硬件基础知识——2(2010).ppt

1,第二章嵌入式系统的硬件基本知识,2,主要内容,嵌入式系统硬件基本组成嵌入式微处理器嵌入式系统总线嵌入式存储系统嵌入式系统输入输出接口和设备,3,2.4嵌入式存储系统,1.存储系统简介2.存储系统组成（1）高速缓存（2）ROM存储器简介（3）SDRAM存储器简介,4,1.存储器系统简介,嵌入式系统的存储结构,嵌入式微处理器,Cache,片内RAM和ROM,主存：NorFlash、SRAM、DRAM等,外存：NandFlash、DOC、CF、SD、MMC等,5,RAM：随机存取存储器，SRAM：静态随机存储器DRAM：动态随机存储器（1）SRAM比DRAM存取速度快（2）SRAM比DRAM耗电多（3）DRAM存储密度比SRAM高（4）DRAM需要周期性的刷新ROM：只读存储器FlashROM：闪速只读存储器,6,（1）高速缓存（Cache）,高速缓存是一种小型、快速的存储器，它保存部分主存内容的拷贝,减少访问主存储器的所花的访问时间。如在ARM9中使用的指令I-Cache和数据D-Cache。,CPU,高速缓存控制器,CACHE,主存,数据,数据,地址,7,Cache的组成和工作原理,Cache中内容的放置常使用的方法有全相联映像、直接映像和组相联映像方式。目前新的ARM建构处理器大多采用分块的全相联结构，而ARM7采用的是4路组相联的8KB指令/数据Cache。,8,（2）ROM存储器简介,FlashROM存储器是非易失性存储器。FlashROM存储器可在线进行电写入、电擦除，并且掉电后信息不丢失的ROM存储器。具有低功耗、大容量、擦写快、可整片或分扇区在系统编程、擦除等特点。FlashROM可由内部嵌入的算法完成对芯片的操作，因而在各种嵌入式系统中得到了广泛的应用，通常用于存放程序代码、常量表，以及一些在系统掉电后需要保存的用户数据等。,9,FlashROM媒质存储器的构成主要采用两种技术，NAND结构和NOR结构形式。Norflash存储器：读速度高，而擦、写速度低，容量小，价格高。Nandflash存储器：读速度不如Norflash，而擦、写速度高，容量大，价格低。有取代磁盘的趋势。NAND结构形式内部存储单元的构成是采用串行工作方式进行工作的，它是按顺序读写存储单元的内容，非常适合于大容量的数据或文件的串行读/写，一般容量可达上百兆字节。我们日常使用的U盘和SD卡都采用这种结构的Flash存储器。,10,非线性FlashROM（NAND）的介绍,由于NAND型FlashROM是按页和块的组织存储单元，访问存储单元需要发送命令，不能直接读写。在进行大量读取文件时，NAND型的速度比NOR型的速度快很多，常用来存放OS、文件系统和部分应用程序。,11,线性FlashROM的介绍,NOR型FlashROM的结构则是采用并行方式工作的，其特点可以随机读取任意单元的内容，适合于程序代码的并行读写、存储。该类存储器常用于制作计算机的BIOS存储器和微控制器的内部存储器。读速度高，而擦、写速度低，容量小，价格高。NOR主要应用在常作为Boodloader的启动代码的存放，价格贵一些.,12,（3）SDRAM存储器简介,SDRAM不具有掉电保持数据的特点，但其存取速度高于Flash存储器，且具有读写的属性，因此SDRAM在系统中主要用作程序的运行空间，数据及堆栈区。当系统启动时，CPU首先从复位地址0 x0h处读取代码，在完成系统初始化后，程序代码一般调入SDRAM中运行，以提高系统的运行速度，同时系统及用户堆栈、运行数据也都放在SDRAM中。,13,大部分的SDRAM芯片由4个Bank组成，芯片上的BA0与BA1信号，就是用来区分这4个Bank的。,L-Bank存储阵列示意图,14,例：ours-pxa270-EPSDRAM和FLASH,15,SDRAM的BA地址线是其内部Bank的地址线，代表了SDRAM内存的最高位。在图中的双片SDRAM总大小是64M（每片sdram芯片4M16b4Bank，即32MB），需要A25-A0引脚来寻址，需注意的是SDRAM内存行地址和列地址是复用的，所以地址线的数目一般少于26条，故芯片上只提供了13根地址线。BA1-BA0连接到了A24-A23引脚上。并不是CPU_D(n)一定连接到SDRAM_D(n)上边,16,2.5嵌入式系统输入输出接口和设备,典型嵌入式系统I/O设备包括：watchdog定时器键盘显示模拟量I/O典型嵌入式系统I/O接口：并口串口USB,17,I/Odevices,18,Watchdog定时器,看门狗定时器是一个被系统定时器按周期设置的定时器如果watchdog没有被设置，将产生一个重启/中断信号,hostCPU,watchdogtimer,interrupt,reset,19,键盘,键盘结构常有两种形式：线性键盘和矩阵键盘,4*6矩阵键盘,20,LED,使用电阻来限制电流:,21,7段式数码管显示,22,23,芯片74LV164的介绍：74LV164是8比特的沿触发的串行输入，并行输出的转换器。串行的数据从两个输入端的其中一个输入，两个输入端必须连在一起，或者不用的一个要接高电平。在时钟信号（CP）的上升沿到来的时候，数据向右移位。数据从Q0进入，他是两个输入管脚（DSA，DSB）逻辑“与”的结果。在MR管脚输入低电平可以把所有输入清零，并把输出置为低电平。如图15-4，图15-5：,24,25,显示设备,LCD,26,27,触摸屏,电阻式触摸屏,28,触摸屏,29,30,31,D/A转换,电阻树:,R,2R,4R,8R,bn,bn-1,bn-2,bn-3,Vout,32,A/D转换,N位结果要求2n次比较：,encoder,Vin,.,33,接口技术,34,35,36,串口,RS232C接口采用负逻辑，与CMOS、TTL电路的相连需要专用集成电路进行电平转换RS485采用差分接收和驱动，提高抗共模干扰驱动能力,37,连接器的机械特性,38,嵌入式开发板和PC机的通讯电缆可以按照如图所示的方式连接。,39,嵌入式开发板与PC机的串行通讯,由于RS232标准所定的高低电平与嵌入式系统所用的LVTTL定义的高低信号完全不同，LVTTL的标准所定义逻辑1对应2V3.3V电平，逻辑0对应0V0.4V电平，而RS232C标准采用负逻辑方式，逻辑1对应-3V-15V电平，逻辑0对应+3V+15V电平，显然两者之间要进行通信必须经过信号电平的转换，常使用的电平转换电路为MAX3232。,40,例：ours-pxa270-EP串行接口,41,串行接口是非常基本的电路，在嵌入式系统是必不可少的。大多数情况下，嵌入式CPU的串口0会作为CPU的一个终端，为用户与CPU交互提供基本的输入输出信息。当CPU运行BOOT代码时，通常只有这个终端起作用；运行LINUX内核时，如果有LCD显示，串口0与LCD终端会同时有效。串口0终端的交互方式是命令行的模式，在BOOT阶段，支持简单的BOOT命令，比如help,tftp等；在LINUX环境下，支持最常用的LINUX命令，如cd,ls,cp等等。本系统串行芯片使用了多种，可以支持RS232,RS485的串行电平转换。使用MAX3232,MAX3243,MAX488，这些芯片都是非常典型的应用。串行接口采用DB9桶型接头，外部使用直通线，要求直通线一头针型，一头桶型，连接宿主机。,42,43,参数设置,波特率：控制数据传输速度。即对波特率进行选择控制。数据位：5，7，8位停止位：1位、2位,44,流控制,.流控制在串行通讯中的作用解决丢失数据的问题.硬件流控制硬件流控制常用的有RTS/CTS（请求发送/清除发送）流控制和DTR/DSR（数据终端就绪/数据设置就绪）流控制.软件流控制一般通过XON/XOFF来实现软件流控制。,45,校验位：进行错误检测。在发送时自动生成奇偶校验或其他校验码。在接收时，检查字符的奇偶校验或其他校验码，确定是否发生传输错误。,46,奇偶校验,奇校验：所有传送的数位（含字符的各数位和校验位）中，“1”的个数为奇数，如：111，1偶校验：所有传送的数位（含字符的各数位和校验位）中，“1”的个数为偶数，如：110，0,47,USB结构,host,device,device,device,interconnect,Bustopology.Stack.Dataflowmodel.Schedule.,48,I2C总线,每个I2C器件都有唯一地址，且可以是单接收器件或可接收可发送器件发送器或接收器可在主模式或从模式下操作,49,CAN总线,CAN全称为“ControllerAreaNetwork”，即控制器局域网在车载各电子控制装置ECU之间交换信息，形成汽车电子控制网络。比如：发动机管理系统、变速箱控制器、仪表装备、电子主干系统中CAN是一种多主方式的串行通讯总线，基本设计规范要求有高的位速