嵌入式系统原理及接口技术复习提纲PPT课件.ppt

1 嵌入式系统的定义以应用为中心 以计算机技术为基础 软件硬件可裁剪 适应应用系统对功能 可靠性 成本 体积 功耗严格要求的专用计算机系统嵌入式系统发展无操作系统阶段简单操作系统阶段实时多任务操作系统RTOS面向Internet阶段 2 嵌入式系统的组成 嵌入式处理器 嵌入式操作系统 应用软件和外围设备接口的嵌入式计算机系统和执行装置 被控对象 组成 嵌入式计算机系统是整个嵌入式系统的核心 可以分为硬件层 中间层 系统软件层和应用软件层 执行装置接受嵌入式计算机系统发出的控制命令 执行所规定的操作或任务 3 嵌入式微处理器是嵌入式系统硬件层的核心 嵌入式微处理器的体系结构 冯 诺依曼体系结构哈佛体系结构指令系统可以选用 精简指令系统 RISC 复杂指令集系统 CISC 4 嵌入式系统的存储器包含Cache 主存储器和辅助存储器通用设备接口和I O接口嵌入式系统通常具有与外界交互所需要的通用设备接口 如GPIO A D D A 串行接口 Ethernet USB 音频接口 VGA接口 I2C SPI IrDA 5 中间层中间层也称为硬件抽象层 HardwareAbstractLayer HAL 或板级支持包 BoardSupportPackage BSP 系统初始化过程片级初始化 板级初始化和系统级初始化 6 系统软件层系统软件层通常包含有实时多任务操作系统 Real timeOperationSystem RTOS 文件系统 图形用户接口 GraphicUserInterface GUI 网络系统通用组件模块RTOS是嵌入式应用软件的基础和开发平台 7 嵌入式操作系统 EmbeddedOperatingSystem EOS 负责嵌入式系统的软件 硬件的资源分配 任务调度 控制协调等 除具备了一般操作系统最基本的任务调度 同步机制 中断处理 文件处理等功能外 还具有如下特点 强实时性 支持开放性和可伸缩性的体系结构 具有可裁减性 文件系统图形用户接口 GUI 8 RTOS定义 指能够在指定或者确定的时间内完成系统功能和对外部或内部 同步或异步时间做出响应的系统 系统能够处理和存储控制系统所需要的大量数据 RTOS特点 约束性 可预测性 可靠性 交互性RTOS调度 抢占式调度和非抢占式调度 静态表驱动策略和优先级驱动策略 9 1 嵌入式系统的定义 发展历史 发展趋势 IP核 10 11 典型的ARM体系结构ARM处理器核特点ARM体系结构版本ARM处理器核型号ARM处理器型号 12 ARM微处理器的寄存器结构ARM处理器共有37个寄存器 被分为若干个组 BANK 这些寄器包括 31个通用寄存器6个状态寄存器 用以标识CPU的工作状态及程序的运行状态ARM处理器的寄存器组织 13 14 程序状态寄存器CPSR SPSR 15 处理器运行模式ARM处理器支持7种工作模式用户模式特点 不能访问某些受操作系统保护的资源 也不能改变工作模式 6种特权模式分类 系统模式 5种异常模式特点 能访问全部资源 能改变工作模式 16 ARM处理器工作状态ARM状态Thumb状态 17 ARM微处理器的异常处理 在一个正常的程序流程执行过程中 由内部或外部源产生的一个事件使正常的程序产生暂时的停止时 称之为异常 7种类型的异常异常的响应过程PC LRCPSR SPSR设置CPSR的运行模式位跳转到相应的异常处理程序 18 19 异常返回 LR PCSPSR CPSR若在进入异常处理时设置了中断禁止位 要在此清除 复位异常处理程序不需要返回 20 ARM的存储器结构1 地址空间 0 232 12 存储器格式小端存储 大端存储字对齐 半字对齐3 ARM存储器结构指令Cache和数据CacheMMURAM和ROM4 存储器映射I O 21 ARM微处理器指令系统 ARM指令集的基本特点ARM指令格式ARM指令集分类ARM指示符的功能和用法 22 堆栈操作 STM 将寄存器内容存入内存单元 堆栈操作 入栈 LDM 将内存单元内容存入寄存器 堆栈操作 出栈 满递增堆栈 如指令LDMFA STMFA等 满递减堆栈 如指令LDMFD STMFD等 空递增堆栈 如指令LDMEA STMEA等 空递减堆栈 如指令LDMED STMED等 23 ARM微处理器的接口 ARM协处理器接口ARM可以扩展16个 CP15 CP0 协处理器其中 CP15作为系统控制 CP14作为调试控制器 CP7 4作为用户控制器 CP13 8和CP3 0保留 每个协处理器可有16个寄存器 24 ARM处理器的时钟与电源管理 时钟配置MPLL FCLK HCLK PCLKUPLL 48M电源管理模式 4种正常睡眠掉电停机 25 ARMAMBA接口 先进的微控制器总线架构AMBAAHB 先进高性能总线ASB 先进系统总线APB 先进外围总线 26 存储器控制器 简述存储器控制寄存器配置方法简述SDRAM NORFlash NANDFlash的特点SDRAM NORFlash NANDFlash与CPU的连接接口相关寄存器配置 27 ARMI O结构 ARM采用了存储器映像I O的方式 一般的I O 如串行接口 它有若干个寄存器 包括发送数据寄存器 只写 数据接收寄存器 只读 控制寄存器 状态寄存器 只读 和中断允许寄存器等 这些寄存器都需相应的I O端口地址 28 GPIO 通用输入 输出接口 端口寄存器端口控制寄存器 GPACON GPHCON 端口数据寄存器 GPADAT GPHDAT 端口上拉寄存器 GPBUP GPHUP 配置方法GPnCON 端口功能配置GPnDAT 数据寄存器 数据输入输出 读 写 GPnUP 上拉电阻禁止或允许 中断控制器 中断的概念中断控制器支持56个中断源 32个中断请求的优先权逻辑由7个仲裁器组成 其中6个为第一级仲裁器 一个为第二级仲裁器 中断相关寄存器中断的初始化 中断的响应过程 中断处理程序 中断服务程序 中断向量表 29 PWM定时器的使用 S3C2410A有5个16位的定时器支持自动重装模式 一次脉冲模式定时器特殊功能寄存器定时器初始化定时器应用 定时时间计算 最小分辨率 最大分辨率及最大定时区间 30 UART 串口 S3C2410A芯片内部的UART提供了3个独立的异步串行I O端口 或通道 每个端口能够基于中断或基于DMA方式操作 每个UART通道含有一个波特率发生器 一个发送器 一个接收器 一个控制单元 波特率发生器使用PCLK或UEXTCLK时钟 串口相关寄存器串口初始化 发送和接收程序设计 31 IIS接口控制器 S3C2410A微处理器IIS总线接口组成S3C2410A与接口芯片UDA