東南大學(xué)soc課件9 SoC各種接口模塊(2學(xué)時)

1、1SoC各種接口模塊各種接口模塊2目錄目錄 低速通信接口控制器低速通信接口控制器 UART SPI 高速通信接口控制器高速通信接口控制器 USB 人機界面控制器人機界面控制器 LCDC I2SRS232接口接口TXD - 發(fā)送數(shù)據(jù)信號發(fā)送數(shù)據(jù)信號RXD - 接收數(shù)據(jù)信號接收數(shù)據(jù)信號CTS - The Clear To Send signal. 低電平有效。當(dāng)此信號有效時，表示外部設(shè)備可以接收低電平有效。當(dāng)此信號有效時，表示外部設(shè)備可以接收UART發(fā)發(fā)送的數(shù)據(jù)。送的數(shù)據(jù)。RTS - The Request To Send signal. 請求發(fā)送信號。低電平有效。請求發(fā)送信號。低電平有效。UAR

2、T向外部設(shè)備發(fā)出的數(shù)據(jù)請向外部設(shè)備發(fā)出的數(shù)據(jù)請求信號。求信號。DTR -The Data Terminal Ready signal. 數(shù)據(jù)終端（數(shù)據(jù)終端（DTE）準(zhǔn)備好信號。）準(zhǔn)備好信號。DSR - The Data Set Ready signal. 數(shù)據(jù)設(shè)備準(zhǔn)備好信號。是數(shù)據(jù)設(shè)備準(zhǔn)備好信號。是DTR信號的應(yīng)答信號。信號的應(yīng)答信號。DCD - The Data Carrier Detect signal. 接收線路載波檢測信號。通知接收線路載波檢測信號。通知UART探測到載波，準(zhǔn)備接受探測到載波，準(zhǔn)備接受數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)。RI - The Ring Indicator. 震鈴指示信號。低電平有效

3、。數(shù)據(jù)設(shè)備（震鈴指示信號。低電平有效。數(shù)據(jù)設(shè)備（DCE）通知）通知UART接收到一個電接收到一個電話震鈴。話震鈴。4RS232幀格式幀格式CTSTXDStart StopT3T4Tcyc第一位為起始位中間8位或者7位數(shù)據(jù)位最后1或者2位停止位11位的數(shù)據(jù)幀位的數(shù)據(jù)幀奇偶校驗奇偶校驗5UART控制器控制器APB InterfaceBaudRate Generator Tx RxInterrupt GeneratorFIFOFIFOIRDA InterfaceTXDRXDRTSCTSout_baudDTRDSRRIDCDOUT1OUT2 作用： 用于異步串行收發(fā) 支持RS232傳輸方式 支持紅外模

4、式傳輸 特征： 字符編碼5-8位. 可配置的奇偶校驗(偶校驗,奇校驗,或不用奇偶校驗) 對RTS,CTS信號提供硬件控制流支持 對各種控制流和FIFO狀態(tài)提供各種狀態(tài)標(biāo)志 串行紅外接口 發(fā)送FIFO空時可觸發(fā)中斷 UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter）通用異步收發(fā)器，是處理器總線與串行線（一般使用RS232信號協(xié)議）接口的外圍設(shè)備 UART控制器模塊中所設(shè)計的寄存器控制器模塊中所設(shè)計的寄存器 1、中斷使能寄存器 2、中斷識別寄存器 3、FIFO控制寄存器 4、線路控制寄存器 5、Modem控制寄存器 6、線路狀態(tài)寄存器 7、Modem

5、狀態(tài)寄存器 8、Divisor Latches寄存器：用于設(shè)置傳輸?shù)牟ㄌ芈?9、接收FIFO 10、發(fā)送FIFO7目錄目錄 低速通信接口控制器低速通信接口控制器 UART SPI 高速通信接口控制器高速通信接口控制器 USB 人機界面控制器人機界面控制器 LCDC I2S8串行外設(shè)接口串行外設(shè)接口 SPI總線接口總線接口 Serial peripheral interface SPI: 是由Motorola公司開發(fā)的，在微控制器和外設(shè)之間的一個簡易接口標(biāo)準(zhǔn) 與UART不同，SPI是同步協(xié)議接口，所有的傳輸參照一個共同的時鐘 主從方式接口，可以一帶多 簡單實用：A/D, D/A，時鐘芯片，串行存

6、儲器等外設(shè)MOSIMISOSCLKI/OGNDSISOCLKCSGND9SPI 控制器 作用：在微控制器與外設(shè)之間進行并串轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)傳輸；其外設(shè)傳遞方式： 全雙工 同步 串行ARM7TDMI接受接受發(fā)送發(fā)送并并 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 串串串串 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 并并外部外部串行串行設(shè)備設(shè)備總總線線SPI控制器和SPI外設(shè)的連接 SPI接口的數(shù)據(jù)傳輸速度總體來說要比I2C接口快得多，單線數(shù)據(jù)線的傳輸速率可達100Mbps，4線數(shù)據(jù)線的傳輸速度可達50MB/s。 SPI主機和多個從機的連接 SPI控制器支持的功能控制器支持的功能符合AMBA 2.0接口標(biāo)準(zhǔn)支持串行Master操作模式中斷可獨立屏蔽，中斷包括：發(fā)送FIFO溢出

7、信號，發(fā)送FIFO空信號，接收FIFO滿信號，接收FIFO下溢信號以及接收FIFO的溢出信號串行接口協(xié)議：Motorola Serial Peripheral Interface (SPI) 四線全雙工串行接口協(xié)議。時鐘相位、極性有四種組合方式，時鐘相位、極性的選擇決定了傳輸是否以第一個發(fā)送時鐘作為開始，停止時鐘是否保持為高電平等問題。National Semiconductor Microwire 半雙工的串口協(xié)議。采用控制字串行傳輸，來協(xié)調(diào)MASTER設(shè)備與SLAVE設(shè)備的控制信息。時鐘比特率（數(shù)據(jù)傳輸?shù)拇斜忍芈剩﹦討B(tài)控制，僅在串行MASTER模式下進行的操作。SPI控制器中所設(shè)計的寄存

8、器控制器中所設(shè)計的寄存器控制寄存器0：控制幀大小、傳輸模式選擇、串行時鐘極性、串行時鐘相位、幀格式、數(shù)據(jù)幀長度等控制寄存器1：數(shù)據(jù)幀數(shù)量使能寄存器：使能SPIMicrowire控制寄存器：Microwire握手、控制、傳輸模式從設(shè)備使能寄存器波特率選擇寄存器發(fā)送FIFO閾值寄存器、接收FIFO閾值寄存器、發(fā)送FIFO狀態(tài)寄存器、接收FIFO狀態(tài)寄存器SPI狀態(tài)寄存器中斷屏蔽寄存器、中斷最終狀態(tài)寄存器、中斷原始狀態(tài)寄存器發(fā)送FIFO上溢中斷清除寄存器、接收FIFO上溢中斷清除寄存器、接收FIFO下溢中斷清除寄存器、中斷清除寄存器DMA控制寄存器、DMA發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器、DMA接收數(shù)據(jù)寄存器數(shù)據(jù)寄存

9、器SPI和觸摸屏的協(xié)同工作舉例和觸摸屏的協(xié)同工作舉例14目錄目錄 低速通信接口控制器低速通信接口控制器 UART SPI 高速通信接口控制器高速通信接口控制器 USB 人機界面控制器人機界面控制器 LCDC I2S15USB簡介 USBUSB是是Universal Serial BusUniversal Serial Bus的縮寫的縮寫, ,中文意思就是中文意思就是“通用串行總線通用串行總線”, , 是是連接有連接有USBUSB接口的計算機外圍設(shè)備到計算機的一種計算機外部總線結(jié)構(gòu)接口的計算機外圍設(shè)備到計算機的一種計算機外部總線結(jié)構(gòu) USBUSB的開發(fā)背景的開發(fā)背景 提供高帶寬串行通信提供高帶寬

10、串行通信 Plug-and-Play （即插即用）。（即插即用）。 端口擴展。端口擴展。USB提供雙向低成本低速到中速提供雙向低成本低速到中速(USB 2.0 可達可達480Mb/s)的的通用外設(shè)總線適用于連接各種各樣的外設(shè)并且易于擴展。通用外設(shè)總線適用于連接各種各樣的外設(shè)并且易于擴展。 USB協(xié)議的發(fā)展協(xié)議的發(fā)展最大傳輸速率最大傳輸速率最大輸出電流最大輸出電流協(xié)議推出時間協(xié)議推出時間USB1.0低速低速(Low-Speed)1.5Mbps(192KB/s)500mA1996年年1月月USB1.1全速全速(Full-Speed)12Mbps(1.5MB/s)500mA1998年年9月月USB2

11、.0高速高速(High-Speed)480Mbps(60MB/s)500mA2000年年4月月USB3.0超速超速(Super-Speed)5Gbps(640MB/s)900mA2008年年11月月USB系統(tǒng)的級聯(lián)星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)系統(tǒng)的級聯(lián)星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主機包含有主機控制器和根集線器（root hub），控制USB總線上的數(shù)據(jù)傳輸。USB系統(tǒng)只能有一個根集線器，它連接在主機控制器上。主機有時也集成集線器，用于擴展主機的連接端口數(shù)量。集線器是USB系統(tǒng)的特定組成，提供端口（Port）將功能設(shè)備連接到USB總線上，同時檢測連接在總線上的設(shè)備，并為這些設(shè)備提供電源管理，負(fù)責(zé)總線的故障檢測和恢復(fù)。通過集線器

12、，USB系統(tǒng)最多可以連接127個功能設(shè)備。功能設(shè)備通過端口與總線連接。集線器與功能設(shè)備可由主機通過USB總線提供能源，也可由自身提供能源（通過自身外部電源接口）。需要注意的是，主機通過USB總線提供電源存在電流限制。USB總線可以提供5V電源供連接的外設(shè)使用。USB總線提供的電流較低，100mA到500mA之間，對于鼠標(biāo)、U盤等外設(shè)是足夠的，對于需要大電流的外設(shè)來說，需要自身供電。17USB工作原理 USBUSB技術(shù)和技術(shù)和IPIP技術(shù)一樣，都是基于分組傳送方式的。技術(shù)一樣，都是基于分組傳送方式的。 首先把數(shù)據(jù)分成若干塊，然后在每塊數(shù)據(jù)前面添上同步信號、包標(biāo)識，首先把數(shù)據(jù)分成若干塊，然后在每塊

13、數(shù)據(jù)前面添上同步信號、包標(biāo)識，后面添上后面添上CRCCRC校驗，就形成了校驗，就形成了USBUSB封包。封包。 一個文件可能可能有多個封包。一個文件可能可能有多個封包。 全速全速USBUSB總線把總線把1 1毫秒作為一個時間幀，總線在一個幀內(nèi)依次傳送不同毫秒作為一個時間幀，總線在一個幀內(nèi)依次傳送不同文件的封包。因此從宏觀上，就仿佛總線同時對不同的文件的封包。因此從宏觀上，就仿佛總線同時對不同的USBUSB外設(shè)進行外設(shè)進行數(shù)據(jù)傳送。數(shù)據(jù)傳送。 根據(jù)信息包所實現(xiàn)的功能可分為根據(jù)信息包所實現(xiàn)的功能可分為3 3種類型：令牌包、數(shù)據(jù)包和握手包。種類型：令牌包、數(shù)據(jù)包和握手包。令牌包定義了數(shù)據(jù)傳送的類型令

14、牌包定義了數(shù)據(jù)傳送的類型USB數(shù)據(jù)傳輸過程數(shù)據(jù)傳輸過程 主機控制器首先產(chǎn)生令牌包（主機控制器首先產(chǎn)生令牌包（token packet），表明傳輸類型、），表明傳輸類型、傳輸方向（傳輸方向由主機的觀點傳輸方向（傳輸方向由主機的觀點決定，輸出傳輸表明數(shù)據(jù)由主機發(fā)決定，輸出傳輸表明數(shù)據(jù)由主機發(fā)往設(shè)備，輸入傳輸表明數(shù)據(jù)由設(shè)備往設(shè)備，輸入傳輸表明數(shù)據(jù)由設(shè)備發(fā)往主機）、以及目標(biāo)設(shè)備的終端發(fā)往主機）、以及目標(biāo)設(shè)備的終端地址。地址。 目標(biāo)設(shè)備接收令牌包后，根據(jù)令牌目標(biāo)設(shè)備接收令牌包后，根據(jù)令牌包指定的傳輸方向，返回數(shù)據(jù)或是包指定的傳輸方向，返回數(shù)據(jù)或是接收來及主機的數(shù)據(jù)。接收來及主機的數(shù)據(jù)。 數(shù)據(jù)傳輸完成后，

15、握手包用于表明數(shù)據(jù)傳輸完成后，握手包用于表明傳輸完成情況。對于輸出傳輸，響傳輸完成情況。對于輸出傳輸，響應(yīng)信號由設(shè)備產(chǎn)生；對于輸入傳輸應(yīng)信號由設(shè)備產(chǎn)生；對于輸入傳輸，響應(yīng)信號由主機產(chǎn)生。，響應(yīng)信號由主機產(chǎn)生。USBD模塊的連接模塊的連接20USB 1.1 Device 控制器 48MHZ的系統(tǒng)時鐘 支持USB1.1協(xié)議 USBD外掛FIFO,發(fā)送和接受FIFO都為128x16 一個配置，兩個端點（Control端點和Bulk端點） DMA傳輸方式,支持部BURST傳輸方式 全部同步設(shè)計USBD模塊所設(shè)計的寄存器模塊所設(shè)計的寄存器USB協(xié)議中斷寄存器：各個中斷源的配置：RESET事務(wù)中斷、SUS

16、PEND事務(wù)中斷、SETUP事務(wù)中斷、IN事務(wù)中斷、OUT事務(wù)中斷、PING事務(wù)中斷、傳輸錯誤發(fā)生中斷、ACK接收中斷、統(tǒng)計寄存器溢出中斷、控制傳輸發(fā)生錯誤； USB協(xié)議中斷屏蔽寄存器：對于各個中斷源進行屏蔽，配置各個中斷源是否允許送到CPUUSB協(xié)議中斷類型控制器：配置中斷類型控制，是電平觸發(fā)中斷還是上升沿觸發(fā)中斷USB活動端點狀態(tài)寄存器：對各個端點（端點號范圍00-0 x0F）配置端點傳輸方向是OUT還是INUSB配置屬性寄存器：是否屏蔽遠(yuǎn)程喚醒功能；供電方式是采用自身供電還是總線供電USB工作速度寄存器：配置USB的工作速度是High-speed、Full-speed還是Low-spee

17、d。USB幀號寄存器：記錄SOF包內(nèi)的幀號，范圍0 x000-0 x7FFUSB傳輸次數(shù)寄存器地位：記錄端點1-端點15下一幀要求的傳輸數(shù)是一次傳輸、兩次傳輸還是三次傳輸。USB接收包數(shù)寄存器：記錄成功接收的包數(shù)量USB丟失包數(shù)寄存器：記錄丟失的包數(shù)量USB CRC錯誤包數(shù)寄存器：記錄CRC錯誤的包數(shù)量USB位填充錯誤包數(shù)寄存器：記錄填充錯誤的包數(shù)USB PID錯誤包數(shù)寄存器：記錄PID錯誤的包數(shù)量USB幀錯誤包數(shù)寄存器：記錄幀錯誤的包數(shù)量USB發(fā)送包數(shù)寄存器：記錄發(fā)送的包數(shù)量USB統(tǒng)計溢出寄存器：查看接收包寄存器狀態(tài)、丟失包寄存器狀態(tài)、CRC錯誤寄存器狀態(tài)、位填充錯誤寄存器狀態(tài)、PID錯誤寄

18、存器狀態(tài)、幀錯誤寄存器狀態(tài)、發(fā)送包寄存器狀態(tài)USB IN傳輸事務(wù)包長度寄存器：記錄IN傳輸事務(wù)包長度，以字節(jié)為單位USB OUT傳輸事務(wù)包長度寄存器：記錄OUT傳輸事務(wù)包長度，以字節(jié)為單位USB喚醒寄存器：對該寄存器置1喚醒USBUSB端點0地址寄存器：配置各端點號（范圍為0 x0-0 xF）的端點方向為OUT還是IN。USB端點0包尺寸配置寄存器：在Control、Isochronous、Bulk、Interrupt等情況下分別配置數(shù)據(jù)包的大小USB端點0接口號配置寄存器：配置接口號（范圍為0 x0-0 xF）USB端點0狀態(tài)寄存器：是否有中斷等待、傳輸零字節(jié)包、控制命令是否完成、是否有協(xié)議

19、停止發(fā)生、端點是否活動、端點是否暫停等。USB端點0 SETUP請求類型寄存器：方向是主機到設(shè)備還是設(shè)備到主機；類型為Standard、Class還是Vendor；接收者是設(shè)備、接口、端點還是其他。USB端點0 SETUP請求內(nèi)容寄存器：SETUP傳輸內(nèi)容USB端點0 SEPUP請求值寄存器USB端點0 SETUP請求寬度寄存器USB端點0 SEPUP請求長度寄存器USB端點0同步幀號寄存器：記錄幀號USB端點1的相應(yīng)寄存器USB端點傳輸狀態(tài)寄存器：是否收到一個0字節(jié)的OUT包、RX FIFO是否有數(shù)據(jù)要讀走、TX FIFO是否可以接收數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)端口是否是通過DMA方式讀寫22目錄目錄 低速通

20、信接口控制器低速通信接口控制器 UART SPI 高速通信接口控制器高速通信接口控制器 USB 人機界面控制器人機界面控制器 LCDC I2S顯示系統(tǒng)顯示系統(tǒng)24電流通過液晶層，這些分子將會以電流的流向為方向進行排列 液晶層能夠使光線發(fā)生扭轉(zhuǎn) LCD 顯示原理顯示原理25LCD分類液液晶晶的的顯顯示示技技術(shù)術(shù)被被動動矩矩陣陣STN主主動動矩矩陣陣TFTDSTNFSTN潮潮流流趨趨勢勢26TFT彩色液晶驅(qū)動時序圖彩色液晶驅(qū)動時序圖 LSCLK在下降沿（當(dāng)選擇在下降沿（當(dāng)選擇正的極性時）鎖存數(shù)據(jù)到正的極性時）鎖存數(shù)據(jù)到panel。在主動模式，。在主動模式，LSCLK不停運轉(zhuǎn)。不停運轉(zhuǎn)。 HSYNC

21、導(dǎo)致導(dǎo)致panel開始新開始新的一行。的一行。 VSYNC導(dǎo)致導(dǎo)致panel開始新開始新的一幀?？偸前ㄗ詈笠粋€的一幀?？偸前ㄗ詈笠粋€HSYNC脈沖。脈沖。 OE作為輸出作為輸出CRT信號的使信號的使能信號。此輸出使能信號類似能信號。此輸出使能信號類似于于CRT的空輸出和用于移位的空輸出和用于移位到顯示的數(shù)據(jù)使能。到顯示的數(shù)據(jù)使能。27黑白/灰度/彩色液晶控制器（LCDC）功能：LCDC是將系統(tǒng)需要顯示的數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后輸出到LCD顯示驅(qū)動器的液晶顯示控制模塊，支持黑白、灰度、彩色液晶屏。 在用戶初始化配置后，LCDC將在自動進行讀取數(shù)據(jù)、緩存數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)以及輸出符合時序要求的控制和數(shù)據(jù)信號

22、等操作。特征： STN(Super Twisted Nematic)4/8位接口的單色顯示 TFT(Thin Film Transistor)彩色顯示，16bpp不經(jīng)調(diào)色的TFT真彩色顯示 分辨率軟件可配置，最高至102476FRAMEBUFFERL C DLCD接口DATABUFFERDATAOPERATIONLDCDrive芯片芯片數(shù)據(jù)控制信號模擬信號LCDC結(jié)構(gòu)框圖結(jié)構(gòu)框圖LCDC控制器中所設(shè)計的寄存器控制器中所設(shè)計的寄存器屏幕起始地址寄存器屏幕起始地址寄存器SSA：用于存放每幀數(shù)據(jù)的第一個字在存儲器中的地址，即Framebuffer的地址。當(dāng)用戶配置完LCDC并使能后，以及每讀完一幀數(shù)

23、據(jù)后，LCDC將以本寄存器的值為地址讀取相應(yīng)存儲器單元的數(shù)據(jù)作為一幀數(shù)據(jù)中的第一個字，然后以遞增地址的方式讀取一幀中剩余的數(shù)據(jù)。這個地址必須是開始在4byte邊界，確保能存放一幅完整的圖像。屏幕尺寸寄存器屏幕尺寸寄存器SIZE：確定屏幕尺寸，屏幕尺寸由屏幕寬度和屏幕高度組成，用戶可以根據(jù)實際硬件上的屏幕大小來對該寄存器進行配置。面板配置寄存器面板配置寄存器PCR：這個寄存器比較重要，它決定了TFT顯示的接口，彩色顯示接口，Panel總線寬度，像素位數(shù)，像素極性，首行標(biāo)志極性，行脈沖極性，LCD移位時鐘極性，輸出使能極性，LSCLK空閑使能，印第安格式選擇，ACD時鐘源選擇，晶向變換，LSCLK

24、選擇，像素時鐘間隔。其中，對刷新率起到作用的是總線寬度，像素位數(shù)和像素時鐘間隔。水平配置寄存器水平配置寄存器HCR：確定每刷一行所需要的等待時間。垂直配置寄存器垂直配置寄存器VCR：確定每刷一幀所需要的等待時間。PWM對比度控制寄存器對比度控制寄存器PWMR：確定屏幕的對比度。使能控制寄存器使能控制寄存器LECR：用于使能或禁止LCDCDMACR控制寄存器控制寄存器：確定LCD控制器自帶的DMA的傳輸方式和大小。LCDICR中斷使能寄存器中斷使能寄存器：用于使能或屏蔽LCDC模塊輸出的中斷信號LCDISR中斷狀態(tài)寄存器中斷狀態(tài)寄存器：存放了LCDC的中斷狀態(tài)標(biāo)志灰度調(diào)色映射寄存器組灰度調(diào)色映射寄存器組LGPMR：用于設(shè)置灰度顯示屏的各級灰度30目錄目錄 低速通信接口控制器低速通信接口控制器 UART SPI 高速通信接口控制器高速通信接口控制器 USB 人機界面控制器人機界面控制器 LCDC I2S31PCM格式格式 將音頻數(shù)字化，其實就是將聲音數(shù)字化。最常見