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,第十章 其它单片机简介,10.1 单片机发展的新特点 10.2 51系列单片机 10.3 MCS-96/98系列单片机10.4 PIC16C5X系列单片机简介10.5 AVR系列单片机简介10.6 基于ARM架构的微处理器10.7 数字信号处理器(DSP)简介 思考练习题,10.1 单片机发展的新特点单片机发展已经逐步走向成熟。一方面,性能更高、功能更多的16位、32位单片机在发展;另一方面,由于8位单片机使用最多,因此8位单片机也在不断地采用新的技术,以追求更高的性能价格比。单片机的总体发展呈现如下特点: (1) 价格更低。随着微电子技术的不断进步,各公司陆续推出了价格更低的8位单片机,带内部存储器的单片机芯片已降至10元以内。 (2) 使用更加方便。单片机内部含有EEPROM或ROM,在一般应用中,不需要外部扩展总线或外部存储器,这使得其电路结构简单,体积减小,稳定性提高,应用面更宽。,(3) 功耗更低。单片机使用CMOS低功耗电路,有省电工作状态,如等待状态、睡眠状态、关闭状态等,在这些状态下,所耗电流仅为微安级,可以满足便携式、手持式、电池供电等仪器仪表的应用需求。 (4) OTP型。OTP是One Time Programmable的缩写,即一次性编程的意思,也就是这种存储器只能编程(固化)一次,不能用紫外线擦除再次编程。OTP型单片机适用于中、小批量生产中,其易改型,转向快,减小了成本,免去了做掩膜的风险。现在许多型号的单片机产品均带有内部OTP EPROM。(5) 低电压型,即L型,其工作电压只有2.7V。,(6) Flash型。近年来,闪速存储器(Flash Memory)的半导体技术应用于单片机的制造中。闪速存储器具有非易失性,在断电时也能保留存储内容,这使它优于需要持续供电来存储信息的易失性存储器,如静态RAM和动态RAM。闪速存储器可实现大规模电擦除,这使它优于只能通过紫外线慢速擦除的EPROM。基于闪速存储器的特点,它既可作为程序存储器,又可作为数据存储器。(7) 基于应用系统的复杂度增加,嵌入式操作系统、C语言的开发应用越来越普遍,大大加快了单片机系统的开发速度,增加了可靠性。,10.2 51系列单片机51系列单片机指的是MCS-51系列和其它公司的8051衍生产品。20世纪80年代中期,Intel公司将8051内核使用权以专利互换或出售形式转给世界许多著名IC制造厂商,如Philips、西门子、AMD、OKI、NEC、ATMEL等,这样8051就变成有众多制造厂商支撑的、发展出上百个品种的大家族。到目前为止,其它任何一个单片机系列均未发展到如此大的规模。,这些衍生产品是在基本型基础上增强了各种功能的产品,如高级语言型、Flash型、EPROM型、A/D型、DMA型、多并行口型、专用接口型、双控制器串行通信型等。这些增强型的MCS-51系列产品给8位单片机注入了新的活力,为它的开发应用开拓了更广泛的前景。,10.2.1 80C52单片机80C52是80C51的增强型产品,与80C51功能向上兼容,其结构方框图如图10-1所示。与80C51相比较,80C52所增加的功能如下:(1) 片内数据RAM增加到256个字节。(2) 具有3个16位定时器/计数器。(3) 中断源增加到6个。(4) 内部程序存储器增加到8KB。,图10-1 80C52结构方框图,80C52中有一个功能较强的定时器/计数器T2。它是一个16位的、具有自动重装载和捕获能力的定时器/计数器,可以对内部机器周期或由T2(P1.0)输入的外部计数脉冲计数。在定时器/计数器T2的内部,除了两个8位计数器TL2、TH2和控制寄存器T2CON及T2MOD之外,还设置有捕获寄存器RCAP2L(低字节)和RCAP2H(高字节)。,10.2.2 8xC552单片机Philips的80C51系列单片机与Intel的MCS-51系列代码完全兼容,具有相同的指令系统、地址空间和寻址方式,采用模块化的系统结构,该系列中许多新的高性能单片机都是以80C51为内核增加一定的功能部件构成的。常见的功能部件有A/D转换器、捕捉输入、定时输出、脉冲宽度调制输出(PWM)、IC串行总线接口、液晶显示控制器、监视定时器(Watchdog Timer)、EEPROM等。8xC552是80C51系列中功能最强、用途最广、最富有代表性的单片机之一,它已被成功地应用在仪器仪表、工业控制以及汽车发动机和传送控制等广阔的领域中。,8xC552具有:(1) 80C51中央处理单元内核,使用MCS-51指令系统。(2) 8KB程序存储器,并可外扩至64KB。(3) 新增了一个16位定时器/计数器,与4个捕捉锁存器及3个比较寄存器配合使用。(4) 两个标准的定时器/计数器。(5) 256 B RAM,可外扩至64KB。(6) 可产生8路同步定时输出。(7) 一个8路模拟输入的10位A/D转换器。(8) 两路8位分辨率的脉冲宽度调制输出。,(9) 五个8位I/O口和一个与模拟输入共用的输入口。(10) IC总线串行口,具有针对字节的主从功能。(11) 全双工UART,与80C51的UART兼容。(12) 片内监视定时器。(13) 有OTP(一次性编程)封装形式。(14) 扩展了的温度范围。(15) 三个速率档次,分别为16MHz、24MHz和30MHz。图10-2所示为8xC552的片内结构,其中左边实框内的四个部件是80C51的内核,只是没有把RAM和ROM包括进去。,图10-2 8xC552内部结构,从图10-2可以看到,8xC552内含8KB程序存储器,256B数据存储器,五个8位I/O口和一个8位输入口。两个和80C51完全相同的16位定时/计数器,新增的一个配有捕捉及比较锁存器的16位定时器,一个具有15个中断源、两优先级别的可嵌套中断结构,一个8输入的A/D转换器,一个两通道的D/A脉冲宽度调制接口,两路串行接口(UART和IC总线),一个监视定时器以及片内振荡器和时序电路等部件。,1定时器T2定时器T2可以记录外部事件发生的时间,或用来设定时间,届时硬件自动对外输出预定的信号。记录外部事件发生的时间时为高速输入,称为捕捉操作;输出预定信号时为高速输出,称为比较输出。1) 内部结构及工作原理T2是一个16位定时器,由图10-3可以看到,它主要由定标器与高字节TMH2和低字节TML2(高低字节有时合称TM2)两个寄存器构成。其三位开关可以把定标器接至两时钟源之一:fosc/12或外来时钟信号,也可以切断时钟源,即关闭定时器T2。定标器实际是一个3位分频器,其分频因子可编程为1、2、4和8。,图10-3 定时器T2结构框图,2) 输入捕捉逻辑输入捕捉功能用于测量脉冲宽度、周期、占空比及相位差等参数。图10-3中CT0ICT3I为4条独立的信号输入线,这4条信号线是与P1口的低4位共用的。每条输入线均与一个专门的16位捕捉寄存器CT0CT3相连接。输入线上信号的正跳变、负跳变或两者都可认为是一次事件。这样,某输入线CTnI上一旦有规定的事件发生,则相应寄存器CTn立即捕捉住定时器T2的内容,也就是记录下事件发生的时间。同时也可以通过中断标志CT0ICT3I去请求中断。若捕捉功能不需要,这些输入线亦可作为附加的外部中断输入用。,3) 输出比较逻辑图10-3右下方为输出比较逻辑部分,它的CM0CM2是三个16位比较寄存器。它们可被用来在某些预定的时刻使P4口各输出引脚置位、复位或翻转。这些由软件设置而届时由硬件自动执行的输出叫做高速输出。P4口8条引脚的第二功能便是高速输出。P4口低6位为置位/复位高速输出,此时P4.0P4.5依次被标作CMSR0CMSR5;高2位作翻转高速输出,P4.6和P4.7相应记作CMT0和CMTl。,(4) 若忽略事件发生的时间,则可将此四输入线作为附加外部中断输入。(5) 可使P4.0P4.5在预定时间输出高或低电平。(6) 可使P4.6和P4.7在预定时间输出电平反相。(7) 若不管P4口的输出,则可用CM0CM2实现软件定时功能。,2定时器T3除了定时器T0、T1、T2外,8xC552还有一个监视定时器T3,有时又称之为看门狗(Watchdog),它的作用是强迫单片机(微控制器)进入复位状态,使之从硬件或软件故障中解脱出来,即当单片机的程序进入了错误状态后,在一个指定的时间内,用户程序没有重装定时器T3,将产生一个系统复位。在8xC552中,定时器T3由一个11位的分频器和8位定时器T3组成,由外部引脚和电源控制寄存器中的PCON.4 (WLE)和PCON.1(PD)控制,如图10-4所示。,图10-4 看门狗(定时器T3),图10-5 脉冲宽度调制输出功能框图,图10-6 模拟输入电路功能框图,逐步逼近式ADC(A/D转换器)内含一个D/A转换器(DAC),如图10-7所示。它把逐步逼近寄存器SAR的内容转换成内部电压VDAC去与模拟输入电压VIN相比较。逐步逼近控制逻辑根据比较器的输出通知逐步逼近寄存器,下次要增值还是减值。这样比较10次之后,转换成功,这时SAR的内容即为转换结果。,图10-7 逐步逼近式ADC,(3) 从接收方式,8xC552作为总线上的被寻址的从器件接收主器件发送的数据;(4) 从发送方式,8xC552作为总线上的被寻址的从器件向主器件发送数据。SIO内部逻辑自动控制字节的传送,跟踪串行传送,状态寄存器(S1STA)反映了SIO和总线的状态。在SIO所有的4种工作方式中共有26种可能的总线状态,状态译码器取内部所有的状态位并压缩成5位码。5位状态位锁存器在状态寄存器的高5位,由串行口中断置位时锁存并保存到中断标志由软件清0为止。状态寄存器的低3位总为0,可以用状态码作为服务程序的地址向量,以加快服务程序的处理,则服务程序之间相隔8个单元,每个服务程序处理一种特殊的总线状态。对于大多数服务程序,8个单元已足够了。,10.3 MCS-96/98系列单片机MCS-96系列单片机是一种高性能的16位单片微型计算机,与8位机相比,MCS-96系列单片机的一个突出特点是计算功能强、速度快。该系列机具有字乘以字,字加、字减,双字除以字、双字,字左、右移位,长整数规格化等指令。每条指令都相当于8位机的一个子程序功能。这些指令运用于浮点加、减、乘、除运算,CRC校验和线性内插计算等子程序中,与MCS-51单片机相比其优势是很明显的。MCS-96系列单片机包括如下一些部件:一个16位的中央处理器CPU,8KB的片内程序存储器(ROM),256B的片内随机数据存储器(RAM),2个16位定时器/计数器,,8路10位A/D转换器,数字型I/O接口,全双工串行通信接口,监视跟踪定时器(Watchdog),高速输入/输出(I/O),中断控制逻辑电路,脉宽调制器(PWM)以及时钟信号发生器与反偏压发生器等。16位8096单片机虽在性能上高于51系列,但是由于价格昂贵,与目前广泛使用的8位I/O接口芯片匹配较为复杂,使其普及应用受到很大限制。1988年底,Intel公司又推出了具有16位机性能、8位机价格的8098单片机。,8098与8096的不同主要有以下几点:(1) 8096的内外数据总线均为16位,而8098内部数据总线为16位,外部数据总线为8位,所以也称为准16位机。(2) 8098不具有8096的P1口和T2CLK(P2.3)、T2RST(P2.4)、P2.6、P2.7、CLKOUT、INST、BUSWIDTH及BHE/WRH引脚。(3) 8096具有8路10位A/D,而8098只具有4路10位A/D(转换速度较8096高)。(4) 8096结构较为复杂,成本高,8098结构较为简单,价格低。MCS-51与MCS-98系列单片机的主要性能对比如表10-2所示。,表10-2 MCS-51与MCS-98系列单片机的主要性能对比,8098单片机各功能部件及特点如下:(1) 16位中央处理器。8098中央处理器(CPU)在结构上的最大特点,是抛弃了类似MCS-51系列单片机的只有12个累加器的常规结构,8098 CPU在特殊功能寄存器(SFR)和片内寄存器阵列所构成的256个字节空间内进行操作。这些寄存器都具有累加器的特殊功能,它们可使CPU对运算数进行快速交换,并且提供高速数据处理和频繁的输入输出功能,从而消除了常规累加器结构的单片机中存在的速度瓶颈现象。16位CPU支持位(BIT)、字节(BYTE)和字(WORD)操作,在部分指令中还支持32位双字节操作,如32位乘除运算。,(2) 高效的指令系统。8098单片机指令系统与MCS-51单片机指令系统相比,不但运算速度快,而且编程效率高。在同等运算任务的情况下,8098单片机的速度比MCS-51系列单片机(如8031)要高出56倍,并且指令字节数还不到8031单片机的一半。8098单片机的指令系统可以对带符号数和不带符号数进行操作,支持16位乘法运算、32位除16位除法运算和直接字节加减运算,且有符号扩展、数据规格化指令(有利于浮点运算)等。许多指令既可用双操作数,也可用三操作数,使用非常灵活。,(3) 脉宽调制输出(PWM)。脉宽调制输出可以直接提供一路定周期可变占空比的脉冲信号,并且这种脉冲信号经简单的处理可作为8位分辨率的数模(D/A)转换输出。(4) 高速输入/输出(HSI/HSO)口。8098单片机另一优越的I/O性能是无需CPU干预,能自动(意味着高速)在8个状态周期(12MHz下)中处理8个输入事件和8个输出事件,可人为设置某个高速输出口的触发时刻,从而引起CPU对外部事件的中断服务。利用高速输出口的输出可实现具有16位(或更高)分辨率的D/A转换功能。高速输入/输出(HSI/HSO)口尤其适用于测量和产生分辨率高达2s的脉冲信号。,(5) 4路10位A/D转换器。8098单片机片内具有4路10位A/D转换单元,通过适当的外部接口处理,可使其分辨率更高(如11位)。(6) 全双工串行口。8098单片机的串行口具有可以同时发送和同时接收这种全双工串行通信功能。另外,它还设有一个供串行口使用的波特率发生器,并且可以利用HSI/HSO构成异步全双工软件串行口。这个串行口同样也有4种操作模式,能方便地用于I/O扩展、多机通信及与CRT终端等设备进行通信。,(7) 多用途接口。8098单片机的P0口引脚既可作为数字输入口(P0.4P0.7),也可用作A/D转换器的模拟输入口。P2口除作标准的I/O口外,还具有一些特殊功能,如串行口通信功能。P3口和P4口为多路复用地址/数据总线和地址总线,它们的引脚内部有很强的上拉作用(复位时呈高阻态)。(8) 8个中断源。8098单片机的8个中断矢量可处理20种中断事件。(9) 16位监视定时器(Watchdog Timer)。它可以在软件、硬件发生故障时使系统复位,恢复CPU的工作能力。,(10) 2个16位定时器。定时器T1在系统中作为实时时钟使用,系统运行过程中不停地循环计数;定时器T2受外部事件控制,根据外部事件计数。(11) 4个软件定时器。4个软件定时器受高速输出口控制,一旦到达预定时间,设置相应的软件定时器标志,就可以激活软件定时器中断。(12) 寄存器阵列和特殊功能寄存器。8098片内具有256B的寄存器阵列(RAM)和特殊寄存器(SFR),其中232B为寄存器阵列,它兼有一般微处理机中通用寄存器和高速RAM的功能,其余24B为特殊功能寄存器,通过它们管理着所有的片内I/O口。,(13) 统一的编址方式。8098单片机的编址与MCS-51单片机的编址(外部存储空间RAM和ROM的地址可以重叠)不同,它采用统一编址方式,外部可寻址存储器空间总共为64KB,构成系统方便,输入/输出指令更为简练,但存储空间较MCS-51有所减少。,10.4 PIC16C5X系列单片机简介PIC16C5X系列单片机是美国Microchip公司生产的8位CMOS单片机,由于采用了CMOS工艺,所以它的功耗极低,可以很方便地用电池直接供电。PIC16C5X的主要功能特点如下:(1) 工作频率为20MHz;振荡器可采用RC振荡器或晶体振荡器。(2) 工作电压为3.56V;工作电流在静止模式下小于10A,运行模式下大于2mA。(3) 采用单字节指令集,在4MHz工作频率下每条指令执行时间仅为1ms。,(4) 芯片内部带0.512KB的EPROM或PROM,并有3280B的RAM。需要程序保密时,用户可在烧写程序时烧断熔丝,以防内部程序被读出。(5) 有8位算术逻辑单元,1220个双向I/O口,可编程的8位计数器及两级堆栈。(6) 有一个系统复位计数器WDT,可作为监视单片机运行状况的“看门狗”。PIC指令系统采用精简指令集,仅有32条指令,其指令基本上为单字节指令,每条指令宽12位,其中包括一个操作码及一个以上的运算码,在20MHz振荡频率下,指令执行时间为200ns。,PIC16C5X系列大致包括编号为52、53、54、55、56、57、58等的芯片,其中52、53、58较少应用,现在大都将PICl6C5X系列认定在5457这4种型号上,每一型号都有各自的特性,有强调I/O接口的,有强调存储器空间的,但是它们内部的CPU是相同的,I/O与存储器结构也一样,只是I/O与存储器的多少有差异而已,如表10-3所示。,表10-3 PIC16C5X系列单片机参数表,PIC16C5X系列单片机是一种廉价的商用单片机,其成本低,易学易用,利用它所设计的产品投产很快。,10.5 AVR系列单片机简介ATMEL公司是全球著名的半导体公司之一。20世纪90年代初,ATMEL率先把MCS-5l内核与其擅长的Flash技术相结合,推出了轰动业界的AT89系列单片机。至今,ATMEL在MCS-51市场上仍占据主要份额。1997年,ATMEL挪威设计中心的设计人员出于市场需求考虑,为充分发挥其Flash技术优势,推出了全新配置的精简指令集(RISC)单片机,简称AVR。几年来,AVR单片机已形成系列产品,其ATtiny、AT90与ATmega分别对应为低、中、高档产品。,AVR AT90S系列单片机的特点如下: (1) 程序区采用Flash存储器,可多次电擦写;可串行下载数据;执行速度快,指令高效率;低电压,低功耗,驱动能力强;程序加密性好;简便易学,开发工具廉价;型号全,适用范围广。(2) 高速度(50ns)、低功耗(mA),具有Sleep(休眠)功能,采用CMOS技术,每一指令执行速度可达50ns (20MHz),而耗电则在12.5mA间(典型功耗,WDT关闭时为100nA)。AVR采用哈佛(Harward)结构概念,具有预取指令功能,即对程序和数据存储区有不同的存储器和总线。当执行某一指令时,下一指令被预先从程序存储器中取出,这使得指令可以在每一个时钟周期内被执行。,(4) 工业级产品,具有大电流(灌电流)1020mA或40mA(单一输出),可直接驱动SSR或继电器;有看门狗定时器(WDT),可实现安全保护,防止程序走飞,提高了产品的抗干扰能力。(5) 超功能精简指令,具有32个通用工作寄存器(相当于805l中的32个累加器,克服了单一累加器数据处理造成的瓶颈现象)及128B4KB的SRAM,可灵活使用指令运算。,(6) 编程方式多样,程序写入器件可以并行写入(用万用编程器),也可串行在线下载(ISP)擦写。也就是说,不必将IC拆下拿到万用编程器上烧录,可直接在电路板上进行程序修改、烧录等操作,方便了产品升级,尤其对SMD封装的器件更为便利,有利于产品微型化。,10.6 基于ARM架构的微处理器单片机的发展标志着计算机正式形成了通用计算机系统和嵌入式计算机系统两大分支。近年来嵌入式微处理器的主要发展方向是体积小、性能高、功耗低,专业分工越来越明显,于是出现了专业的IP(Intellectual Property Core,知识产权核)供应商,如ARM、MIPS等,他们通过提供优质、高性能的嵌入式微处理器内核,由各个半导体厂商生产面向各个应用领域的芯片。,ARM(Advanced RISC Machine)公司是全球领先的16/32位RISC微处理器知识产权设计供应商。该公司专注于设计,通过转让微处理器、外围和系统芯片设计技术给合作伙伴,使其能用这些技术生产各具特色的芯片。目前,ARM处理器已成为移动通信、手持设备、多媒体应用和消费类电子产品嵌入式解决方案的RISC标准,世界上绝大多数IC制造商都推出了自己的ARM结构芯片。,10.6.1 ARM芯片的特点ARM芯片具有以下特点:(1) 处理速度快。ARM是RISC结构的处理器,内部集成了多级流水线,如ARM7T中使用三级流水线,ARM9中使用五级流水线技术,这大大提高了处理速度。(2) 超低功耗。各种档次的ARM的功耗都是同档次其它嵌入式处理器中较低的。ARM处理器的散热问题不用考虑,低电压、微电流供电使其成为便携式设备最理想的选择。(3) 应用前景广泛。ARM公司专门为IC制造商提供各种处理器解决方案,其使用范围和应用前景广阔,资源丰富,有利于缩短产品的研发周期。,(4) 价格低廉。ARM的价格适中,而且使用量大,比较容易购买。ARM处理器系列提供的解决方案包括: 在无线、消费类电子和图像应用方面的开放平台; 存储、自动化、工业和网络应用的嵌入式实时系统; 智能卡和SIM卡的安全应用。目前主要的ARM产品有Intel公司的StrongARM系列:SA-110、SA-1100、SA-1101、SA-1110、SA-1111;Cirrus Logic公司的ARM系列:EP7209、EP7211、EP7212、EP7312、EP9312、PS7500FE;Samsung公司的ARM系列:S3C44B0、S3C2400、S3C4510;ATMEL公司的ARM系列:AT91系列。,10.6.2 基于ARM芯片系统的开发与调试1嵌入式操作系统简单的嵌入式系统根本没有操作系统,而只是一个控制循环。当系统变得越来越复杂时,就需要一个嵌入式操作系统,否则应用软件就会过于复杂,使开发难度加大,安全性和可靠性都难于保证。,实时多任务操作系统(RTOS)可以简单地认为是功能强大的主控程序,它嵌入到目标代码中,系统复位后首先执行,它负责在硬件基础之上为应用软件建立一个功能更为强大的运行环境,用户的其它应用程序都建立在RTOS之上。不仅如此,RTOS还是一个标准的内核,将CPU时间、中断、I/O、定时器资源都包装起来,留给用户一个标准的API,并根据各个任务的优先级,合理地在不同任务之间分配CPU时间。从这个意义上说,操作系统的作用是资源管理器。如果完全从内核开始自建操作系统,对一般的用户和开发人员而言是不可想象的。在免费的源代码公开的内核上写自己的RTOS(如Linux和C/OS)是目前比较流行的做法。ARM微处理器支持Linux和C/OS-的移植。,2几种常用的调试方法(1) 指令集模拟器,这是一种利用PC机端的仿真开发软件模拟调试的方法。(2) 驻留监控软件,驻留监控程序运行在目标板上,PC机端调试软件可通过并口、串口、网口与之交互,以完成程序执行、存储器及寄存器读写、断点设置等任务。(3) JTAG仿真器,通过ARM芯片的JTAG边界扫描口与ARM核进行通信,不占用目标板的资源,是目前使用最广泛的调试手段。(4) 在线仿真器,使用仿真头代替目标板上的CPU,可以完全仿真ARM芯片的行为,但结构较复杂,价格昂贵,通常用于ARM硬件开发中。,3ARM JTAG调试嵌入式系统的开发通常采用“宿主机/目标机”方式,如图10-8所示。首先,利用宿主机上丰富的资源及良好的开发环境开发和仿真调试目标机上的软件。然后,通过串行口或网络将交叉编译生成的目标代码传输并装载到目标机上,并用交叉调试器在监控程序或实时内核/操作系统的支持下进行实时分析和调度。最后,目标机在特定的环境下运行。,图10-8 宿主机/目标机开发方式,一个典型的ARM的JTAG调试结构如图10-9所示。Debug主控(Host)通常是运行有ARM公司或者第三方提供的调试软件的PC机,通过这些调试软件,可以发送高级的ARM调试命令,比如设置断点、读写存储器、单步跟踪、全速运行等。,图10-9 ARM的JTAG调试结构,协议转换器(Protocol Converter)负责将Debug主控端发出的高级ARM调试命令转换为可以与底层的ARM内核通信的JTAG命令。Debug主控端和协议转换器之间的介质可以有很多种,如以太网、USB、RS-232、并口等。JTAG是Joint Test Action Group的缩写,是IEEE 1149.1标准。JTAG的典型接口包括:(1) TMS,测试模式选择(Test Mode Select),通过TMS信号控制JTAG状态机的状态。(2) TCK,JTAG的时钟信号。(3) TDI,数据输入信号。,(4) TDO,数据输出信号。(5) nTRST,JTAG复位信号,复位JTAG的状态机和内部的宏单元(Macrocell)。JTAG的建立使得集成电路固定在PCB上,只通过边界扫描便可以被测试。在ARM7TDMI处理器中,可以通过JTAG直接控制ARM的内部总线、I/O口等信息,从而达到调试的目的。,10.6.3 Samsung S3C44B0X在所有ARM处理器系列中,ARM7处理器系列应用最广,采用ARM7处理器作为内核生产芯片的公司最多。Samsung S3C44B0X微处理器是三星公司专为手持设备和一般应用提供的高性价比和高性能微控制器,它使用ARM7TDMI内核,工作在66MHz。为了降低系统总成本和减少外围器件,这款芯片中还集成了下列部件:8KB Cache、外部存储器控制器、LCD控制器、4个DMA通道、2通道UART、1个多主I2C总线控制器、1个I2S总线控制器,5通道PWM定时器及1个内部定时器、71个通用I/O口、8个外部中断源、实时时钟、8通道10位ADC等。,Samsung S3C44B0X微处理器体系结构框图如图10-10所示。采用S3C44B0X开发通用的嵌入式系统,其系统框图如图10-11所示,其主要包括存储器、系统接口和用户接口。,S3C44B0X把外部复位信号也作为一个中断来处理。在系统复位的时候,程序指针(PC)被设置成0,使程序跳转到0x00000000开始运行。此空间对应的是Bank0,系统1MB的线性Flash和处理器的Bank0相连接。在线性Flash里存储的是供系统初始化的程序,此程序负责配置处理器系统的结构、工作模式以及自动检测嵌入式控制器的各个硬件是否工作正常。系统经过初始化和硬件自检以后,此程序负责把存储在16MB的非线性处理器里面的system.bin文件复制到0x0c000000地址(此地址是系统8MB的SDRAM的首地址)。然后,引导程序把程序指针(PC)指向0x0c000000地址,系统开始运行。,图10-10 S3C44B0X微处理器体系结构框图,图10-11 基于ARM微处理器的嵌入式硬件平台体系结构,10.7 数字信号处理器(DSP)简介数字信号处理器是一种超高速单片计算机,它对一些信号如语音、视频、音乐等的实时监测、处理和产生进行最优化,它通常是一块单芯片或集成电路中的一部分。与之相比,微处理器是一个传统意义上能力较差的通用计算机。DSP处理器是专门用于信号处理的处理器,其在系统结构和指令算法方面进行了特殊设计,具有很高的编译效率和指令执行速度,已在数字滤波、FFT、频谱分析等仪器上获得了大规模应用。,DSP的理论算法在20世纪70年代就已经出现,但是由于那时专门的DSP处理器还未出现,所以这种理论算法只能通过MPU等分立元件实现。MPU较低的处理速度无法满足DSP的算法要求,DSP的应用领域仅局限于一些尖端的高科技领域。随着大规模集成电路技术的发展,1982年诞生了首枚DSP芯片,其运算速度比MPU快了几十倍,在语音合成和编码解码器中得到了广泛应用。至80年代中期,随着CMOS技术的进步与发展,第二代基于CMOS工艺的DSP芯片应运而生,其存储代码容量和运算速度都得到了成倍提高,成为语音处理、图像硬件处理技术的基础。,20世纪80年代后期,DSP的运算速度进一步提高,应用领域也扩大到了通信和计算机领域。90年代后,DSP发展到了第五代产品,集成度更高,使用范围也更加广阔。为了适应快速数字信号处理运算的要求,DSP芯片普遍采用了特殊的硬件和软件结构,以提高其数字信号处理的运算速度,并且多数DSP运算操作可在一个指令周期内完成。DSP芯片的结构特征主要是指:(1) 哈佛(Harvard)结构及改进的哈佛结构。较早的DSP芯片采用了程序存储器与数据存储器分离的基本哈佛结构。这样,一条指令的读取可以和其前一条指令、操作数的读取同时进行。但这种基本的哈佛结构无法实现对多个数据存储器的访问操作,无法实现单指令周期的多操作数指令。,为了进一步提高CPU的运行速度和芯片的灵活性,在较新的DSP芯片中常采用改进的哈佛结构。改进的方案有三种:第一种方案允许数据存放在程序存储器中,并可以被算术指令直接使用,但这样会造成指令和数据不能同时读取,多操作数指令的执行需要两个存储器访问周期时间。第二种方案将指令存储在高速缓存(Cache)中,当执行此指令时,不需要再从程序/数据存储器中读取指令,节省了一个指令周期的时间。第三种方案是存储器块的改进结构,允许在一个存储周期内同时读取指令和执行两个操作数,具有更高的访问能力。,(2) 专用

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