第3课__嵌入式系统硬件设计

1、1第第三三章章 嵌入式系统硬件设计嵌入式系统硬件设计2课程大纲课程大纲 嵌入式体系结构设计嵌入式体系结构设计 嵌入式存储器设计嵌入式存储器设计 IOIO设计设计 SOCSOC3嵌入式系统的软嵌入式系统的软/硬件框架硬件框架4嵌入式系统的设计步骤嵌入式系统的设计步骤5嵌入式系统的设计步骤嵌入式系统的设计步骤系统需求分析系统需求分析体系结构设计体系结构设计硬件硬件/ /软件协同设计软件协同设计系统集成系统集成系统测试系统测试6嵌入式系统的硬件体系结构嵌入式系统的硬件体系结构7课程大纲课程大纲 嵌入式体系结构设计嵌入式体系结构设计 嵌入式存储器设计嵌入式存储器设计 IOIO设计设计 SOCSOC8存

2、储器的几个相关性能指数存储器的几个相关性能指数容量容量 存储器容量用S=Wlm表示，W为存储器字长，l为存储器字数，m则为存储器体数 速度速度 访问时间(access time)Ta：从存储器接到读请求到所读的字传送到数据总线上的时间间隔 存储周期Tm：连续两次访问存储器之间所必需的最小时间间隔。一般Tm Ta 存储带宽Bm：存储器被连续访问时所提供的数据传输速流，单位是位(或字节）/秒 价格价格 存储器的价格通常用单位字节价格来表示，若总容量为S的存储器的总价格为C，则单位字节价格cC/S9存储器设计目标存储器设计目标高速度高速度大容量大容量低价格低价格10设计目标实现依据设计目标实现依据存

3、储器的工艺实现技术有了突飞猛进的发展，高速、大存储器的工艺实现技术有了突飞猛进的发展，高速、大容量、低价的存储器件以惊人的速度生产出来容量、低价的存储器件以惊人的速度生产出来所有程序都具有这样的行为特性：空间和时间局部性所有程序都具有这样的行为特性：空间和时间局部性90/1090/10原理：一个程序的原理：一个程序的9090时间是消耗在时间是消耗在1010的代码上的代码上 根据以上局部性原则（根据以上局部性原则（TheThe Principle of Principle of LocalityLocality），），就可以利用各种不同的价格、速度、容量的存储器的组合就可以利用各种不同的价格、速

4、度、容量的存储器的组合设计出一个多层次（设计出一个多层次（multiplemultiple levellevel）存储系统）存储系统 11存储器层次结构存储器层次结构在嵌入式系统中所用到的存储器主要有：触发器在嵌入式系统中所用到的存储器主要有：触发器（FlipFlip-Flops and -Flops and LatchesLatches）、寄存器（）、寄存器（RegisterRegister FilesFiles）、静态随机访问存储器（）、静态随机访问存储器（SRAMSRAM）、动态随机访）、动态随机访问存储器（问存储器（DRAMDRAM）、闪速存储器（）、闪速存储器（FLASHFLASH）

5、、磁盘）、磁盘（MagneticMagnetic DiskDisk）等）等 这些存储器的速度，为触发器最快，寄存器次之，这些存储器的速度，为触发器最快，寄存器次之，SRAMSRAM再次，再次，DRAMDRAM较慢，然后是较慢，然后是FLASHFLASH，磁盘最慢，磁盘最慢价格正好反之，磁盘的每兆字节价格最便宜，触发器价格正好反之，磁盘的每兆字节价格最便宜，触发器最贵最贵12存储器层次结构图存储器层次结构图13存储器层次结构的特性存储器层次结构的特性 第一，数据的包含性，即上层的数据，在下一第一，数据的包含性，即上层的数据，在下一层中都能找到层中都能找到。第二，下层存储器将自己的地址映射到高层的

6、第二，下层存储器将自己的地址映射到高层的存储器存储器。14存储器层次结构几个基本概念存储器层次结构几个基本概念块（块（BlockBlock）: :相邻两级间的信息交换单位相邻两级间的信息交换单位命中（命中（HitHit）：）：相邻两层存储层次中，访问地址可以相邻两层存储层次中，访问地址可以直接在高层存储器中访问到直接在高层存储器中访问到命中时间命中时间(hit(hit time)time)：访问高层存储器所需的时间，访问高层存储器所需的时间，其中包括本次访问是命中还是失效的判定时间其中包括本次访问是命中还是失效的判定时间命中率（命中率（HitHit RateRate）：）：相邻两层存储层次中，

7、访问相邻两层存储层次中，访问地址可以直接在高层存储器中访问到的概率地址可以直接在高层存储器中访问到的概率失效率（失效率（MissMiss Rate Rate）：）：等于等于1 1命中率命中率失效损失失效损失(miss(miss penalty)penalty)：用低层存储器中相应的用低层存储器中相应的块替换高层存储器中的块，并将该块传送到请求访问块替换高层存储器中的块，并将该块传送到请求访问的设备（通常是的设备（通常是CPUCPU）的时间）的时间15存储器层次结构的性能存储器层次结构的性能 评价存储器层次结构的性能参数是平均存储访问时间评价存储器层次结构的性能参数是平均存储访问时间(avera

8、ge(average memory-access time) memory-access time) 平均存储访问时间命中时间平均存储访问时间命中时间 失效率失效率 失效损失失效损失当块大小过小时，失效率很高当块大小过小时，失效率很高 当高层存储器容量保持不变时，失效率有一最低限值，当高层存储器容量保持不变时，失效率有一最低限值，此时块大小的变化对失效率没有影响此时块大小的变化对失效率没有影响 当块大小超过某定值后，（这一定值又称为污染点），当块大小超过某定值后，（这一定值又称为污染点），失效率呈现随块大小增加而上升的趋势失效率呈现随块大小增加而上升的趋势 16CACHE的地址映射方式的地址映

9、射方式 全相联全相联CacheCache 在全相联在全相联CacheCache中，存储的块与块之间，以及存储顺序或保存的存储中，存储的块与块之间，以及存储顺序或保存的存储器地址之间没有直接的关系器地址之间没有直接的关系直接映像直接映像CacheCache 直接映像直接映像CacheCache不同于全相联不同于全相联CacheCache，地址仅需比较一次。在直接映，地址仅需比较一次。在直接映像像CacheCache中，由于每个主存储器的块在中，由于每个主存储器的块在CacheCache中仅存在一个位置，因中仅存在一个位置，因而把地址的比较次数减少为一次而把地址的比较次数减少为一次组相联组相联Ca

10、cheCache组相联组相联CacheCache是介于全相联是介于全相联CacheCache和直接映像和直接映像CacheCache之间的一种结构。之间的一种结构。这种类型的这种类型的CacheCache使用了几组直接映像的块，对于某一个给定的索引使用了几组直接映像的块，对于某一个给定的索引号，可以允许有几个块位置，因而可以增加命中率和系统效率号，可以允许有几个块位置，因而可以增加命中率和系统效率 17Cache与与DRAM存取的一致性控制存取的一致性控制 CACHECACHE读取读取 贯穿读出式贯穿读出式(Look(Look Through) Through)旁路读出式旁路读出式(Look(

11、Look Aside Aside） CACHECACHE写写写通式写通式(Write(Write Through) Through)回写式回写式(Copy(Copy Back) Back)18主存简介主存简介 主存是非常重要存储和记忆部件，用以存放主存是非常重要存储和记忆部件，用以存放数据和程序数据和程序主存大都采用主存大都采用DRAMDRAM芯片实现芯片实现 一般说来，容量越大速度越快的存储器就能一般说来，容量越大速度越快的存储器就能给系统带来越高的性能给系统带来越高的性能与微机相比，嵌入式系统的主存一般比较小与微机相比，嵌入式系统的主存一般比较小同时在有些嵌入式系统中也有用同时在有些嵌入式

12、系统中也有用FlashFlash存储器存储器作为主存使用的情况作为主存使用的情况19DRAM与与SRAM主要差别主要差别 对对DRAMDRAM芯片来说，在读出数据之后还需重新写回芯片来说，在读出数据之后还需重新写回数据，因而它的访问延迟和存储周期不同。数据，因而它的访问延迟和存储周期不同。SRAMSRAM的的访问时间与存储周期则没有差别访问时间与存储周期则没有差别为防止信息丢失，为防止信息丢失，DRAMDRAM需要定期刷新每个存储单需要定期刷新每个存储单元，元，SRAMSRAM却不需要却不需要DRAMDRAM设计强调容量，而对设计强调容量，而对SRAMSRAM设计来说，容量和设计来说，容量和速

13、度同样重要速度同样重要就可以比较的存储器设计技术而言，就可以比较的存储器设计技术而言，DRAMDRAM的容量的容量大概为大概为SRAMSRAM的的1616倍，而倍，而SRAMSRAM的存储周期比的存储周期比DRAMDRAM的约的约快快8 81616倍倍 20地址转换和存储保护地址转换和存储保护 用户编程时使用的地址称为逻辑地址（相对地址用户编程时使用的地址称为逻辑地址（相对地址）把程序在内存中的实际地址称为物理地址（绝对地址把程序在内存中的实际地址称为物理地址（绝对地址）为了保证程序的正确运行必须把程序和数据的逻辑地址为了保证程序的正确运行必须把程序和数据的逻辑地址转换为物理地址，这一工作称为

14、地址转换或重定位转换为物理地址，这一工作称为地址转换或重定位 静态重定位静态重定位在作业装入时由作业装入程序实现地址转换在作业装入时由作业装入程序实现地址转换 动态重定位动态重定位 在程序执行时实现地址转换在程序执行时实现地址转换 21虚拟存储器虚拟存储器 虚拟存储器（虚拟存储器（VirtualVirtual MemoryMemory）技术是一种通过硬件和）技术是一种通过硬件和软件的综合来扩大用户可用存储空间的技术软件的综合来扩大用户可用存储空间的技术 虚拟存储器主要是为了满足应用程序对高速大容量主存虚拟存储器主要是为了满足应用程序对高速大容量主存的需求的需求 虚拟存储器实现的重定位是由一个地

15、址映象表机构完成虚拟存储器实现的重定位是由一个地址映象表机构完成 虚拟存储器还提供存储共享和保护机制虚拟存储器还提供存储共享和保护机制 22闪速存储器闪速存储器(FLASH) 相对传统的相对传统的EEPROMEEPROM芯片，这种芯片可以用电气的方法芯片，这种芯片可以用电气的方法快速地擦写快速地擦写 由于快擦写存储器不需要存储电容器，故其集成度更由于快擦写存储器不需要存储电容器，故其集成度更高，制造成本低于高，制造成本低于DRAM DRAM 它使用方便，既具有它使用方便，既具有SRAMSRAM读写的灵活性和较快的访问读写的灵活性和较快的访问速度，又具有速度，又具有ROMROM在断电后可不丢失信

16、息的特点，所以快在断电后可不丢失信息的特点，所以快擦写存储器技术发展最迅速擦写存储器技术发展最迅速 23NOR技术技术NORNOR技术闪速存储器是最早出现的技术闪速存储器是最早出现的FlashFlash MemoryMemory，它源于传统的，它源于传统的EPROMEPROM器件，具有可靠性高、随机读取速度快的优势，在擦除和编程器件，具有可靠性高、随机读取速度快的优势，在擦除和编程操作较少而直接执行代码的场合，尤其是纯代码存储的应用中广泛操作较少而直接执行代码的场合，尤其是纯代码存储的应用中广泛使用，如使用，如PCPC的的BIOSBIOS固件、移动电话、硬盘驱动器的控制存储器等固件、移动电话、

17、硬盘驱动器的控制存储器等。由于由于NORNOR技术技术FlashFlash MemoryMemory的擦除和编程速度较慢，而块尺寸又较的擦除和编程速度较慢，而块尺寸又较大，因此擦除和编程操作所花费的时间很长，在纯数据存储和文件大，因此擦除和编程操作所花费的时间很长，在纯数据存储和文件存储的应用中，存储的应用中，NORNOR技术显得力不从心技术显得力不从心。24NAND技术技术NANDNAND技术技术FlashFlash MemoryMemory具有以下特点具有以下特点：以页为单位进行读和编程操作，具有快编程和快擦除的功能，其块擦除时间是2ms；而NOR技术的块擦除时间达到几百ms。数据、地址采

18、用同一总线，实现串行读取。随机读取速度慢且不能按字节随机编程。芯片尺寸小，引脚少，是位成本(bit cost)最低的固态存储器，将很快突破每兆字节1美元的价格限制。芯片包含有失效块，其数目最大可达到335块。失效块不会影响有效块的性能。SamsungSamsung公司在公司在19991999年底开发出世界上第一颗年底开发出世界上第一颗1Gb NAND1Gb NAND技术闪速技术闪速存储器。存储器。基于基于NANDNAND的存储器可以取代硬盘或其他块设备。的存储器可以取代硬盘或其他块设备。25AND技术技术ANDAND技术是技术是HitachiHitachi公司的专利技术公司的专利技术ANDAN

19、D技术与技术与NANDNAND一样采用一样采用“大多数完好的存储器大多数完好的存储器”概念概念HitachiHitachi和和MitsubishiMitsubishi公司采用公司采用0.18m0.18m的制造工艺，并结合的制造工艺，并结合MLCMLC技术，生产出芯片尺寸更小、存储容量更大、功耗更低的技术，生产出芯片尺寸更小、存储容量更大、功耗更低的512Mb-AND Flash Memory512Mb-AND Flash Memory，再利用双密度封装技术，再利用双密度封装技术DDPDDP，将，将2 2片片512Mb512Mb芯片叠加在芯片叠加在1 1片片TSOP48TSOP48的封装内，形成

20、一片的封装内，形成一片1Gb1Gb芯片芯片HN29V51211THN29V51211T具有突出的低功耗特性，读电流为具有突出的低功耗特性，读电流为2mA2mA，待机电流，待机电流仅为仅为1A1A由于其内部存在与块大小一致的内部由于其内部存在与块大小一致的内部RAM RAM 缓冲区，使得缓冲区，使得ANDAND技技术不像其他采用术不像其他采用MLCMLC的闪速存储器技术那样写入性能严重下降的闪速存储器技术那样写入性能严重下降26由由EEPROM派生的闪速存储器派生的闪速存储器EEPROMEEPROM具有很高的灵活性，可以单字节读写，但存储密具有很高的灵活性，可以单字节读写，但存储密度小，单位成本

21、高。度小，单位成本高。部分制造商生产出另一类以部分制造商生产出另一类以EEPROMEEPROM做闪速存储阵列的做闪速存储阵列的FlashFlash MemoryMemory，如，如ATMELATMEL、SSTSST的小扇区结构闪速存储器的小扇区结构闪速存储器（SmallSmall Sector Flash Sector Flash MemoryMemory）和）和ATMELATMEL的海量存储器的海量存储器（DataData-Flash Memory-Flash Memory）。）。这类器件具有这类器件具有EEPROMEEPROM与与NORNOR技术技术FlashFlash MemoryMem

22、ory二者折衷二者折衷的性能特点的性能特点：读写的灵活性逊于EEPROM，不能直接改写数据与EEPROM比较，具有明显的成本优势存储密度比EEPROM大，但比NOR技术Flash Memory小27课程大纲课程大纲 嵌入式体系结构设计嵌入式体系结构设计 嵌入式存储器设计嵌入式存储器设计 IOIO设计设计 SOCSOC28总线总线总线的带宽总线的带宽总线的带宽指的是一定时间内总线上可传送的数据量，即我们常说的每秒钟传送多少MB 的最大稳态数据传输率。与总线带宽密切相关的两个概念是总线的位宽和总线的工作时钟频率。总线的位宽总线的位宽总线的位宽指的是总线能同时传送的数据位数，即我们常说的32 位、6

23、4 位等总线宽度的概念。总线的位宽越宽则总线每秒数据传输率越大，也即总线带宽越宽。总线的工作时钟频率总线的工作时钟频率总线的工作时钟频率以MHz 为单位，工作频率越高则总线工作速度越快，也即总线带宽越宽。29ISAIBM IBM 公司于公司于1981 1981 年推出的基于年推出的基于8 8 位机位机PC/XT PC/XT 的总的总线，称为线，称为PC PC 总线总线 为了能够合理地开发外插接口卡，由为了能够合理地开发外插接口卡，由IntelIntel 公司，公司，IEEE IEEE 和和EISA EISA 集团联合开发了与集团联合开发了与IBM/AT IBM/AT 原装机总线原装机总线意义相

24、近的意义相近的ISA ISA 总线总线 ISAISA总线有总线有9898只引脚。其中只引脚。其中62 62 线的一段基于线的一段基于8 8 位位的的PC PC 总线，可以独立使用，连接总线，可以独立使用，连接8 8位的扩展卡，而位的扩展卡，而62 62 线与线与3636线相加后就扩展成标准的线相加后就扩展成标准的1616位位ISAISA，连接，连接1616位的扩展卡位的扩展卡 30PCI1991 1991 年下半年，年下半年，IntelIntel公司首先提出了公司首先提出了PCIPCI 的概念的概念并联合并联合IBMIBM、CompaqCompaq、ASTAST、HPHP、DECDEC 等等1

25、00 100 多家公多家公司成立了司成立了PCI PCI 集团，其英文全称为：集团，其英文全称为：PeripheralPeripheral Component InterconnectComponent Interconnect Special Interest Special Interest Group(Group(外围部件互连专业组外围部件互连专业组) )，简称，简称PCISIGPCISIGPCIPCI有有3232位和位和6464位两种，位两种，3232位位PCI PCI 有有124 124 引脚，引脚，6464位位有有188188引脚，目前常用的是引脚，目前常用的是3232位位PCIP

26、CI32 32 位位PCIPCI的数据传输率为的数据传输率为133MB133MBs s，大大高于，大大高于ISAISA31SPI总线总线 串行外围设备接口串行外围设备接口SPISPI（serialserial peripheral peripheral interfaceinterface）总线技术是）总线技术是MotorolaMotorola 公司推出的一种同步公司推出的一种同步串行接口串行接口 SPI SPI 总线是一种三线同步总线，因其硬件功能很强总线是一种三线同步总线，因其硬件功能很强 总线上可以连接多个可作为主机的总线上可以连接多个可作为主机的MCUMCU，装有，装有SPI SPI

27、接口接口的输出设备，输入设备如液晶驱动、的输出设备，输入设备如液晶驱动、A/D A/D 转换等外设转换等外设也可以简单连接到单个也可以简单连接到单个TTL TTL 移位寄存器的芯片移位寄存器的芯片总线上允许连接多个能作主机的设备，但在任一瞬间总线上允许连接多个能作主机的设备，但在任一瞬间只允许有一个设备作为主机只允许有一个设备作为主机 32PC104总线总线 19921992年年IEEE IEEE 开始着手为开始着手为PC PC 和和PC/AT PC/AT 总线制定一个精简总线制定一个精简的的IEEEP996 IEEEP996 标准（草稿），标准（草稿），PC104 PC104 作为基本文件被

28、采作为基本文件被采纳，叫做纳，叫做IEEE P996.1 IEEE P996.1 兼容兼容PC PC 嵌入式模块标准嵌入式模块标准 PC104PC104有两个版本：有两个版本：8 8 位和位和16 16 位，分别与位，分别与PC PC 和和PC/AT PC/AT 相对应相对应PC104PLUS PC104PLUS 是专为是专为PCI PCI 总线设计的，可以连接高速外接总线设计的，可以连接高速外接设备设备 33CAN总线总线CANCAN，全称为，全称为“Controller“Controller Area Area Network”Network”，即控制，即控制器局域网，是国际上应用最广泛的

29、现场总线之一器局域网，是国际上应用最广泛的现场总线之一 CAN CAN 被设计作为汽车环境中的微控制器通讯，在车载被设计作为汽车环境中的微控制器通讯，在车载各电子控制装置各电子控制装置ECU ECU 之间交换信息，形成汽车电子控之间交换信息，形成汽车电子控制网络制网络 CAN CAN 是一种多主方式的串行通讯总线，基本设计规范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率，高抗电磁干扰性，而且能够检测要求有高的位速率，高抗电磁干扰性，而且能够检测出产生的任何错误出产生的任何错误 34并行接口并行接口 所谓所谓“并行并行”，是指，是指8 8 位数据同时通过并行线进行位数据同时通过并行

30、线进行传送，这样数据传送速度大大提高传送，这样数据传送速度大大提高但并行传送的线路长度受到限制，因为长度增加，但并行传送的线路长度受到限制，因为长度增加，干扰就会增加，容易出错干扰就会增加，容易出错并口的工作模式主要有如下几种并口的工作模式主要有如下几种 ：SPP 标准工作模式EPP 增强型工作模式ECP 扩充型工作模式35串行口的典型代表是串行口的典型代表是RSRS232232C C 及其兼容插口，及其兼容插口，25 25 针串行口还具有针串行口还具有20mA 20mA 电流环接口功能，用电流环接口功能，用9 9、1111、1818、25 25 针来实现针来实现RS-232-C RS-232

31、-C 是美国电子工业协会是美国电子工业协会EIAEIA（ElectronicElectronic Industry Industry AssociationAssociation）制定的一种串行物理接）制定的一种串行物理接口标准口标准一般嵌入式系统提供标准的一般嵌入式系统提供标准的RS232C RS232C 接口，该接口接口，该接口采用负逻辑，与采用负逻辑，与CMOSCMOS、TTL TTL 电路的相连需要专用电路的相连需要专用集成电路进行电平转换。最高传输速率为集成电路进行电平转换。最高传输速率为20 kb/s, 20 kb/s, 最大传输线长为最大传输线长为3030米米 串口串口 36US

32、B USBUSB全称全称UniversalUniversal Serial Serial BusBus（通用串行总线（通用串行总线）在在USB USB 的网络协议中，每个的网络协议中，每个USB USB 的系统有且只有一的系统有且只有一个个hosthost USB USB 最大的好处在于能支持多达最大的好处在于能支持多达127 127 个外设，并且个外设，并且可以独立供电可以独立供电 、并且支持热拔插并且支持热拔插IBM、Compaq、Nortel、NEC、Intel及Microsoft12M bps 距离5 米低速 1.5 M bpsUSB 2.0 速率高达480Mbps37PCMCIAPC

33、MCIA PCMCIA 全名为全名为PersonalPersonal Computer Memory Card Computer Memory Card International Association International Association 凡符合此协会定义的界面规定技术所设计的界面卡，凡符合此协会定义的界面规定技术所设计的界面卡，便可称为便可称为PCMCIA PCMCIA 卡或简称为卡或简称为PC PC 卡卡 PCMCIA PCMCIA 卡共分成四种规格，分别是卡共分成四种规格，分别是TYPETYPE、TYPETYPE、TYPETYPE及及CardBusCardBus PCM

34、CIA PCMCIA 卡轻巧、方便携带卡轻巧、方便携带“热插拔热插拔”(Hot”(Hot Plugging)Plugging)功能功能 38CF卡卡39红外线接口红外线接口 IrDA/FastIrDA红外线发光二极管发射硅晶PIN光检二极管接受距离小于一尺低速 9.6115K bps高速 14M bps更高速 16M bps40液晶显示液晶显示 液晶显示屏（液晶显示屏（liquidliquid crystal crystal displaydisplay：LCDLCD）用于显示）用于显示GUIGUI（图象用户界面）环境下的文字（图象用户界面）环境下的文字和图象数据，适用于低压、微功和图象数据，

35、适用于低压、微功耗电路耗电路 从选型角度，我们将常见液晶分从选型角度，我们将常见液晶分为以下几类：段式（也称为以下几类：段式（也称8 8 字）、字）、字符型和图形点阵字符型和图形点阵 从色彩上分，从色彩上分，LCD LCD 显示屏分为单显示屏分为单色、灰度和彩色三种色、灰度和彩色三种 按背光将液晶分类，有透射式、按背光将液晶分类，有透射式、反射式、半反半透式液晶三类反射式、半反半透式液晶三类 41触摸屏触摸屏嵌入式系统中的触摸屏分为电阻式、电容式和嵌入式系统中的触摸屏分为电阻式、电容式和电感式三种电感式三种 其中电阻式触摸屏最为常用其中电阻式触摸屏最为常用 电阻触摸屏的工作部分一般由三部分组成

36、，两层透明的阻性导体层、两层导体之间的隔离层、电极 触摸屏工作时，上下导体层相当于电阻网络，当某一层电极加上电压时，会在该网络上形成电压梯度如有外力使得上下两层在某一点接触，则在电极未加电压的另一层可以测得接触点处的电压，从而知道接触点处的坐标42电容式触摸屏电容式触摸屏电容式触摸屏是一块四层复合玻璃屏，玻璃屏的内表面电容式触摸屏是一块四层复合玻璃屏，玻璃屏的内表面和夹层各涂一层和夹层各涂一层ITO ITO ，四个角引出四个电极四个角引出四个电极 当用户触摸电容屏时，由于人体电场，用户手指和工作当用户触摸电容屏时，由于人体电场，用户手指和工作面形成一个耦合电容面形成一个耦合电容因为工作面上接有

37、高频信号，于是手指会吸收一个很小因为工作面上接有高频信号，于是手指会吸收一个很小的电流，这个电流分别从屏的四个角上的电极中流出的电流，这个电流分别从屏的四个角上的电极中流出理论上流经四个电极的电流与手指头到四角的距离成比理论上流经四个电极的电流与手指头到四角的距离成比例，控制器通过对四个电流比例的精密计算，得出位置例，控制器通过对四个电流比例的精密计算，得出位置 43电感式触摸屏电感式触摸屏 电感式触摸屏的工作原理是在触摸笔中安装电感式触摸屏的工作原理是在触摸笔中安装LC LC 谐振线圈谐振线圈通过改变与安装有激励线圈及感应线圈的触摸通过改变与安装有激励线圈及感应线圈的触摸屏之间的空间距离，使

38、电磁场发生变化从而计屏之间的空间距离，使电磁场发生变化从而计算出触点的位置算出触点的位置 44语音输入输出技术语音输入输出技术 语音识别输入的实现可以在嵌入式处理器功能足够强大语音识别输入的实现可以在嵌入式处理器功能足够强大时用相应的软件实现时用相应的软件实现也可以使用专用芯片增加一个硬件功能模块也可以使用专用芯片增加一个硬件功能模块 语音识别技术以识别方法来分，有模板匹配法、随机模语音识别技术以识别方法来分，有模板匹配法、随机模型法和概率语法分析法。这三种方法都属于统计模式识型法和概率语法分析法。这三种方法都属于统计模式识别方法别方法。 以识别范围来分，分为语音从属（以识别范围来分，分为语音

39、从属（speakerspeaker-dependent-dependent） 模式和语音独立（模式和语音独立（speaker-independentspeaker-independent）模式）模式 45课程大纲课程大纲 嵌入式体系结构设计嵌入式体系结构设计 嵌入式存储器设计嵌入式存储器设计 IOIO设计设计 SOCSOC46SOC System on Chip简介简介从狭义角度讲，它是信息系统的芯片集成，是将系统从狭义角度讲，它是信息系统的芯片集成，是将系统集成在一块芯片上集成在一块芯片上从广义角度讲，从广义角度讲，SoCSoC就是一个微小型系统就是一个微小型系统 SoCSoC不是各个芯片功

40、能的简单叠加，不是各个芯片功能的简单叠加，而是从整个系统的而是从整个系统的功能和性能出发，用软硬结合的设计和验证方法，利功能和性能出发，用软硬结合的设计和验证方法，利用用IPIP复用及深亚微米技术，复用及深亚微米技术，在一个芯片上实现复杂的在一个芯片上实现复杂的功能功能 SoCSoC是是ASIC(ApplicationASIC(Application Specific Integrated Specific Integrated Circuits) Circuits) 设计方法学中的新技术设计方法学中的新技术 47SoC 是市场和技术共同推动的结果是市场和技术共同推动的结果 从市场层面上看，人

41、们对集成系统的需求也在提高从市场层面上看，人们对集成系统的需求也在提高 据预测，SoC 销售额将从2002 年的136亿美元，增长到2007 年的347 亿美元，年增长率超过20% 从技术层面上看，以下几个方面推动了从技术层面上看，以下几个方面推动了SoCSoC 技术的发展技术的发展微电子技术的不断创新和发展 计算机性能的大幅度提高 综合开发工具的自动化和智能化程度不断提高硬件描述语言的发展48SoC 芯片设计中芯片设计中 的的IP 模块模块 SoCSoC 的设计基础是的设计基础是IPIP（IntellectualIntellectual PropertyProperty）复）复用技术用技术已

42、有的已有的IC IC 电路以模块的形式在电路以模块的形式在SoCSoC 芯片设计中调用芯片设计中调用这些可以被重复使用的这些可以被重复使用的IC IC 模块就叫做模块就叫做IP IP 模块模块 IP IP 模块是一种预先设计好，已经过验证，具有某种模块是一种预先设计好，已经过验证，具有某种确定功能的集成电路、器件或部件。它有确定功能的集成电路、器件或部件。它有3 3 种不同形种不同形式：软式：软IP IP 核核(soft(soft IP IP core)core)、固、固IPIP 核核(firm(firm IP IP core)core)和硬和硬IPIP 核核(hard(hard IP cor

43、e) IP core) 49SoC的发展重点的发展重点 总线结构及互连技术总线结构及互连技术 软、硬件的协同设计技术软、硬件的协同设计技术 IPIP可重用技术可重用技术 低功耗设计技术低功耗设计技术 可测性设计方法学可测性设计方法学 超深亚微米实现技术超深亚微米实现技术 50SoC具有的优势具有的优势 降低耗电量：随电子产品向小型化、便携化发展，对其省电降低耗电量：随电子产品向小型化、便携化发展，对其省电需求将大幅提升，由于需求将大幅提升，由于SoCSoC 产品多采用内部讯号的传输，可产品多采用内部讯号的传输，可以大幅降低功耗以大幅降低功耗减少体积：数颗减少体积：数颗IC IC 整合为一颗整合

44、为一颗SoCSoC 后，可有效缩小电路板上后，可有效缩小电路板上占用的面积，达到重量轻、体积小的特色占用的面积，达到重量轻、体积小的特色丰富系统功能：随微电子技术的发展，在相同的内部空间内，丰富系统功能：随微电子技术的发展，在相同的内部空间内，SoCSoC 可整合更多的功能元件和组件，丰富系统功能可整合更多的功能元件和组件，丰富系统功能提高速度：随着芯片内部信号传递距离的缩短，信号的传输提高速度：随着芯片内部信号传递距离的缩短，信号的传输效率将提升，而使产品性能有所提高效率将提升，而使产品性能有所提高节省成本：理论上，节省成本：理论上，IP IP 模块的出现可以减少研发成本，降低模块的出现可以

45、减少研发成本，降低研发时间，可适度节省成本。不过，在实际应用中，由于芯研发时间，可适度节省成本。不过，在实际应用中，由于芯片结构的复杂性增强，也有可能导致测试成本增加，及生产片结构的复杂性增强，也有可能导致测试成本增加，及生产成品率下降成品率下降51无线局域网Wireless Local Area Networks无线局域网可以有两种组织方式：一种是以一个基站（base station）为中心，所有的移动设备都连接到这个基站上去，因此基站也称为接入点（access point）；另一种是没有基站，移动设备之间相互连接组成局域网 802.11由IEEE制定 第一个高速无限局域网是802.11a ,1999年1999年，数据传输速率达到54Mbps/72Mbps(Turbo)， 传输距离控制在10100米 1999年9月IEEE 802.11b数据传输速率达到11Mbps2003年6月，IEEE推出最新版本IEEE 802.11g认证标准拥有IEEE 802.11a的传输速率，安全性较IEEE 802.11b好IEEE 802.11e标准对无线局域网MAC层协议提出改进支持多媒体传输支持所有无线局域网无线广播接口的服务质量保证QoS机制 IEEE 802.11f定义访问节点之间的通信支持IE