)于在1/2的范圍中再作對(duì)分搜索以此類推，逐次逼近。其特點(diǎn)是，速度快，轉(zhuǎn)換精度高，對(duì)N位A/D轉(zhuǎn)換器只需要M個(gè)時(shí)鐘脈沖即可完成，一般可用于測(cè)量幾十到幾百微秒的過(guò)渡過(guò)程的變化，是目前應(yīng)用最普遍的轉(zhuǎn)換方法。A/D轉(zhuǎn)換的重要指標(biāo)(有可能考一些簡(jiǎn)單的計(jì)算)A、 分辨率：反映A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)輸入微小變化響應(yīng)的能力，通常用數(shù)字輸出最低位(LSB)所對(duì)應(yīng)的模擬電壓的電平值表示。n位A/D轉(zhuǎn)換器能反映1/2n滿量程的模擬輸入電平。B、 量程：所能轉(zhuǎn)換的模擬輸入電壓范圍，分為單極性和雙極性兩種類型。C、 轉(zhuǎn)換時(shí)間：完成一次A/D轉(zhuǎn)換所需要的時(shí)間，其倒數(shù)為轉(zhuǎn)換速率。D、 精度：精度與分辨率是兩個(gè)不同的概念，即使分辨率很高，也可能由于溫漂、線性度等原因使其精度不夠高。精度有絕對(duì)精度和相對(duì)精度兩種表示方法。通常用數(shù)字量的最低有效位LSB的分?jǐn)?shù)值來(lái)表示絕對(duì)精度，用其模擬電壓滿量程的百分比來(lái)表示相對(duì)精度。例如，滿量程10V,10位A/D芯片，假設(shè)其絕對(duì)精度為土1/2LSB，那么其最小有效位LSB的量化單位為：10/1024=9.77mv,其絕對(duì)精度為9.77mv/2=4.88mv，相對(duì)精度為：0.048%。D/A轉(zhuǎn)換器使將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量。在集成電路中，通常采用T型網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬電流，再由運(yùn)算放大器將模擬電路轉(zhuǎn)換為模擬電壓。進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換實(shí)際上需要上面的兩個(gè)環(huán)節(jié)。D/A轉(zhuǎn)換器的分類：A、 電壓輸出型：常作為高速D/A轉(zhuǎn)換器。B、 電流輸出型：一般外接運(yùn)算放大器使用。C、 乘算型：可用作調(diào)制器和使輸入信號(hào)數(shù)字化地衰減。D/A轉(zhuǎn)換器的主要指標(biāo)：分辨率、建立時(shí)間、線性度、轉(zhuǎn)換精度、溫度系數(shù)。鍵盤的兩種形式：線性鍵盤和矩陣鍵盤。識(shí)別鍵盤上的閉合鍵通常有兩種方法：行掃描法和行反轉(zhuǎn)法行掃描法是矩陣鍵盤按鍵常用的識(shí)別方法，此方法分為兩步進(jìn)行：A、 識(shí)別鍵盤哪一列的鍵被按下：讓所有行線均為低電平，查詢各列線電平是否為低，如果有列線為低，那么說(shuō)明該列有按鍵被按下，否那么說(shuō)明無(wú)按鍵按下。B、 如果某列有按鍵按下，識(shí)別鍵盤是哪一行按下：逐行置低電平，并置其余各行為高電平，查詢各列的變化，如果列電平變?yōu)榈碗娖?，那么可確定此行此列穿插點(diǎn)處按鍵被按下。LCD的根本原理是，通過(guò)給不同的液晶單元供電，控制其光線的通過(guò)與否，從而到達(dá)顯示的目的。LCD的光源提供方式有兩種：投射式和反射式。筆記本電腦的LCD顯示器為投射式，屏的背后有一個(gè)光源，因此外界環(huán)境可以不需要光源。一般微控制器上使用的LCD為反射式，需要外界提供電源，靠反射光來(lái)工作。電致發(fā)光(EL)是液晶屏提供光源的一種方式。按照液晶驅(qū)動(dòng)方式分類，常見的LCD可以分為三類：扭轉(zhuǎn)向列類(TN)、超扭曲向列型(STN)和薄膜晶體管型(TFT)。市面上出售的LCD有兩種類型：帶有驅(qū)動(dòng)電路的LCD顯示模塊，只要總線方式驅(qū)動(dòng);沒有驅(qū)動(dòng)電路的LCD顯示器，使用控制器掃描方式。通常，LCD控制器工作的時(shí)候，通過(guò)DMA請(qǐng)求總線，直接通過(guò)SDRAM控制器讀取SDRAM中指定地址(顯示緩沖區(qū))的數(shù)據(jù)，此數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)LCD控制器轉(zhuǎn)換成液晶屏掃描數(shù)據(jù)格式，直接驅(qū)動(dòng)液晶顯示器。VGA接口本質(zhì)上是一個(gè)模擬接口，一般都采用統(tǒng)一的15引腳接口，包括2個(gè)NC信號(hào)、3根顯示器數(shù)據(jù)總線、5個(gè)GND信號(hào)、3個(gè)RGB色彩分量、1個(gè)行同步信號(hào)和1個(gè)場(chǎng)同步信號(hào)。其色彩分量采用的電平標(biāo)準(zhǔn)為EIA定義的RS343標(biāo)準(zhǔn)。按工作原理分，觸摸屏可以分為：外表聲波屏、電容屏、電阻屏和紅外屏幾種。觸摸屏的控制采用專業(yè)芯片，例如ADS7843。根本原理：麥克風(fēng)輸入的數(shù)據(jù)經(jīng)音頻編解碼器解碼完成A/D轉(zhuǎn)換，解碼后的音頻數(shù)據(jù)通過(guò)音頻控制器送入DSP或CPU進(jìn)行相應(yīng)的處理，然后數(shù)據(jù)經(jīng)音頻控制器發(fā)送給音頻編碼器，經(jīng)編碼D/A轉(zhuǎn)換后由揚(yáng)聲器輸出。數(shù)字音頻的格式有多種，最常用的是下面三種：A、 采用數(shù)字音頻(PCM)：是CD或DVD采用的數(shù)據(jù)格式。其采樣頻率為44.1kHz。精度為16位時(shí)，PCM音頻數(shù)據(jù)速率為1.41Mb/s;精度為32位時(shí)為2.42Mb/s。一張700MB的CD可以保存大約60分鐘的16位PCM數(shù)據(jù)格式的音樂。B、 MPEG層3音頻(MP3):MP3播放器采用的音頻格式。立體聲MP3數(shù)據(jù)速率為112kb/s至128kb/s。C、 ATSC數(shù)字音頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)(AC3)：數(shù)字TV、HDTV和電影數(shù)字音頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，立體聲AC3編碼后的數(shù)據(jù)速率為192kb/s。IIS是音頻數(shù)據(jù)的編碼或解碼常用的串行音頻數(shù)字接口。IIS總線只處理聲音數(shù)據(jù)，其他控制信號(hào)等那么需要單獨(dú)傳輸。IIS使用了3根串行總線：數(shù)據(jù)線SD、字段選擇線WS、時(shí)鐘信號(hào)線SCK。當(dāng)接收方和發(fā)送方的數(shù)據(jù)字段寬度不一樣時(shí)，發(fā)送方不考慮接收方的數(shù)據(jù)字段寬度。如果發(fā)送方發(fā)送的數(shù)據(jù)字段小于系統(tǒng)字段寬度，就在低位補(bǔ)0;如果發(fā)送方的數(shù)據(jù)寬度大于接收方的寬度，那么超過(guò)LSB的局部被截?cái)唷Ｗ侄芜x擇WS用來(lái)選擇左右聲道，WS=0表示選擇左聲道;WS=1表示選擇右聲道。此外，WS能讓接收設(shè)備存儲(chǔ)前一個(gè)字節(jié)，并準(zhǔn)備接收下一個(gè)字節(jié)。串行通信是指，使數(shù)據(jù)一位一位地進(jìn)行傳輸而實(shí)現(xiàn)的通信。與并行通信相比，串行通信具有傳輸線少、本錢低等優(yōu)點(diǎn)，特別適合遠(yuǎn)距離傳送;缺點(diǎn)使速度慢。串行數(shù)據(jù)傳送有3種根本的通信模式：?jiǎn)喂ぁ腚p工、全雙工。串行通信在信息格式上可以分為2種方式：同步通信和異步通信。A、 異步傳輸：把每個(gè)字符當(dāng)作獨(dú)立的信息來(lái)傳輸，并按照一固定且預(yù)定的時(shí)序傳送，但在字符之間卻取決于字符與字符的任意時(shí)序。異步通信時(shí)，字符是一幀一幀傳送的，每幀字符的傳送靠起始位來(lái)同步。一幀數(shù)據(jù)的各個(gè)代碼間間隔是固定的，而相鄰兩幀數(shù)據(jù)其時(shí)間間隔是不固定的。B、 同步傳輸：同步方式不僅在字符之間是同步的，而且在字符與字符之間的時(shí)序仍然是同步的，即同步方式是將許