嵌入式系统中信息表示PPT课件

1、2021/3/91嵌入式系统中信息表示2021/3/92需要了解的基本知识 进位计数制与转换 二进制、十进制、十六进制以及相互转换 计算机中数的表示 原码、反码、补码 定点数：纯小数、纯整数 浮点数：尾数、阶数以及IEEE相关标准2021/3/93需要了解的知识(2) 非数值数据编码 字符和字符串的表示(ASCII码，字符串的存放) 汉字的表示方法，输入方法 统一代码(unicode)2021/3/94需要了解的知识(3) 语音编码 音调、音强和音色 波形采样量化 采样量化的技术参数 采样频率 测量精度 声道数2021/3/95差错控制编码在通信过程中，经常会产生错误。产生错误的原因包括： 信

2、道的电气特性引起信号的幅度、频率、相位的畸变； 信号反射； 串扰； 闪电、大功率电机的开关等。2021/3/96 线路传输差错是不可避免的，但要尽量减小其影响。通信双方可采取的对策是：接收方进行差错检测，并向发送方应答，告知是否正确接收。2021/3/97奇偶校验（Parity Checking） 在原始数据字节的最高位增加一个附加比特位，使结果中1的个数为奇数（奇校验）或偶数（偶校验）。增加的位称为奇偶校验位。 例如，原始数据=1100010，采用偶校验，则增加校验位后的数据为11100010。若接收方收到的字节奇偶结果不正确，就可以知道传输中发生了错误。2021/3/98汉明码(海明码)

3、奇偶校验码只有一位监督位，只能指明有、无差错两种情况，故只能检错。为了纠错，必须增加监督位。汉明码是一种能纠正单比特差错的线性分组码。为了纠错，不仅要指明有奇偶差错，还要能确定差错的位置。 汉明码是1950年由美国贝尔实验室提出来的，是一种多重奇偶检错系统。2021/3/99 设线性分组码（n，k），有k个信息位，r=n-k个监督位。为了能确定n种位置上的差错及线性无差错，要求r的值为： 2rn+1=k+r+1，即2r-rk+1 例如，k=7（7位ASCII字符），则r=4，汉明码长n=7+4=11。 如果k=15呢？2021/3/910 在汉明码字中，比特位从最左边位（位号为1）开始依次编号

4、。位号为2的幂的位（1，2，4，8）是r个监督位（也称为汉明比特），其余位（3，5，6，7，9）是k个信息位。 例如，7个信息位为D1D2D3D4D5D6D7，则汉明码表示为：码位号 1234567891011码位 P1P2 D1P3D2D3D4P4D5D6D72021/3/911 校验子错码位置的对应关系错码位号汉明码位S4S3S2S11P100012P200103D100114P301005D201016D301107D401118P410009D5100110D6101011D71011无错码2021/3/912 写出校验子的表达式： S1=P1 D1 D2 D4 D5 D7 S2=P2

5、 D1 D3 D4 D5 D7 S3=P3 D2 D3 D4 S4=P4 D5 D6 D7 可以得出监督位的表达式： P1=D1 D2 D4 D5 D7 P2=D1 D3 D4 D5 D7 P3=D2 D3 D4 P4=D5 D6 D7 2021/3/913 以某一字符的ASCII码 1100011为例，加以说明。先填入表中，如下图： 将码位中为1的码位号表示为二进制码，再按模2加求和，和为0111，即监督位。 将收到的汉明码中为1的各位码位号表示为二进制码，再按模2求和，无误码则为0。 若收到的汉明码为11110000011，结果如何？码位号 1234567891011码位 P1P2 1P3

6、100P4011码位号 1234567891011码位 11 1110000112021/3/914循环冗余校验(CRC) 基本原理：在k位信息码后再拼接r位的校验码，整个编码长度n位。对于给定的(n, k)码，可以证明存在一个最高次幂为n-k=r的多项式g(x)，根据g(x)可以生成k位信息的校验码，而g(x)叫做这个CRC码的生成多项式。2021/3/915几个基本概念 多项式与二进制数码 A(x)=x5+x4+x2+1可以转换为二进制码组110101。 生成多项式：生成多项式g(x)是接收端和发送端的一个约定。应满足以下几个条件： 生成多项式的最高位和最低位必须为12021/3/916

7、当被传送信息(CRC码)任何一位发生错误时，被生成多项式做模2除后应该使余数不为0。 不同位发生错误时，应该使余数不同。 对余数继续做模2除，应使余数循环。 模2除2021/3/917FCS帧检验序列 将信息位后面添加的r位校验码，称为信息的FCS帧校验序列(Frame Check Sequence)。 求得FCS的方法：假设发送的信息用多项式C(x)表示，将C(x)左移r位，则可表示成C(x)*2r,这样C(x)右边就会空出r位，这就是校验码的位置。 通过C(x)*2r除以生成多项式g(x)得到的余数就是校验码。 例子：信息码为11100110，生成多项式为11001，采用CRC进行差错检测

8、，求FCS的产生过程。2021/3/918CRC码的编码方法 将x的最高幂次为r的生成多项式g(x)转换成对应的r+1位二进制数。 将信息码左移r位，相当于对应的多项式C(x)*2r 。 用生成多项式对信息码模2除，得到r位的余数FCS帧校验序列。 将余数拼到信息码左移后空出的位置，得到完整的CRC码。2021/3/919CRC码的出错模式(G(x)=1011)收到的收到的CRC码字码字余数余数出错出错位位码位码位A7A6A5A4A3A2A1正确1010011000无错误10100100011101000101021010111100310110110114100001111051110011

9、111600100111017若收到的码字为1010111结果如何？如何纠错？2021/3/920ARM处理器中的信息表示2021/3/921 首先说明的问题： 51单片机是8位的处理器，即指令代码为8位，以及可进行8位的数据处理（ALU）。 对于32位的ARM处理器来说，情况就复杂一些。它既可以运行32位的ARM指令系统，也可以运行16位的Thumb（拇指）指令系统。另一方面，它既可以处理32位数据，也可以处理16位数据和8位数据。2021/3/922 由于我们习惯于用8位作为一个单位（字节）来存储数据，每个存储单元分配一个存储地址，这样8位的51系统对指令的读取和数据的访问都只针对一个地址

10、值。而在32位的ARM处理器中，32位指令要使用4个地址单元，16位指令要使用两个地址单元。 这样引出了一个问题：所存储的数据的排列问题。2021/3/923先来看一段51单片机的代码，回顾一下51系统中的指令存放情况:00FBHC3CLRC00FCHEFMOVA,R700FDH33RLCA00FEHFFMOVR7,A00FFHEEMOVA,R60100H33RLCA0101HFEMOVR6,A0102HE9MOVA,R10103H33RLCA0104HF9MOVR1,A0105HE8MOVA,R00106H33RLCA2021/3/924 对于ARM这样的结构，每个数据（或指令代码）要占4个

11、存储单元（32位）或2个存储单元（16位），ARM规定有两种存储格式： 一种为大端（big-ending）格式 另一种称为（little-ending）格式2021/3/925小端存储格式位 24 23 16 15 87 0字节A+3字节A+2字节A+1字节A半字A+2的高字节半字A+2的低字节半字A的高字节半字A的低字节存储地址0 x00030 x00020 x00010 x0000注：这个例子中存储一个字（两个半字），一个称为半字A，另一个称为半字A+2。2021/3/926以小端格式存储作答存储值2A 36 47 8B 63 74 AC 9E 00 8F 23 66 C3 A8地址 0

12、x000D 0C 0B 0A 09 08 07 06 05 04 03 02 01 00半字半字7 半字6 半字5 半字4 半字3 半字2 半字1字字3字2字1半字1的地址是多少？值是多少？半字6的地址是多少？值是多少？字2的地址是多少？值是多少？2021/3/927大端存储格式位 24 23 16 15 87 0字节A字节A+1字节A+2字节A+3半字A的低字节半字A的高字节半字A+2的低字节半字A+2的高字节存储地址0 x00030 x00020 x00010 x0000注：这个例子中存储一个字（两个半字），一个称为半字A，另一个称为半字A+2。2021/3/928以大端格式存储作答存储值

13、2A 36 47 8B 63 74 AC 9E 00 8F 23 66 C3 A8地址 0 x000D 0C 0B 0A 09 08 07 06 05 04 03 02 01 00半字半字8 半字5 半字6 半字3 半字4 半字1 半字2字字3字2字1半字1的地址是多少？值是多少？半字6的地址是多少？值是多少？字2的地址是多少？值是多少？2021/3/929两种格式的说明和比较 对于字的存储来说，两种存储中字的存储地址没有差异，都是从低地址向高地址排列，但数据不一样。 半字的存储位置发生了变化。 字节的存储也发生了变化。 ARM处理器虽然有两种存储的结构，但不一定有两种格式的选择。在硬件逻辑中

14、有一个输入逻辑（BRGEND），存储格式是由外围模块控制这个输入逻辑决定的。 在很多处理器中，存储格式是固定的。如X86构架用大端存储，而PPC用小端存储。2021/3/930思考题 存储器内的内容为： 如果是小端存储，3个字从高到低分别是？ 如果是大端存储，3个字从高到低分别是？ 如果是小端存储，6个半字从高到低分别是？data20 4A 50 CC 89 21 73 20 C0 2F FF 3Aaddr0B 0A 09 08 07 06 05 04 03 02 01 002021/3/931再来看一段51单片机的代码，说明地址有效性的问题:0800H00NOP0801H7404MOVA,#04H0803H7D2FMOVR5,#2FH0805H2DADDA,R50806H0DINCR50807H2DADDA,R50808H7590FF MOVP1,#0FFH如果从0802H开始读取指令，指令代码为04（INC A），这是一个错误的操作。这种错误常常发生在程序跳转的时候。2021/3/932地址对准 在ARM中，通常把正确的地址入口称为地址对准（alignment）。它包括字对准、半字对准。