坎坎伐檀兮寘之河之干兮河水清且漣猗-詩經(jīng)

ch2-Linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)的硬件基礎(chǔ)2024/4/3ch2Linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)的硬件基礎(chǔ)ch2-Linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)的硬件基礎(chǔ)2024/4/2ch12.1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CPUARMMIPSPowePCch2Linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)的硬件基礎(chǔ)2.1處理器2.2.1通用處理器概念ch2Linux設(shè)備2（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)。ch2Linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)的硬件基礎(chǔ)（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3

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。ch2Linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)的硬件基礎(chǔ)微控制器的最大特點(diǎn)是單片化，體積大大4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。ch2Linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)的硬件基礎(chǔ)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，5（2）、嵌入式DSP處理器DSP處理器是專門用于信號(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)，但是由于專門的DSP處理器還未出現(xiàn)，所以這種理論算法只能通過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。ch2Linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)的硬件基礎(chǔ)（2）、嵌入式DSP處理器DSP處理器是專門用于信號(hào)處理方面6MPU嵌入式微處理器是由通用計(jì)算機(jī)中的CPU演變而來的。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)ch2Linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)的硬件基礎(chǔ)（3）嵌入式微處理器（MicroProces7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)。ch2Linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)的硬件基礎(chǔ)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8SoC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)ch2Linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)的硬件基礎(chǔ)SoC就是SystemonChip，SoC嵌入式系統(tǒng)9SoC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言，綜合時(shí)序設(shè)計(jì)直接在器件庫中調(diào)用各種通用處理器的標(biāo)準(zhǔn)，然后通過仿真之后就可以直接交付芯片廠商進(jìn)行生產(chǎn)。

ch2Linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)的硬件基礎(chǔ)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10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。ch2Linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)的硬件基礎(chǔ)由于SOC往往是專用的，所以大部分都不為用戶所知，如Phi11典型MCU內(nèi)部結(jié)構(gòu)ch2Linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)的硬件基礎(chǔ)典型MCU內(nèi)部結(jié)構(gòu)ch2Linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)的硬件基礎(chǔ)122.1兩種體系結(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)2ch2Linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)的硬件基礎(chǔ)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13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+TSch2Linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)的硬件基礎(chǔ)指令的執(zhí)行周期T1）取指令（InstructionFetc14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EEPROM中的內(nèi)存。ch2Linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)的硬件基礎(chǔ)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ch2Li15兩種體系結(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)ch2Linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)的硬件基礎(chǔ)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16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

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)ch2Linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)的硬件基礎(chǔ)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

ch2Li17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)器來說，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)ch2Linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)的硬件基礎(chǔ)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182.1.2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)ch2Linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)的硬件基礎(chǔ)2.1.2數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)2.2.1數(shù)字信號(hào)處理19DSP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。ch2Linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)的硬件基礎(chǔ)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20數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)中微處理器的選擇通用微型計(jì)算機(jī)（PC機(jī)）普通單片機(jī)（如MCS-51、96系列等）用專用集成電路（ASIC）DSP處理器

優(yōu)點(diǎn)：編程容易，便于實(shí)現(xiàn)缺點(diǎn)：速度慢、成本高、體積大，難以進(jìn)行實(shí)時(shí)信號(hào)處理和嵌入式應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)：成本低廉缺點(diǎn)：性能差、速度慢優(yōu)點(diǎn)：速度高、大規(guī)模生產(chǎn)成本低；缺點(diǎn)：開發(fā)成本高、通用性差。針對(duì)數(shù)字信號(hào)處理的要求而設(shè)計(jì)，是數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用的主流芯片。優(yōu)點(diǎn)：靈活、高速、便于嵌入式應(yīng)用ch2Linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)的硬件基礎(chǔ)數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)中優(yōu)點(diǎn)：編程容易，便于實(shí)現(xiàn)優(yōu)點(diǎn)：成本低廉優(yōu)點(diǎn)21DSP芯片的應(yīng)用領(lǐng)域基本信號(hào)處理—數(shù)字濾波器、FFT、相關(guān)運(yùn)算、卷積運(yùn)算等等通信—調(diào)制解調(diào)、數(shù)據(jù)加密壓縮等等

語音—語音編碼、合成，語音識(shí)別等等軍事--雷達(dá)信號(hào)處理、導(dǎo)航、導(dǎo)彈制導(dǎo)圖形與圖像--圖像處理、壓縮、傳輸?shù)鹊葍x器儀表--頻譜分析、函數(shù)發(fā)生等自動(dòng)控制—引擎控制、自動(dòng)駕駛、機(jī)器人控制醫(yī)療—助聽器、超聲設(shè)備、監(jiān)護(hù)設(shè)備等等

家用電器--數(shù)字電視、數(shù)字電話、智能游戲汽車ch2Linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)的硬件基礎(chǔ)DSP芯片的應(yīng)用領(lǐng)域基本信號(hào)處理—數(shù)字濾波器、FFT、相關(guān)運(yùn)22處理器小結(jié)處理器分類ch2Linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)的硬件基礎(chǔ)處理器小結(jié)處理器分類ch2Linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)的硬件基礎(chǔ)232.2存儲(chǔ)器ch2Linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)的硬件基礎(chǔ)2.2存儲(chǔ)器ch2Linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)的硬件基礎(chǔ)242.2存儲(chǔ)器NANDFLASH與NORFLASH區(qū)別（與非）（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。每塊最大擦寫次數(shù)達(dá)100萬次最大擦寫次數(shù)達(dá)10萬次容易出現(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以頁為單位讀寫數(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隨身聽記憶卡、體積小巧的U盤等。ch2Linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)的硬件基礎(chǔ)2.2存儲(chǔ)器NANDFLASH與NORFLASH252.3接口與總線2.3.1串口RS-232RS-422RS-485ch2Linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)的硬件基礎(chǔ)2.3接口與總線2.3.1串口ch2Linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)設(shè)262.3接口與總線I2C(內(nèi)置集成電路)連接微控制器及其外圍設(shè)備I2C總線支持多主控（）模式，任何能夠進(jìn)行發(fā)送和接收的設(shè)備都可以成為主設(shè)備。ch2Linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)的硬件基礎(chǔ)2.3接口與總線I2C(內(nèi)置集成電路)ch2Linux設(shè)272.3接口與總線USBUSB1.1USB2.0USB3.0USB物理拓?fù)鋍h2Linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)的硬件基礎(chǔ)2.3接口與總線USBch2Linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)的硬件基282.3接口與總線USB4種傳輸方式：（1）控制傳輸雙向傳輸數(shù)據(jù)量?。?）同步傳輸提供確定的帶寬和間隔時(shí)間語音、視頻傳輸（3）中斷傳輸單向傳輸鍵盤、游戲桿、鼠標(biāo)

（4）批量傳輸

打印機(jī)、掃描儀ch2Linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)的硬件基礎(chǔ)2.3接口與總線USB4種傳輸方式：ch2Linux設(shè)備292.3接口與總線2