嵌入式系統(tǒng)psoc2介紹及應(yīng)用

1、嵌入式系統(tǒng)徐迎mbedded SystemPg 2 第二講第二講 嵌入式系統(tǒng)硬件平臺嵌入式系統(tǒng)硬件平臺1. 1. 概述概述2. 2. 總線總線3. 3. 存儲設(shè)備存儲設(shè)備4. I/O4. I/O設(shè)備設(shè)備5. 5. 通信設(shè)備通信設(shè)備6. 6. 其它其它第二講第二講 嵌入式系統(tǒng)硬件平臺嵌入式系統(tǒng)硬件平臺Pg 3 嵌入式系統(tǒng)的硬件除了核心部件嵌入式系統(tǒng)的硬件除了核心部件嵌入式處理器嵌入式處理器，還包括還包括存儲器系統(tǒng)存儲器系統(tǒng)、外圍接口部件外圍接口部件以及連接各種設(shè)備的以及連接各種設(shè)備的總總線系統(tǒng)線系統(tǒng)。 其中，存儲器是嵌入式系統(tǒng)存放數(shù)據(jù)和程序的功能部其中，存儲器是嵌入式系

2、統(tǒng)存放數(shù)據(jù)和程序的功能部件；件； 而外圍設(shè)備決定了應(yīng)用于不同領(lǐng)域的嵌入式系統(tǒng)的獨而外圍設(shè)備決定了應(yīng)用于不同領(lǐng)域的嵌入式系統(tǒng)的獨特功能。特功能。 一一 概述概述第二講第二講 嵌入式系統(tǒng)硬件平臺嵌入式系統(tǒng)硬件平臺Pg 4 嵌入式系統(tǒng)的硬件組成嵌入式系統(tǒng)的硬件組成 第二講第二講 嵌入式系統(tǒng)硬件平臺嵌入式系統(tǒng)硬件平臺Pg 5 嵌入式系統(tǒng)的硬件是以嵌入式處理器為中心，由存嵌入式系統(tǒng)的硬件是以嵌入式處理器為中心，由存儲器、儲器、I/O單元電路、通信模塊、其它外部設(shè)備等必要的單元電路、通信模塊、其它外部設(shè)備等必要的輔助接口組成。輔助接口組成。 在實際應(yīng)用中，嵌入式系統(tǒng)硬件配置非常精簡，除在實際應(yīng)用中，嵌入式

3、系統(tǒng)硬件配置非常精簡，除了微處理器和基本的外圍電路以外，其余的電路可以根了微處理器和基本的外圍電路以外，其余的電路可以根據(jù)需要和成本進行裁剪、定制。據(jù)需要和成本進行裁剪、定制。 通常，嵌入式系統(tǒng)還包括人機交互界面，用于系統(tǒng)通常，嵌入式系統(tǒng)還包括人機交互界面，用于系統(tǒng)與人的交互。人機界面常常使用鍵盤、液晶屏、觸摸屏與人的交互。人機界面常常使用鍵盤、液晶屏、觸摸屏等部件，以方便與人的交互操作。等部件，以方便與人的交互操作。第二講第二講 嵌入式系統(tǒng)硬件平臺嵌入式系統(tǒng)硬件平臺Pg 6 存儲器是構(gòu)成嵌入式系統(tǒng)硬件的重要組成部分。在存儲器是構(gòu)成嵌入式系統(tǒng)硬件的重要組成部分。在嵌入式系統(tǒng)中使用的存儲器可以只

4、是內(nèi)部存儲器，也可嵌入式系統(tǒng)中使用的存儲器可以只是內(nèi)部存儲器，也可以包含外部存儲器。以包含外部存儲器。 嵌入式處理器工作時必須有附屬電路支持。在設(shè)計嵌入式處理器工作時必須有附屬電路支持。在設(shè)計其硬件電路時，常常將它們與嵌入式處理器設(shè)計成一個其硬件電路時，常常將它們與嵌入式處理器設(shè)計成一個模塊，形成處理器子系統(tǒng)。模塊，形成處理器子系統(tǒng)。 嵌入式處理器在功能上與通用處理器的區(qū)別之一在嵌入式處理器在功能上與通用處理器的區(qū)別之一在于嵌入式處理器上集成了大量的于嵌入式處理器上集成了大量的I/O電路。用戶在開發(fā)電路。用戶在開發(fā)時，根據(jù)系統(tǒng)需求選擇嵌入式處理器，而不是讓嵌入式時，根據(jù)系統(tǒng)需求選擇嵌入式處理器

5、，而不是讓嵌入式處理器另外選擇配合處理器另外選擇配合I/O電路。電路。 第二講第二講 嵌入式系統(tǒng)硬件平臺嵌入式系統(tǒng)硬件平臺Pg 7 總線概念總線概念 總線協(xié)議總線協(xié)議 DMA 總線配置總線配置 總線實例總線實例 二二 總線總線第二講第二講 嵌入式系統(tǒng)硬件平臺嵌入式系統(tǒng)硬件平臺Pg 8 所有微機系統(tǒng)的總線結(jié)構(gòu)，不外乎有所有微機系統(tǒng)的總線結(jié)構(gòu)，不外乎有“馮馮諾伊曼諾伊曼”和和“哈佛哈佛”兩種。兩種。馮諾伊曼總線結(jié)構(gòu)哈佛總線結(jié)構(gòu)注：圖中所有的總線都可以有自己不同的寬度總線總線（Bus）是計算機各種功能部件之間傳送信息的公共）是計算機各種功能部件之間傳送信息的公共通信干線，它是由導(dǎo)線組成的傳輸線束。按

6、照計算機所通信干線，它是由導(dǎo)線組成的傳輸線束。按照計算機所傳輸?shù)男畔⒎N類，計算機的總線可以劃分為傳輸?shù)男畔⒎N類，計算機的總線可以劃分為數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線、地址總線地址總線和和控制總線控制總線，分別用來傳輸數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)地址和，分別用來傳輸數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)地址和控制信號。控制信號。第二講第二講 嵌入式系統(tǒng)硬件平臺嵌入式系統(tǒng)硬件平臺Pg 9 馮馮諾伊曼總線結(jié)構(gòu)諾伊曼總線結(jié)構(gòu)將程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器合在一起管將程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器合在一起管理，采用同一套地址和數(shù)據(jù)總線對它們進行尋址。因此總線理，采用同一套地址和數(shù)據(jù)總線對它們進行尋址。因此總線就特別繁忙，成為提高運行速度的就特別繁忙，成為提高運行速度的“瓶頸瓶

7、頸”。 但在使用上非常靈活。但在使用上非常靈活。 哈佛總線結(jié)構(gòu)哈佛總線結(jié)構(gòu)采用兩套總線分別控制程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲采用兩套總線分別控制程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器，分別讀取程序代碼和數(shù)據(jù)。器，分別讀取程序代碼和數(shù)據(jù)。 降低了總線繁忙程度和指令執(zhí)行的時間。降低了總線繁忙程度和指令執(zhí)行的時間。 哈佛結(jié)構(gòu)使得指令的執(zhí)行時間相等，提高了控制性能。哈佛結(jié)構(gòu)使得指令的執(zhí)行時間相等，提高了控制性能。第二講第二講 嵌入式系統(tǒng)硬件平臺嵌入式系統(tǒng)硬件平臺Pg 10 第二講第二講 嵌入式系統(tǒng)硬件平臺嵌入式系統(tǒng)硬件平臺數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線 數(shù)據(jù)總線的寬度又稱為計算機的數(shù)據(jù)總線的寬度又稱為計算機的“位數(shù)位數(shù)”，是計算機系，是計算

8、機系統(tǒng)一個最重要的參數(shù)。原因是數(shù)據(jù)總線的寬度表明了計統(tǒng)一個最重要的參數(shù)。原因是數(shù)據(jù)總線的寬度表明了計算機系統(tǒng)能夠一次處理的數(shù)據(jù)的范圍，代表了計算機系算機系統(tǒng)能夠一次處理的數(shù)據(jù)的范圍，代表了計算機系統(tǒng)處理數(shù)據(jù)的能力。統(tǒng)處理數(shù)據(jù)的能力。 如：如：MCS-51單片機的數(shù)據(jù)總線寬度為單片機的數(shù)據(jù)總線寬度為8位，位，ARM Cortex-M3的數(shù)據(jù)總線寬度為的數(shù)據(jù)總線寬度為32位。位。程序總線程序總線 決定了決定了CPU每次能夠從程序存儲器取出多少位的指令，每次能夠從程序存儲器取出多少位的指令，或者說一條指令中能夠含有多少信息。因此程序總線的或者說一條指令中能夠含有多少信息。因此程序總線的寬度在很大程度

9、上決定了計算機系統(tǒng)指令集的效率。寬度在很大程度上決定了計算機系統(tǒng)指令集的效率。Pg 11 第二講第二講 嵌入式系統(tǒng)硬件平臺嵌入式系統(tǒng)硬件平臺數(shù)據(jù)地址總線數(shù)據(jù)地址總線 數(shù)據(jù)地址總線幫助數(shù)據(jù)總線，對數(shù)據(jù)存儲器進行尋址。數(shù)據(jù)地址總線幫助數(shù)據(jù)總線，對數(shù)據(jù)存儲器進行尋址。其寬度決定了單片機能夠?qū)ぶ返臄?shù)據(jù)存儲器的多少。其寬度決定了單片機能夠?qū)ぶ返臄?shù)據(jù)存儲器的多少。程序地址總線程序地址總線 程序地址總線幫助程序總線對程序存儲器進行尋址。程程序地址總線幫助程序總線對程序存儲器進行尋址。程序地址總線的寬度決定了單片機理論上能夠含有的程序序地址總線的寬度決定了單片機理論上能夠含有的程序存儲器的多少。存儲器的多少。

10、 以上概念主要描述的是并行通信總線，對于串行通信總線，以上概念主要描述的是并行通信總線，對于串行通信總線，則情況會有較多區(qū)別。則情況會有較多區(qū)別。不管怎樣，總線是各種功能部件之間傳送信息的公共通道，不管怎樣，總線是各種功能部件之間傳送信息的公共通道，總線上所接的功能部件一定是可以多于總線上所接的功能部件一定是可以多于2個的。個的。Pg 12 1握手協(xié)議握手協(xié)議 總線握手協(xié)議的總線握手協(xié)議的作用作用是控制每個總線周期中數(shù)據(jù)傳送的開是控制每個總線周期中數(shù)據(jù)傳送的開始和結(jié)束，從而實現(xiàn)兩個設(shè)備間協(xié)調(diào)和配合，保證數(shù)據(jù)傳送始和結(jié)束，從而實現(xiàn)兩個設(shè)備間協(xié)調(diào)和配合，保證數(shù)據(jù)傳送的正確和可靠。的正確和可靠。這是

11、因為總線上連接有多個通信設(shè)備，它們之間若隨意在總這是因為總線上連接有多個通信設(shè)備，它們之間若隨意在總線上傳送數(shù)據(jù)必然會導(dǎo)致沖突。線上傳送數(shù)據(jù)必然會導(dǎo)致沖突。 最簡單的握手使用兩根用來進行握手的電線最簡單的握手使用兩根用來進行握手的電線enq（表示查詢）（表示查詢）和和ack（表示應(yīng)答），并使用專用的電線來傳輸數(shù)據(jù)。（表示應(yīng)答），并使用專用的電線來傳輸數(shù)據(jù)。 握手信號線必須以某種方式的信號變化來表明整個總線傳握手信號線必須以某種方式的信號變化來表明整個總線傳輸周期的開始和結(jié)束，以及在整個周期內(nèi)每個子周期的開始輸周期的開始和結(jié)束，以及在整個周期內(nèi)每個子周期的開始和結(jié)束。和結(jié)束。 第二講第二講 嵌入

12、式系統(tǒng)硬件平臺嵌入式系統(tǒng)硬件平臺Pg 13 四四周周期期握握手手協(xié)協(xié)議議第二講第二講 嵌入式系統(tǒng)硬件平臺嵌入式系統(tǒng)硬件平臺總線握手協(xié)議中的基本構(gòu)件是總線握手協(xié)議中的基本構(gòu)件是四周期握手協(xié)議四周期握手協(xié)議。Pg 14 2總線讀寫總線讀寫 微處理器總線在握手基礎(chǔ)上為微處理器總線在握手基礎(chǔ)上為CPU和系統(tǒng)其他部分建立通信。和系統(tǒng)其他部分建立通信?；镜目偩€操作包括讀和寫?；镜目偩€操作包括讀和寫。 第二講第二講 嵌入式系統(tǒng)硬件平臺嵌入式系統(tǒng)硬件平臺Pg 15 總線行為經(jīng)常用總線行為經(jīng)常用時序圖時序圖來說明，時序圖表示了總線上的信號來說明，時序圖表示了總線上的信號如何隨時間變化。如何隨時間變化。 第二

13、講第二講 嵌入式系統(tǒng)硬件平臺嵌入式系統(tǒng)硬件平臺這里所說的這里所說的“讀讀”、“寫寫”，是從，是從控制信號提供控制信號提供方角度而言的方角度而言的Pg 16 第二講第二講 嵌入式系統(tǒng)硬件平臺嵌入式系統(tǒng)硬件平臺 HD44780液晶顯示控制器液晶顯示控制器（CPU）讀操作總線時序圖）讀操作總線時序圖控制信號控制信號若若CPU與設(shè)備以總線方式連與設(shè)備以總線方式連接（而不是以單獨接（而不是以單獨I/O口的方口的方式連接分別控制各信號線），式連接分別控制各信號線），則通過則通過CPU指令非常容易總指令非常容易總線讀或總線寫操作，形如：線讀或總線寫操作，形如：unsigned int data;unsign

14、ed int *addr= 0 x123456;data = *addr;該語句執(zhí)行時將產(chǎn)生一次該語句執(zhí)行時將產(chǎn)生一次讀總線周期，執(zhí)行花費時讀總線周期，執(zhí)行花費時間取決于總線周期長度。間取決于總線周期長度。Pg 17 HD44780液晶顯示控制器液晶顯示控制器（CPU）寫操作總線時序圖）寫操作總線時序圖第二講第二講 嵌入式系統(tǒng)硬件平臺嵌入式系統(tǒng)硬件平臺Pg 18 在許多系統(tǒng)中，總線上也可執(zhí)行突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸。在許多系統(tǒng)中，總線上也可執(zhí)行突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸。 第二講第二講 嵌入式系統(tǒng)硬件平臺嵌入式系統(tǒng)硬件平臺Pg 19 總線事務(wù)的狀態(tài)機是對時序圖的有效補充?？偩€事務(wù)的狀態(tài)機是對時序圖的有效補充。 當(dāng)當(dāng)CP

15、U決定執(zhí)行一個讀事務(wù)，它轉(zhuǎn)換到新狀態(tài)，并發(fā)決定執(zhí)行一個讀事務(wù)，它轉(zhuǎn)換到新狀態(tài)，并發(fā)給讓設(shè)備正確工作的總線信號；而設(shè)備狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖捕獲給讓設(shè)備正確工作的總線信號；而設(shè)備狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖捕獲它這一端的總線協(xié)議狀態(tài)。它這一端的總線協(xié)議狀態(tài)。 第二講第二講 嵌入式系統(tǒng)硬件平臺嵌入式系統(tǒng)硬件平臺Pg 20 標準總線事務(wù)要求標準總線事務(wù)要求CPU在每個讀寫事務(wù)中間，解決在每個讀寫事務(wù)中間，解決CPU與其他設(shè)備的信息交換問題。與其他設(shè)備的信息交換問題。 某些數(shù)據(jù)傳輸可能并不需要某些數(shù)據(jù)傳輸可能并不需要CPU介入，如介入，如I/O設(shè)備設(shè)備和存儲器之間的數(shù)據(jù)交換。要實現(xiàn)這類操作，就要求和存儲器之間的數(shù)據(jù)交換。要實現(xiàn)這類

16、操作，就要求有有CPU以外的設(shè)備單元能夠控制總線上的操作。以外的設(shè)備單元能夠控制總線上的操作。 存在的問題？存在的問題？第二講第二講 嵌入式系統(tǒng)硬件平臺嵌入式系統(tǒng)硬件平臺Pg 21 直接存儲器訪問直接存儲器訪問（Direct Memory Access，DMA）是）是允許讀寫不由允許讀寫不由CPU控制的總線操作?？刂频目偩€操作。雖然名字上有雖然名字上有“存儲器存儲器”，但，但DMA也可以適用于映射到地址也可以適用于映射到地址空間上的別的空間上的別的I/O設(shè)備。設(shè)備。 DMA使用一種稱為使用一種稱為DMA控制器控制器的專用硬件來完成外的專用硬件來完成外設(shè)與存儲器之間的高速數(shù)據(jù)傳送。設(shè)與存儲器之間

17、的高速數(shù)據(jù)傳送。 DMA控制器從控制器從CPU請求總線控制，當(dāng)請求總線控制，當(dāng)CPU不需使用總不需使用總線傳輸數(shù)據(jù)時，則線傳輸數(shù)據(jù)時，則DMA控制器得到總線控制權(quán)，它能控制器得到總線控制權(quán)，它能像像CPU那樣提供存儲地址和必要的讀寫控制信號，實現(xiàn)那樣提供存儲地址和必要的讀寫控制信號，實現(xiàn)直接在設(shè)備和存儲器之間執(zhí)行讀寫操作。直接在設(shè)備和存儲器之間執(zhí)行讀寫操作。 第二講第二講 嵌入式系統(tǒng)硬件平臺嵌入式系統(tǒng)硬件平臺Pg 22 圖圖3-73-7 帶帶DMADMA控制器的總線控制器的總線 第二講第二講 嵌入式系統(tǒng)硬件平臺嵌入式系統(tǒng)硬件平臺DMA控制器、控制器、CPU都可以發(fā)起總線數(shù)據(jù)傳輸，它們被稱為都可

18、以發(fā)起總線數(shù)據(jù)傳輸，它們被稱為總線主設(shè)備總線主設(shè)備，其它，其它總線上的設(shè)備則稱為總線上的設(shè)備則稱為總線從設(shè)備總線從設(shè)備?？偩€在一段時間內(nèi)只能由一個主設(shè)備控制使用，若多個總線主設(shè)備同時需要總線在一段時間內(nèi)只能由一個主設(shè)備控制使用，若多個總線主設(shè)備同時需要使用總線，此時需要使用總線，此時需要“仲裁仲裁”，由仲裁器決定哪一個使用。，由仲裁器決定哪一個使用。Pg 23 一個微處理器系統(tǒng)可能使用多條總線來連接設(shè)備。一個微處理器系統(tǒng)可能使用多條總線來連接設(shè)備。 多總線系統(tǒng)多總線系統(tǒng) 第二講第二講 嵌入式系統(tǒng)硬件平臺嵌入式系統(tǒng)硬件平臺Pg 24 使用這樣的總線配置主要考慮到以下幾個原因使用這樣的總線配置主要

19、考慮到以下幾個原因:u 高速總線通常提供較寬的數(shù)據(jù)連接。高速總線通常提供較寬的數(shù)據(jù)連接。u 高速總線通常要更昂貴的電路和連接器，可以通過高速總線通常要更昂貴的電路和連接器，可以通過使用較慢的、比較便宜的總線來降低低速設(shè)備成本。使用較慢的、比較便宜的總線來降低低速設(shè)備成本。u 橋允許總線獨立操作，因此可以在橋允許總線獨立操作，因此可以在I/O操作中提供并操作中提供并行性。行性。 第二講第二講 嵌入式系統(tǒng)硬件平臺嵌入式系統(tǒng)硬件平臺Pg 25 ARM AMBA總線系統(tǒng)總線系統(tǒng)第二講第二講 嵌入式系統(tǒng)硬件平臺嵌入式系統(tǒng)硬件平臺Pg 26 存儲器存儲器用來存放計算機工作所必須的數(shù)據(jù)和程序，在嵌入式用來存

20、放計算機工作所必須的數(shù)據(jù)和程序，在嵌入式系統(tǒng)中普遍使用。系統(tǒng)中普遍使用。 嵌入式微處理器在運行時，大部分總線周期都是用于對存儲嵌入式微處理器在運行時，大部分總線周期都是用于對存儲器的讀器的讀/ /寫訪問。存儲器系統(tǒng)性能的好壞將在很大程度上影響嵌寫訪問。存儲器系統(tǒng)性能的好壞將在很大程度上影響嵌入式系統(tǒng)的性能。入式系統(tǒng)的性能。 為了追求存儲器的高性能，一方面要從存儲單元的設(shè)計、制為了追求存儲器的高性能，一方面要從存儲單元的設(shè)計、制造上研究改進；另一方面從存儲器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)上探索、優(yōu)化。造上研究改進；另一方面從存儲器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)上探索、優(yōu)化。三三 存儲設(shè)備存儲設(shè)備嵌入式系統(tǒng)存儲器子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)嵌入式系統(tǒng)存

21、儲器子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) RAM ROMFlash第二講第二講 嵌入式系統(tǒng)硬件平臺嵌入式系統(tǒng)硬件平臺Pg 27 嵌入式系統(tǒng)的存儲器子系統(tǒng)與通用計算機的存儲器子嵌入式系統(tǒng)的存儲器子系統(tǒng)與通用計算機的存儲器子系統(tǒng)的功能并無明顯的區(qū)別。系統(tǒng)的功能并無明顯的區(qū)別。 這決定了嵌入式系統(tǒng)的存儲器子系統(tǒng)的設(shè)計指標和方這決定了嵌入式系統(tǒng)的存儲器子系統(tǒng)的設(shè)計指標和方法也可以采用通用計算機的方法，尤其是嵌入通用計算法也可以采用通用計算機的方法，尤其是嵌入通用計算機的大型嵌入式系統(tǒng)更是如此。機的大型嵌入式系統(tǒng)更是如此。 存儲器子系統(tǒng)設(shè)計的存儲器子系統(tǒng)設(shè)計的首要目標首要目標是使存儲器在工作速度是使存儲器在工作速度上很好的與處

22、理器匹配，并滿足各種存取需要。上很好的與處理器匹配，并滿足各種存取需要。第二講第二講 嵌入式系統(tǒng)硬件平臺嵌入式系統(tǒng)硬件平臺Pg 28 大量使用高速存儲器，使它們在速度上與處理器相吻大量使用高速存儲器，使它們在速度上與處理器相吻合，能夠簡便地解決問題，但受到經(jīng)濟上的限制。合，能夠簡便地解決問題，但受到經(jīng)濟上的限制。 在實際的計算機系統(tǒng)中，總是采用在實際的計算機系統(tǒng)中，總是采用分級的方法分級的方法來設(shè)計來設(shè)計整個存儲器系統(tǒng)。整個存儲器系統(tǒng)。 全部存儲系統(tǒng)分為全部存儲系統(tǒng)分為四級四級，即，即寄存器組寄存器組、高速緩存高速緩存、內(nèi)存內(nèi)存和和外存外存。它們在存取速度上依次遞減，而在存儲容。它們在存取速度

23、上依次遞減，而在存儲容量上逐級遞增。量上逐級遞增。第二講第二講 嵌入式系統(tǒng)硬件平臺嵌入式系統(tǒng)硬件平臺 存儲器子系統(tǒng)設(shè)計的存儲器子系統(tǒng)設(shè)計的首要目標首要目標是使存儲器在工作是使存儲器在工作速度上很好的與處理器匹配，并滿足各種存取需要。速度上很好的與處理器匹配，并滿足各種存取需要。Pg 29 分級的存儲器子系統(tǒng)分級的存儲器子系統(tǒng) 第二講第二講 嵌入式系統(tǒng)硬件平臺嵌入式系統(tǒng)硬件平臺Pg 30 寄存器組寄存器組寄存器組是最高一級的存儲器。寄存器組是最高一級的存儲器。 在計算機設(shè)備中，寄存器組一般是微處理器內(nèi)含的，在計算機設(shè)備中，寄存器組一般是微處理器內(nèi)含的，ARM處理器中有處理器中有37個寄存器。個寄

24、存器。 有些待使用的數(shù)據(jù)或者運算的中間結(jié)果可以暫存在這有些待使用的數(shù)據(jù)或者運算的中間結(jié)果可以暫存在這些寄存器中。些寄存器中。 微處理器在對本芯片內(nèi)的寄存器讀寫時，速度很快，微處理器在對本芯片內(nèi)的寄存器讀寫時，速度很快，一般在一個時鐘周期內(nèi)完成。一般在一個時鐘周期內(nèi)完成。第二講第二講 嵌入式系統(tǒng)硬件平臺嵌入式系統(tǒng)硬件平臺Pg 31 從總體上說，設(shè)置一系列寄存器是為了盡可能減少微處從總體上說，設(shè)置一系列寄存器是為了盡可能減少微處理器直接從外部取數(shù)的次數(shù)。理器直接從外部取數(shù)的次數(shù)。 但由于寄存器組是制作在微處理器內(nèi)部的，受芯片面積但由于寄存器組是制作在微處理器內(nèi)部的，受芯片面積和集成度的限制，寄存器

25、的數(shù)量不可能做得很多。和集成度的限制，寄存器的數(shù)量不可能做得很多。 第二講第二講 嵌入式系統(tǒng)硬件平臺嵌入式系統(tǒng)硬件平臺Pg 32 高速緩沖存儲器（高速緩沖存儲器（Cache）第二級存儲器是高速緩沖存儲器（第二級存儲器是高速緩沖存儲器（Cache）。）。 高速緩存是一種小型、快速的存儲器，其存取速度足以高速緩存是一種小型、快速的存儲器，其存取速度足以與微處理器相匹配。與微處理器相匹配。 高速緩存保存部分內(nèi)存的內(nèi)容的拷貝，這部分內(nèi)容應(yīng)是高速緩存保存部分內(nèi)存的內(nèi)容的拷貝，這部分內(nèi)容應(yīng)是被高頻率使用的。如果正確使用，它能夠減少內(nèi)存平均訪被高頻率使用的。如果正確使用，它能夠減少內(nèi)存平均訪問時間。問時間。

26、 第二講第二講 嵌入式系統(tǒng)硬件平臺嵌入式系統(tǒng)硬件平臺Pg 33 內(nèi)存內(nèi)存第三級是內(nèi)存。第三級是內(nèi)存。 運行的程序和數(shù)據(jù)都放在內(nèi)存中。運行的程序和數(shù)據(jù)都放在內(nèi)存中。 如果微處理器的訪問大部分在高速緩存上，內(nèi)存就可如果微處理器的訪問大部分在高速緩存上，內(nèi)存就可以采用速度稍慢的存儲器，對系統(tǒng)性能的影響不會太大，以采用速度稍慢的存儲器，對系統(tǒng)性能的影響不會太大，同時又降低了成本。同時又降低了成本。 內(nèi)存除主要使用內(nèi)存除主要使用RAM外，還要使用一定量的外，還要使用一定量的ROM。第二講第二講 嵌入式系統(tǒng)硬件平臺嵌入式系統(tǒng)硬件平臺Pg 34 外存外存最低一級存儲器是大容量的外存。最低一級存儲器是大容量的

27、外存。 這種外存容量大，但是在存取速度上比內(nèi)存要慢得多。這種外存容量大，但是在存取速度上比內(nèi)存要慢得多。 目前嵌入式系統(tǒng)中常用目前嵌入式系統(tǒng)中常用閃存閃存作為大容量作為大容量“硬盤硬盤”存儲存儲各種程序和數(shù)據(jù)。各種程序和數(shù)據(jù)。 第二講第二講 嵌入式系統(tǒng)硬件平臺嵌入式系統(tǒng)硬件平臺Pg 35 隨機存儲器隨機存儲器（Random Access Memory，RAM）能）能夠隨時在任一地址讀出或?qū)懭雰?nèi)容。夠隨時在任一地址讀出或?qū)懭雰?nèi)容。 RAM的突出優(yōu)點是讀寫方便、使用靈活。缺點是不能的突出優(yōu)點是讀寫方便、使用靈活。缺點是不能長期保存信息，一旦停電，所存信息就會丟失。但維持長期保存信息，一旦停電，所存

28、信息就會丟失。但維持靜態(tài)數(shù)據(jù)所需的功耗通常較低。靜態(tài)數(shù)據(jù)所需的功耗通常較低。 第二講第二講 嵌入式系統(tǒng)硬件平臺嵌入式系統(tǒng)硬件平臺Pg 36 RAM用于數(shù)據(jù)的臨時存儲或緩沖存儲，在嵌入式系統(tǒng)中用于數(shù)據(jù)的臨時存儲或緩沖存儲，在嵌入式系統(tǒng)中主要用于：主要用于：u 存放當(dāng)前正在執(zhí)行的程序和數(shù)據(jù)，如用戶的調(diào)試程序、程存放當(dāng)前正在執(zhí)行的程序和數(shù)據(jù)，如用戶的調(diào)試程序、程序的中間運算結(jié)果以及掉電時無需保存的序的中間運算結(jié)果以及掉電時無需保存的I/O數(shù)據(jù)和參數(shù)等。數(shù)據(jù)和參數(shù)等。u 作為作為I/O數(shù)據(jù)緩沖存儲器，如顯示輸出緩沖存儲器、鍵盤數(shù)據(jù)緩沖存儲器，如顯示輸出緩沖存儲器、鍵盤輸入緩沖存儲器等。輸入緩沖存儲器等

29、。u 作為中斷服務(wù)程序中保護作為中斷服務(wù)程序中保護CPU現(xiàn)場信息的?！，F(xiàn)場信息的棧。 第二講第二講 嵌入式系統(tǒng)硬件平臺嵌入式系統(tǒng)硬件平臺Pg 37 靜態(tài)靜態(tài)RAM 動態(tài)動態(tài)RAM 如何選擇如何選擇RAM 第二講第二講 嵌入式系統(tǒng)硬件平臺嵌入式系統(tǒng)硬件平臺Pg 38 (1) 靜態(tài)靜態(tài)RAM 靜態(tài)隨機存儲器靜態(tài)隨機存儲器（Static RAM，SRAM）的存儲單）的存儲單元電路是以雙穩(wěn)態(tài)元電路是以雙穩(wěn)態(tài)電路為基礎(chǔ)，因此電路為基礎(chǔ)，因此狀態(tài)穩(wěn)定，只要不狀態(tài)穩(wěn)定，只要不掉電，信息不會丟掉電，信息不會丟失。失。 異步異步SRAM讀寫時序讀寫時序 第二講第二講 嵌入式系統(tǒng)硬件平臺嵌入式系統(tǒng)硬件平臺Pg 3

30、9 SRAM的操作方法有兩種，即的操作方法有兩種，即讀操作讀操作和和寫操作寫操作。異步。異步SRAM的操作是最簡單的，如下：的操作是最簡單的，如下： 異步異步SRAM上的讀操作方法：上的讀操作方法：u 將地址送到地址線上將地址送到地址線上u 然后讓然后讓CE=0，啟用，啟用SRAM u 讓讓R/W=1u 一定延遲時間后，數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)信號線輸出。一定延遲時間后，數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)信號線輸出。異步異步SRAM上的寫操作方法：上的寫操作方法： u 將地址送到地址線上將地址送到地址線上u 讓讓CE=0，啟用，啟用SRAMu 讓讓R/W=0u 數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)線上數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)線上u 讓讓R/W=1，在，在R/W上

31、升沿數(shù)據(jù)被寫入存儲器。上升沿數(shù)據(jù)被寫入存儲器。第二講第二講 嵌入式系統(tǒng)硬件平臺嵌入式系統(tǒng)硬件平臺Pg 40 在使用在使用SRAM時，需要考慮時，需要考慮SRAM與處理器的匹配，與處理器的匹配，一般包括：一般包括：u工作電壓工作電壓u工作速度工作速度u時序時序第二講第二講 嵌入式系統(tǒng)硬件平臺嵌入式系統(tǒng)硬件平臺Pg 41 (2) 動態(tài)動態(tài)RAM 動態(tài)隨機存儲器動態(tài)隨機存儲器（Dynamic RAM，DRAM）的存儲）的存儲單元電路是以電容為基礎(chǔ)，電路簡單、集成度高。單元電路是以電容為基礎(chǔ)，電路簡單、集成度高。DRAM有很多類型，主要是接口方面的不同，內(nèi)部存有很多類型，主要是接口方面的不同，內(nèi)部存儲

32、單元基礎(chǔ)則差別不大。儲單元基礎(chǔ)則差別不大。 但但DRAM即使不掉電也會因電容放電而丟失信息，需即使不掉電也會因電容放電而丟失信息，需要定時刷新，因此在工作時必須配合要定時刷新，因此在工作時必須配合DRAM控制器控制器。第二講第二講 嵌入式系統(tǒng)硬件平臺嵌入式系統(tǒng)硬件平臺Pg 42 DRAM通過通過DRAM控制器組成存儲器系統(tǒng)控制器組成存儲器系統(tǒng) 執(zhí)行執(zhí)行DRAM的刷新操作，的刷新操作，使得使得DRAM中數(shù)據(jù)有效中數(shù)據(jù)有效第二講第二講 嵌入式系統(tǒng)硬件平臺嵌入式系統(tǒng)硬件平臺Pg 43 基基本本動動態(tài)態(tài)RAM RAM 第二講第二講 嵌入式系統(tǒng)硬件平臺嵌入式系統(tǒng)硬件平臺EDO DRAM讀時序讀時序 Pg

33、 44 (3) 如何選擇如何選擇RAM u 如果系統(tǒng)的隨機存儲器的容量不是很大（如如果系統(tǒng)的隨機存儲器的容量不是很大（如1M字節(jié)以下），字節(jié)以下），一般采用一般采用SRAM；反之，選擇；反之，選擇DRAM。u 對于特別高速度的應(yīng)用，使用對于特別高速度的應(yīng)用，使用SRAM。u 如果嵌入式系統(tǒng)對功耗敏感，可使用如果嵌入式系統(tǒng)對功耗敏感，可使用SRAM。因為。因為DRAM需要需要定時刷新，消耗能量相對大；而定時刷新，消耗能量相對大；而SRAM在系統(tǒng)進入待機工作方式在系統(tǒng)進入待機工作方式時，只需要微小的待機電流就可以維持數(shù)據(jù)不丟失。但需要注意時，只需要微小的待機電流就可以維持數(shù)據(jù)不丟失。但需要注意的是

34、，的是，SRAM的靜態(tài)功耗低，但是工作時動態(tài)功耗不低。的靜態(tài)功耗低，但是工作時動態(tài)功耗不低。在設(shè)計嵌入式系統(tǒng)選擇在設(shè)計嵌入式系統(tǒng)選擇SRAM和和DRAM時，通?？紤]以時，通?？紤]以下因素：下因素： 第二講第二講 嵌入式系統(tǒng)硬件平臺嵌入式系統(tǒng)硬件平臺Pg 45 u 對于嵌入式處理器而言，有的嵌入式處理器芯片集成了對于嵌入式處理器而言，有的嵌入式處理器芯片集成了DRAM控制器，這時選擇控制器，這時選擇DRAM比較好。一般的，小規(guī)模的嵌入式系統(tǒng)比較好。一般的，小規(guī)模的嵌入式系統(tǒng)不建議使用分離的不建議使用分離的DRAM控制器控制器DRAM的方案。的方案。u 基于基于32位嵌入式處理器的嵌入式系統(tǒng)通常會

35、使用位嵌入式處理器的嵌入式系統(tǒng)通常會使用DRAM。u 復(fù)雜的嵌入式系統(tǒng)可以采用復(fù)雜的嵌入式系統(tǒng)可以采用SRAM和和DRAM混合設(shè)計的方案。混合設(shè)計的方案。u 嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計在使用嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計在使用SRAM和和DRAM的成本上，需要仔細的成本上，需要仔細核算并與整個系統(tǒng)的硬件一起進行核算，最終作出選擇。核算并與整個系統(tǒng)的硬件一起進行核算，最終作出選擇。 第二講第二講 嵌入式系統(tǒng)硬件平臺嵌入式系統(tǒng)硬件平臺Pg 46 只讀存儲器只讀存儲器（Read-Only Memory，ROM）中的內(nèi)）中的內(nèi)容一經(jīng)寫入，在工作過程中就只能讀出不能重寫，即使容一經(jīng)寫入，在工作過程中就只能讀出不能重寫，即使掉電

36、，寫入的內(nèi)容也不會丟失。掉電，寫入的內(nèi)容也不會丟失。 ROM在嵌入式系統(tǒng)中非常有用，常常用來存放系統(tǒng)在嵌入式系統(tǒng)中非常有用，常常用來存放系統(tǒng)軟件（如軟件（如ROM BIOS）、應(yīng)用程序等不隨時間改變的代）、應(yīng)用程序等不隨時間改變的代碼或數(shù)據(jù)。碼或數(shù)據(jù)。 第二講第二講 嵌入式系統(tǒng)硬件平臺嵌入式系統(tǒng)硬件平臺Pg 47 ROM可以分為可以分為工廠可編程工廠可編程ROM和和現(xiàn)場可編程現(xiàn)場可編程ROM兩兩大類。大類。u 工廠可編程工廠可編程ROM（即（即掩模可編程掩?？删幊蘎OM，mask-programmed ROM）是由廠商按照用戶要求掩模制成，封）是由廠商按照用戶要求掩模制成，封裝后不能改寫，用戶

37、只能讀出、不能改寫。掩模裝后不能改寫，用戶只能讀出、不能改寫。掩模ROM一般一般只用于大批量生產(chǎn)的計算機產(chǎn)品中，在產(chǎn)品研制和實驗室只用于大批量生產(chǎn)的計算機產(chǎn)品中，在產(chǎn)品研制和實驗室小批量生產(chǎn)時，應(yīng)選用現(xiàn)場可編程小批量生產(chǎn)時，應(yīng)選用現(xiàn)場可編程ROM。 第二講第二講 嵌入式系統(tǒng)硬件平臺嵌入式系統(tǒng)硬件平臺Pg 48 有幾種不同類型的現(xiàn)場可編程有幾種不同類型的現(xiàn)場可編程ROM，一些只可編程一，一些只可編程一次（次（OTP），而另一些可以被重復(fù)編程。），而另一些可以被重復(fù)編程。 u 可編程可編程ROM（Programmed ROM），為一般的術(shù)語。），為一般的術(shù)語。u 紫外線可擦可編程紫外線可擦可編程R

38、OM（UV Erasable Programmed ROM, UV_EPROM）u 電可擦可編程電可擦可編程ROM（Electrical Erasable Programmed ROM, EEPROM）第二講第二講 嵌入式系統(tǒng)硬件平臺嵌入式系統(tǒng)硬件平臺Pg 49 閃速存儲器閃速存儲器（Flash Memory）是一種電可擦可編程）是一種電可擦可編程ROM存儲器，現(xiàn)今被廣泛使用。存儲器，現(xiàn)今被廣泛使用。 Flash的特點：的特點：u 在不加電情況下能長期保存信息，同時又能在線進行快速在不加電情況下能長期保存信息，同時又能在線進行快速擦除與重寫。擦除與重寫。u 從軟件的觀點來看，從軟件的觀點來看，

39、Flash和和EEPROM的的技術(shù)十分類似。的的技術(shù)十分類似。第二講第二講 嵌入式系統(tǒng)硬件平臺嵌入式系統(tǒng)硬件平臺Pg 50 閃存閃存與與 EEPROM的區(qū)別：的區(qū)別：u 有些有些EEPROM擦寫和編程時要加高電壓，這意味著重新擦寫和編程時要加高電壓，這意味著重新編程時必須將芯片從系統(tǒng)中拿出來；而編程時必須將芯片從系統(tǒng)中拿出來；而Flash使用標準電壓使用標準電壓擦寫和編程，允許芯片在標準系統(tǒng)內(nèi)部編程（在系統(tǒng)可編擦寫和編程，允許芯片在標準系統(tǒng)內(nèi)部編程（在系統(tǒng)可編程程ISP、在應(yīng)用可編程、在應(yīng)用可編程IAP） 。u EEPROM可以單獨擦寫某個單元，操作起來很方便；可以單獨擦寫某個單元，操作起來很

40、方便；Flash則必須擦除一個存儲塊，然后再寫入新數(shù)據(jù)到這個塊則必須擦除一個存儲塊，然后再寫入新數(shù)據(jù)到這個塊中，因此需要保存和重寫被迫被擦除的內(nèi)容。中，因此需要保存和重寫被迫被擦除的內(nèi)容。u 大部分大部分Flash允許某些塊被保護，這一點對存儲空間有限允許某些塊被保護，這一點對存儲空間有限的嵌入式系統(tǒng)非常有用，即將引導(dǎo)代碼放進保護塊內(nèi)而允的嵌入式系統(tǒng)非常有用，即將引導(dǎo)代碼放進保護塊內(nèi)而允許更新設(shè)備上其他的存儲器塊。許更新設(shè)備上其他的存儲器塊。 第二講第二講 嵌入式系統(tǒng)硬件平臺嵌入式系統(tǒng)硬件平臺Pg 51 Flash與傳統(tǒng)存儲器技術(shù)的比較與傳統(tǒng)存儲器技術(shù)的比較存儲器存儲器固有不揮發(fā)性固有不揮發(fā)性

41、高密度高密度低功耗低功耗單晶體管單元單晶體管單元在線可重寫在線可重寫FlashSRAMDRAMUV EPROMEEPROM，有些不行，有些不行掩模掩模ROM第二講第二講 嵌入式系統(tǒng)硬件平臺嵌入式系統(tǒng)硬件平臺Pg 52 Flash的分類：的分類：u NOR Flash是在是在EEPROM的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它的存的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它的存儲單元由儲單元由N-MOS構(gòu)成，而連接構(gòu)成，而連接N-MOS單元的線是獨立的。單元的線是獨立的。NOR Flash可以隨機讀取任意單元的內(nèi)容，有可以隨機讀取任意單元的內(nèi)容，有SRAM形式的形式的接口，適合于程序代碼的并行讀寫存儲，常用于制作計算接口，適合于程序代

42、碼的并行讀寫存儲，常用于制作計算機的機的BIOS存儲器和微控制器的內(nèi)部存儲器等。存儲器和微控制器的內(nèi)部存儲器等。u NAND Flash是將幾個是將幾個N-MOS單元用同一根線連接起來，單元用同一根線連接起來，適合按順序讀取存儲單元的內(nèi)容，適合于數(shù)據(jù)或文件的存適合按順序讀取存儲單元的內(nèi)容，適合于數(shù)據(jù)或文件的存儲。儲。 第二講第二講 嵌入式系統(tǒng)硬件平臺嵌入式系統(tǒng)硬件平臺Pg 53 Flash的操作包括讀出和寫入。的操作包括讀出和寫入。 讀操作讀操作：處理器只要提供地址、讀操作信號和片選信號，：處理器只要提供地址、讀操作信號和片選信號，存儲器就返回在該位置保存的數(shù)據(jù)。大部分的存儲器就返回在該位置保

43、存的數(shù)據(jù)。大部分的Flash在系統(tǒng)在系統(tǒng)重啟時自動進入讀狀態(tài)，啟動讀狀態(tài)不需要特別的初始化重啟時自動進入讀狀態(tài)，啟動讀狀態(tài)不需要特別的初始化序列。序列。 寫操作寫操作：把程序或數(shù)據(jù)寫入：把程序或數(shù)據(jù)寫入Flash的過程也叫作的過程也叫作編程編程。Flash的編程有兩種方式，一種是在線編程，一種是離線編程。的編程有兩種方式，一種是在線編程，一種是離線編程。 第二講第二講 嵌入式系統(tǒng)硬件平臺嵌入式系統(tǒng)硬件平臺Pg 54 Flash的的編程編程 u 每一個存儲位置必須在重寫操作之前被擦除。如果舊的每一個存儲位置必須在重寫操作之前被擦除。如果舊的數(shù)據(jù)沒有被擦除，寫操作的結(jié)果會是新舊數(shù)值的某種邏輯數(shù)據(jù)沒

44、有被擦除，寫操作的結(jié)果會是新舊數(shù)值的某種邏輯組合，存儲的數(shù)據(jù)通常是錯誤的。組合，存儲的數(shù)據(jù)通常是錯誤的。u 一次至少有一個扇區(qū)或者塊被擦除，而不可能只是擦除一次至少有一個扇區(qū)或者塊被擦除，而不可能只是擦除一個單個的字節(jié)。一個單個的字節(jié)。u 擦除舊數(shù)據(jù)的過程和寫入新數(shù)據(jù)的操作過程是隨著制造擦除舊數(shù)據(jù)的過程和寫入新數(shù)據(jù)的操作過程是隨著制造商的不同而變化的。因此針對商的不同而變化的。因此針對Flash編程，提供一個軟件編程，提供一個軟件層來完成擦除和寫入操作比較方便，這個軟件層叫作層來完成擦除和寫入操作比較方便，這個軟件層叫作Flash的驅(qū)動程序。的驅(qū)動程序。 第二講第二講 嵌入式系統(tǒng)硬件平臺嵌入式

45、系統(tǒng)硬件平臺Pg 55 Flash的嵌入式應(yīng)用的嵌入式應(yīng)用 u Flash文件系統(tǒng)：因為文件系統(tǒng)：因為Flash提供了可被重寫的非易失性存提供了可被重寫的非易失性存儲，因此它可以被看作類似于硬盤的存儲系統(tǒng)。在作為文件儲，因此它可以被看作類似于硬盤的存儲系統(tǒng)。在作為文件系統(tǒng)的情況下，由驅(qū)動程序提供的函數(shù)要更加面向文件，提系統(tǒng)的情況下，由驅(qū)動程序提供的函數(shù)要更加面向文件，提供諸如供諸如open()、close()、read()、write()等標準文件系統(tǒng)函數(shù)。等標準文件系統(tǒng)函數(shù)。Flash文件系統(tǒng)的組織與普通的外存基本相同。文件系統(tǒng)的組織與普通的外存基本相同。u 便攜設(shè)備的存儲裝置：隨著數(shù)碼產(chǎn)品

46、的飛速發(fā)展，利用其便攜設(shè)備的存儲裝置：隨著數(shù)碼產(chǎn)品的飛速發(fā)展，利用其大容量非易失的特點，大容量非易失的特點，F(xiàn)lash作為一種最常用的存儲裝置應(yīng)作為一種最常用的存儲裝置應(yīng)用于數(shù)碼相機（如用于數(shù)碼相機（如CF卡、卡、SD卡、記憶棒等）、卡、記憶棒等）、MP3等數(shù)碼等數(shù)碼產(chǎn)品中。但有的設(shè)備并不一定需要將產(chǎn)品中。但有的設(shè)備并不一定需要將Flash組織成文件系統(tǒng)。組織成文件系統(tǒng)。第二講第二講 嵌入式系統(tǒng)硬件平臺嵌入式系統(tǒng)硬件平臺Pg 56 一個實用的嵌入式系統(tǒng)常常配有一定的外部設(shè)備，構(gòu)成一個實用的嵌入式系統(tǒng)常常配有一定的外部設(shè)備，構(gòu)成一個以微處理器為核心的計算機系統(tǒng)。一個以微處理器為核心的計算機系統(tǒng)。

47、 這些外部設(shè)備包括這些外部設(shè)備包括輸入設(shè)備輸入設(shè)備，如鍵盤、觸摸屏等；，如鍵盤、觸摸屏等；輸出輸出設(shè)備設(shè)備，如顯示器等；完成，如顯示器等；完成數(shù)據(jù)控制和轉(zhuǎn)換的設(shè)備數(shù)據(jù)控制和轉(zhuǎn)換的設(shè)備，如定時器，如定時器/計數(shù)器、模計數(shù)器、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)/模轉(zhuǎn)換器等。模轉(zhuǎn)換器等。 這些外部設(shè)備中，有的是以微控制器形式集成為片上設(shè)這些外部設(shè)備中，有的是以微控制器形式集成為片上設(shè)備（稱為片上外圍），有點是單獨實現(xiàn)。備（稱為片上外圍），有點是單獨實現(xiàn)。 四四 I/O設(shè)備設(shè)備第二講第二講 嵌入式系統(tǒng)硬件平臺嵌入式系統(tǒng)硬件平臺定時器定時器/計數(shù)器計數(shù)器ADC和和DAC人機接口設(shè)備人機接口設(shè)備Pg 57 所有

48、的嵌入式處理器都集成了定時器所有的嵌入式處理器都集成了定時器/計數(shù)器模塊。計數(shù)器模塊。 系統(tǒng)中至少有一個定時器，用作系統(tǒng)時鐘。系統(tǒng)中至少有一個定時器，用作系統(tǒng)時鐘。 定時器和計數(shù)器都是由帶有保存當(dāng)前值的寄存器和向定時器和計數(shù)器都是由帶有保存當(dāng)前值的寄存器和向當(dāng)前寄存器值加當(dāng)前寄存器值加1的一個增量輸入的加法器邏輯電路組的一個增量輸入的加法器邏輯電路組成。或者說成。或者說是一種能夠累計輸入脈沖的個數(shù)的數(shù)字電路。是一種能夠累計輸入脈沖的個數(shù)的數(shù)字電路。它由觸發(fā)器構(gòu)成，具有記憶功能，除了能夠完成計數(shù)外，它由觸發(fā)器構(gòu)成，具有記憶功能，除了能夠完成計數(shù)外，還能夠用作分頻和定時。還能夠用作分頻和定時。第二

49、講第二講 嵌入式系統(tǒng)硬件平臺嵌入式系統(tǒng)硬件平臺Pg 58 定時器、計數(shù)器的區(qū)別：定時器、計數(shù)器的區(qū)別： 因為同樣的邏輯電路可以有這兩種使用方式，所以該設(shè)備因為同樣的邏輯電路可以有這兩種使用方式，所以該設(shè)備經(jīng)常被稱為經(jīng)常被稱為“定時器定時器/計數(shù)器計數(shù)器”。 第二講第二講 嵌入式系統(tǒng)硬件平臺嵌入式系統(tǒng)硬件平臺下降沿動作的異步二進制加法計數(shù)器下降沿動作的異步二進制加法計數(shù)器三位加法計數(shù)器時序圖三位加法計數(shù)器時序圖Pg 59 第二講第二講 嵌入式系統(tǒng)硬件平臺嵌入式系統(tǒng)硬件平臺Pg 60 通過在定時器電路中增加比較器等額外電路，容易構(gòu)通過在定時器電路中增加比較器等額外電路，容易構(gòu)成成脈寬調(diào)制（脈寬調(diào)制

50、（PWM）器，用于輸出一個頻率和占空比可）器，用于輸出一個頻率和占空比可調(diào)的矩形波。典型地用于電機調(diào)速、調(diào)的矩形波。典型地用于電機調(diào)速、LED亮度調(diào)節(jié)、簡易亮度調(diào)節(jié)、簡易數(shù)數(shù)/模轉(zhuǎn)換等等模轉(zhuǎn)換等等 。PWM波形波形第二講第二講 嵌入式系統(tǒng)硬件平臺嵌入式系統(tǒng)硬件平臺Pg 61 模模/數(shù)數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換器和）轉(zhuǎn)換器和數(shù)數(shù)/模模（D/A）轉(zhuǎn)換器是非數(shù)字）轉(zhuǎn)換器是非數(shù)字設(shè)備（即模擬信號源）和嵌入式系統(tǒng)之間聯(lián)系的接口。設(shè)備（即模擬信號源）和嵌入式系統(tǒng)之間聯(lián)系的接口。 兩者均需要一個參考電壓，它決定了兩者均需要一個參考電壓，它決定了可數(shù)字化的可數(shù)字化的最大最大模擬輸入電壓值（對于模擬輸入電壓值（對于ADC

51、）或者可轉(zhuǎn)換輸出的最大模）或者可轉(zhuǎn)換輸出的最大模擬電壓值（對于擬電壓值（對于DAC）。）。 D/A轉(zhuǎn)換器的控制相對簡轉(zhuǎn)換器的控制相對簡單，輸入數(shù)據(jù)值被連續(xù)轉(zhuǎn)換單，輸入數(shù)據(jù)值被連續(xù)轉(zhuǎn)換成模擬輸出信號。成模擬輸出信號。 有的有的DAC允許參考電壓在允許參考電壓在較大帶寬內(nèi)變化，這類較大帶寬內(nèi)變化，這類DAC稱為稱為乘法乘法DAC。乘法。乘法DAC可可用于實現(xiàn)乘法器、可變增益放大器（用于實現(xiàn)乘法器、可變增益放大器（PGA）。）。第二講第二講 嵌入式系統(tǒng)硬件平臺嵌入式系統(tǒng)硬件平臺R-2R電阻網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造的電阻網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造的4位位DACPg 62 A/D轉(zhuǎn)換在將模擬輸入轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式前需要對模轉(zhuǎn)換在將模擬輸入轉(zhuǎn)

52、換為數(shù)字形式前需要對模擬輸入進行擬輸入進行采樣采樣，獲取某一，獲取某一“點時刻點時刻”的模擬輸入信號的模擬輸入信號值，并在完成一次完整的轉(zhuǎn)換期間值，并在完成一次完整的轉(zhuǎn)換期間保持保持該獲取值穩(wěn)定不該獲取值穩(wěn)定不變。這部分電路稱為變。這部分電路稱為采樣采樣/保持電路保持電路?？刂菩盘柺沟?。控制信號使得A/D轉(zhuǎn)換器進行采樣轉(zhuǎn)換器進行采樣/保持并將其數(shù)字化。保持并將其數(shù)字化。第二講第二講 嵌入式系統(tǒng)硬件平臺嵌入式系統(tǒng)硬件平臺 A/D轉(zhuǎn)換器將連續(xù)變化的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，以轉(zhuǎn)換器將連續(xù)變化的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，以便計算機和數(shù)字系統(tǒng)進行存儲、處理。便計算機和數(shù)字系統(tǒng)進行存儲、處理。 DAC關(guān)鍵技

53、術(shù)指標：關(guān)鍵技術(shù)指標：分辨率、建立時間分辨率、建立時間/更新率、積分非更新率、積分非線性線性INL、微分非線性、微分非線性DNL、無雜散動態(tài)范圍、無雜散動態(tài)范圍SFDR。（必須注意的是，并非分辨率、更新率越高，必須注意的是，并非分辨率、更新率越高，DAC性能就性能就一定越好。其它技術(shù)指標在一些應(yīng)用場合也許更關(guān)鍵一定越好。其它技術(shù)指標在一些應(yīng)用場合也許更關(guān)鍵）Pg 63 第二講第二講 嵌入式系統(tǒng)硬件平臺嵌入式系統(tǒng)硬件平臺 典型的典型的A/D轉(zhuǎn)換器接口除了模擬輸入外還有兩個主要的轉(zhuǎn)換器接口除了模擬輸入外還有兩個主要的數(shù)字接口。數(shù)字接口。 N位逐次逼近型（位逐次逼近型（SAR）ADC結(jié)構(gòu)圖結(jié)構(gòu)圖AD

54、C主要類型：并行比較型主要類型：并行比較型Flash、逐次比較型逐次比較型SAR、- -型型、積分型積分型、電壓、電壓頻率型。頻率型。選用何種類型選用何種類型ADC應(yīng)根據(jù)使用應(yīng)根據(jù)使用場合具體需求，分析轉(zhuǎn)換速度、場合具體需求，分析轉(zhuǎn)換速度、精度、價格、功能及接口條件精度、價格、功能及接口條件等因素綜合考慮。等因素綜合考慮。Pg 64 ADC關(guān)鍵技術(shù)指標：關(guān)鍵技術(shù)指標：分辨率、轉(zhuǎn)換速率、積分非線性分辨率、轉(zhuǎn)換速率、積分非線性INL、微分非線性微分非線性DNL、信噪失真比、信噪失真比SINAD/有效位數(shù)有效位數(shù)ENOB。（必須注意的是，并非分辨率、轉(zhuǎn)換速率越高，必須注意的是，并非分辨率、轉(zhuǎn)換速率越

55、高，ADC性能性能就一定越好。其它技術(shù)指標在一些應(yīng)用場合也許更關(guān)鍵就一定越好。其它技術(shù)指標在一些應(yīng)用場合也許更關(guān)鍵）第二講第二講 嵌入式系統(tǒng)硬件平臺嵌入式系統(tǒng)硬件平臺Cypress PSoC 5LP器件中器件中ADC部分指標部分指標Altera MAX 10器件中器件中ADC部分指標部分指標同樣為同樣為12位、位、1M sps ADC，其它關(guān)鍵指標，其它關(guān)鍵指標差異卻很大。差異卻很大。02. 676. 1SINADENOBPg 65 雖然人機接口在許多應(yīng)用中不是必須的，但它們確實雖然人機接口在許多應(yīng)用中不是必須的，但它們確實很常見。很常見。 為了使嵌入式系統(tǒng)具有友好的人機接口以方便使用，為了使

56、嵌入式系統(tǒng)具有友好的人機接口以方便使用，需要給嵌入式系統(tǒng)配置需要給嵌入式系統(tǒng)配置顯示裝置顯示裝置，如，如LED顯示、顯示、LCD顯示顯示器或必要的音響提示等。器或必要的音響提示等。 要進行人機交互，還需要有要進行人機交互，還需要有輸入裝置輸入裝置，如鍵盤、觸摸，如鍵盤、觸摸屏等，使得用戶能夠?qū)η度胧娇刂破靼l(fā)出命令或輸入必要屏等，使得用戶能夠?qū)η度胧娇刂破靼l(fā)出命令或輸入必要的控制參數(shù)。的控制參數(shù)。 鍵盤鍵盤 LCD顯示器顯示器 觸摸屏觸摸屏 第二講第二講 嵌入式系統(tǒng)硬件平臺嵌入式系統(tǒng)硬件平臺Pg 66 鍵盤鍵盤 鍵盤是標準的輸入設(shè)備，廣泛用于嵌入式產(chǎn)品，如鍵盤是標準的輸入設(shè)備，廣泛用于嵌入式產(chǎn)品

57、，如微波爐、傳真機、復(fù)印機等。微波爐、傳真機、復(fù)印機等。 鍵盤可以用來輸入數(shù)字型數(shù)據(jù)或者選擇控制設(shè)備的操鍵盤可以用來輸入數(shù)字型數(shù)據(jù)或者選擇控制設(shè)備的操作模式。作模式。 第二講第二講 嵌入式系統(tǒng)硬件平臺嵌入式系統(tǒng)硬件平臺 鍵盤的組成鍵盤的組成Pg 67 單獨按鍵的電路單獨按鍵的電路 按鍵抖動按鍵抖動第二講第二講 嵌入式系統(tǒng)硬件平臺嵌入式系統(tǒng)硬件平臺由于按鍵的觸點是用機械方式通斷的，故按鍵接通或者斷開的由于按鍵的觸點是用機械方式通斷的，故按鍵接通或者斷開的操作并不能理想地一次性地完成，而是在經(jīng)歷操作并不能理想地一次性地完成，而是在經(jīng)歷一段較短時間一段較短時間（由接觸不良所引起）的反復(fù)通斷現(xiàn)象（由接

58、觸不良所引起）的反復(fù)通斷現(xiàn)象后，才變得穩(wěn)定。后，才變得穩(wěn)定。Pg 68 矩陣式鍵盤矩陣式鍵盤（按行掃描該行按鍵狀態(tài)）（按行掃描該行按鍵狀態(tài)）第二講第二講 嵌入式系統(tǒng)硬件平臺嵌入式系統(tǒng)硬件平臺Pg 69 LCD顯示器顯示器 液晶顯示液晶顯示（Liquid Crystal Display，LCD）是一種）是一種被動的顯示，它不能發(fā)光，需在周圍環(huán)境光下使用。被動的顯示，它不能發(fā)光，需在周圍環(huán)境光下使用。 液晶顯示器顯示圖案或字符時只需要很小的能量（但液晶顯示器顯示圖案或字符時只需要很小的能量（但有背光源時背光耗電則很大）。因此，低功耗、小型化有背光源時背光耗電則很大）。因此，低功耗、小型化的的LCD

59、成為較佳的顯示設(shè)備。成為較佳的顯示設(shè)備。 一般情況下，顯示設(shè)備可以直接驅(qū)動，也可以通過幀一般情況下，顯示設(shè)備可以直接驅(qū)動，也可以通過幀緩沖區(qū)驅(qū)動。緩沖區(qū)驅(qū)動。第二講第二講 嵌入式系統(tǒng)硬件平臺嵌入式系統(tǒng)硬件平臺Pg 70 直接驅(qū)動多個數(shù)字顯示模塊直接驅(qū)動多個數(shù)字顯示模塊第二講第二講 嵌入式系統(tǒng)硬件平臺嵌入式系統(tǒng)硬件平臺Pg 71 幀緩沖顯示系統(tǒng)幀緩沖顯示系統(tǒng) 第二講第二講 嵌入式系統(tǒng)硬件平臺嵌入式系統(tǒng)硬件平臺Pg 72 觸摸屏觸摸屏 觸摸屏是覆蓋在輸出設(shè)備上的輸入設(shè)備，用來記錄觸摸屏是覆蓋在輸出設(shè)備上的輸入設(shè)備，用來記錄觸摸位置。把觸摸屏覆蓋在顯示器上，使用者可以對顯觸摸位置。把觸摸屏覆蓋在顯示

60、器上，使用者可以對顯示的信息做出反應(yīng)。示的信息做出反應(yīng)。 觸摸屏按其工作原理不同分為電阻屏、電容屏、紅外觸摸屏按其工作原理不同分為電阻屏、電容屏、紅外屏和表面聲波屏等。屏和表面聲波屏等。 其中常用的觸摸屏是其中常用的觸摸屏是電阻式觸摸屏電阻式觸摸屏。電阻式觸摸屏用。電阻式觸摸屏用二維電壓表來探測位置。二維電壓表來探測位置。 第二講第二講 嵌入式系統(tǒng)硬件平臺嵌入式系統(tǒng)硬件平臺Pg 73 電阻式觸摸屏的結(jié)構(gòu)電阻式觸摸屏的結(jié)構(gòu)第二講第二講 嵌入式系統(tǒng)硬件平臺嵌入式系統(tǒng)硬件平臺VCCPg 74 通用異步收發(fā)器（通用異步收發(fā)器（UART） USB設(shè)備設(shè)備 Ethernet設(shè)備設(shè)備 I2C、SPI、LIN