关于嵌入式总线.ppt

总线概念 在嵌入式处理器中总线是cpu 内存 输入 输出设备传递信息的公用通道 通过信号线上的信号表示信息 通过约定不同信号的先后次序即可约定操作如何实现 具有以下特性 1 物理特性 指总线上部件在物理连接时表现出的一些特性 如插头与插座的几何尺寸 形状 引脚个数及排列顺序等 2 功能特性 功能特性是指每一根信号线的功能 如地址总线用来表示地址码 数据总线用来表示传输的数据 控制总线表示总线上操作的命令 状态等 3 电气特性 通常数据信号和地址信号定义高电平为逻辑1 低电平为逻辑0 控制信号则没有俗成的约定 如WE表示低电平有有效 Ready表示高电平有效 4 时间特性 指在总线操作过程中每一根信号线上信号什么时候有效 通过这种信号有效的时序关系约定 确保了总线操作的正确进行 51单片机总线结构 从功能上来说总线有 地址总线 数据总线和控制总线在51单片机中CPU通过地址总线 数据总线 控制总线对系统中其他模块进行控制 51单片机内部总线结构简单 规则 易于扩展 51单片机的内部结构如图所示 主要包括CPU 存储器和I O口时钟 定时器 中断以及串口 这些模块是通过地址总线 数据总线 控制总线和CPU通信 从功能上来说嵌入式处理器内部总线都有以下三种 只是51单片机比较简单 1 地址总线 用于传送单片机送出的地址信号 以便进行存储单元和I O端口的选择 地址总线是单向的 只能由单片机向外发出 MCS 51单片机有16位地址总线扩展部件 因此其外部存储器扩展可达64KB 即216个地址单元 2 数据总线 用于在单片机与存储器之间或单片机与I O端口之间传送数据 数据总线是双向的 可以进行两个方向的数据传送 3 控制总线 控制总线实际上是一组控制信号线 包括由单片机发出的 以及从其他部件送给单片机的信号线 用于传送控制命令 使单片机的各功能模块协调工作 ARM总线框架 ARM是32位嵌入式处理器 发展到现在有很多体系 这里以Cortex M4为例讲述一款ARM处理器的内部总线框架 主系统由32位多层AHB总线矩阵构成 可实现以下部分的互连 八条主控总线 Cortex M4F内核I总线 D总线和S总线DMA1存储器总线DMA2存储器总线DMA2外设总线以太网DMA总线USBOTGHSDMA总线 七条被控总线 内部FlashICode总线 内部FlashDCode总线 主要内部SRAM1 112KB 辅助内部SRAM2 16KB 辅助内部SRAM3 64KB 仅适用于STM32F42xxx和STM32F43xxx器件 AHB1外设 包括AHB APB总线桥和APB外设 AHB2外设 FSMC注 AHB AdvancedHighperformanceBus 高级高性能总线 主要用于高性能模块 如CPU DMA和DSP等 之间的连接 APB 是AdvancedPeripheralBus的缩写 这是一种外围总线 主要用于低带宽的周边外设之间的连接 例如UART FSMC FlexibleStaticMemoryController 可变静态存储控制器 一种新型的存储器扩展技术 在外部存储器扩展方面具有独特的优势 可根据系统的应用需要 方便地进行不同类型大容量静态存储器的扩展 ARM总线矩阵 ARM总线框架 S0 I总线此总线用于将Cortex M4F内核的指令总线连接到总线矩阵 内核通过此总线获取指令 此总线访问的对象是包含代码的存储器 内部Flash SRAM或通过FSMC的外部存储器 S1 D总线此总线用于将Cortex M4F数据总线和64KBCCM数据RAM连接到总线矩阵 S2 S总线此总线用于将Cortex M4F内核的系统总线连接到总线矩阵 S3 S4 DMA存储器总线此总线用于将DMA存储器总线主接口连接到总线矩阵S5 DMA外设总线此总线用于将DMA外设主总线接口连接到总线矩阵 DMA通过此总线访问AHB外设或执行存储器间的数据传输 S6 以太网DMA总线此总线用于将以太网DMA主接口连接到总线矩阵 以太网DMA通过此总线向存储器存取数据 S7 USBOTGHSDMA总线此总线用于将USBOTGHSDMA主接口连接到总线矩阵 USBOTGDMA通过此总线向存储器加载 存储数据 AHB APB总线桥 APB 借助两个AHB APB总线桥APB1和APB2 可在AHB总线与两个APB总线之间实现完全同步的连接 从而灵活选择外设频率 注 DMA DirectMemoryAccess 直接内存存取 它允许不同速度的硬件装置来沟通 而不需要依赖于CPU的大量中断负载 DMA传输将数据从一个地址空间复制到另外一个地址空间 当CPU初始化这个传输动作 传输动作本身是由DMA控制器来实行和完成 典型的例子就是移动一个外部内存的区块到芯片内部更快的内存区 外部总线 嵌入式处理器与外围设备通信涉及到的总线技术RS232总线一般全双工通信 仅需几条信号线就可实现 如一条发送线 一条接收线及一条地线 标准规定的数据传输速率为每秒50 75 100 150 300 600 1200 2400 4800 9600 19200等波特 十分常用的一种通信总线 I2C总线是由PHILIPS公司开发的两线式串行总线 通过串行数据 SDA 线和串行时钟 SCL 线在连接到总线的器件间传递信息 很多芯片都集成了这种通信协议 如温度传感器DS18B02 温湿度传感器AM2321 SPI串行外设接口 SerialPeripheralInterface 的缩写 SPI 是一种高速的 全双工 同步的通信总线 并且在芯片的管脚上只占用四根线 它们是SDI 数据输入 SDO 数据输出 SCLK 时钟 CS 片选 外部总线 USB总线它基于通用连接技术 实现外设的简单快速连接 达到方便用户 降低成本 扩展PC连接外设范围的目的 它可以为外设提供电源 而不像普通的使用串 并口的设备需要单独的供电系统 另外 快速是USB技术的突出特点之一 USB的最高传输率可达12Mbps比串口快100倍 比并口快近10倍 而且USB还能支持多媒体 CAN总线CAN是控制器局域网络 ControllerAreaNetwork CAN 的简称 CAN总线是具有通信速率高 容易实现 且性价比高等诸多特点的