嵌入式系统设计与实例开发ARM与COSⅡ第六讲-基于课件

嵌入式系统设计与实例开发——ARM与C/OS-Ⅱ第六讲基于ARM的嵌入式软硬件结构设计概况一点击此处输入相关文本内容点击此处输入相关文本内容整体概述概况三点击此处输入相关文本内容点击此处输入相关文本内容概况二点击此处输入相关文本内容点击此处输入相关文本内容六、嵌入式系统的硬件结构设计嵌入式系统的软/硬件框架嵌入式系统的设计步骤基于分层和模块化的嵌入式系统设计方法嵌入式系统设计的层次系统级应用级基于ARM的嵌入式系统硬件结构设计主要介绍基于ARM7的嵌入式硬件开发平台的设计方法，包括结构、主要接口、存储器选用方案以及外设、显示等方面的内容。嵌入式硬件开发平台的体系结构外围存储器接口设计方法键盘、LCD等人机交互接口的设计触摸屏的设计以太网设计CAN总线设计基于ARM的嵌入式硬件平台体系结构

嵌入式开发板与PC机的串行通讯嵌入式开发板和PC机的通讯电缆可以按照如图所示的方式连接。人机交互接口嵌入式处理器与LCD的连接嵌入式处理器LCD模块数据总线寄存器选择使能信号从系统结构上来讲，由于显示器模块中已经有显示存储器。显存中的每一个单元对应LCD上的一个点，只要显存中的内容改变，显示结果便进行刷新。于是便存在两种刷新：1．直接对根据系统要求对显存进行修改，一种是只需修改相应的局部就可以，不需要判断覆盖等有覆盖问题，那计算起来比较复杂，而且每做一点小的屏幕改变就进行刷新，将增加系统负担。2．专门开辟显示内存，在需要刷新时候由程序进行显示更新。这样，不但可以减轻总线负荷，而且也比较合理，在有需要的时候进行统一的显示更新，界面也可以比较美观，不致由于无法预料的刷新动作导致显示界面闪烁。前后台双重显示缓存的显示模块结构键盘模块键盘模块键盘可能用来输入数字型数据或者选择控制设备的操作模式。键盘有两种方案：一是采用现有的一些芯片实现键盘扫描；再就是用软件实现键盘扫描。嵌入式控制器的功能很强，可能允分利用这一资源。键盘扫描过程就是让微处理器按有规律的时间间隔查看键盘矩阵，以确定是否有键被按下。每个键被分配一个称为扫描码的唯一标识符。应用程序利用该扫描码，根据按下的键来判定应该采取什么行动。

消抖算法：组合键处理触摸屏设计触摸屏分类电阻式触摸屏表面声波触摸屏红外式触摸屏电容式触摸屏测量原理在触摸点X、Y坐标的测量过程中，测量电压与测量点的等效电路图所示，图中P为测量点XVYY触摸屏芯片嵌入式以太网设计以太网接口的基本知识1、传输编码曼彻斯特编码差分曼彻斯特编码以太网协议以太网MAC层物理传输帧（IEEE802.3）PRSDDASATYPEDATAPADFCS56位8位48位48位16位不超过1500字节可选32位PR： 同步位，收发双方的时钟同步，也指明传输的速率（10M、100M）SD： 分隔位,表示下面跟着的是真正的数据,而不是同步时钟DA： 目的地址,以太网的地址为48位地址。如果为都为F,则是广播地址SA： 源地址,48位,表明该帧的数据是哪个网卡发的,即发送端的网卡地址

TYPE：类型字段，表明该帧的数据是什么类型的数据。如：0800H表示数 据为IP包，0806H表示数据为ARP包，814CH是SNMP包，8137H为IPX/SPX包

DATA：数据段，该段数据不能超过1500字节。PAD： 填充位。以太网帧传输的数据包最小不能小于60字节,当数据段不足 46字节时，后面补000000.....(当然也可以补其它值)

FCS:32位CRC数据校验位。该校验由网卡自动完成以太网的数据传输特点PR,SD,PAD,FCS这几个数据段是由网卡自动产生的；只需要理解DA、SA、TYPE、DATA四个段的内容所有数据位的传输由低位开始(传输的位流使用曼彻斯特编码)以太网的冲突退避算法是由硬件自动执行的DA+SA+TYPE+DATA+PAD最小为60字节,最大为1514字节以太网卡可以接收三种地址的数据，一个是广播地位，一个是多播地址(在嵌入式的环境中一般不用)，一个是它自已的地址任何两个网卡的物理地址都是不一样的，是世界上唯一的，网卡地址由专门机构分配。嵌入式的以太网方案嵌入式处理器＋网卡芯片（RTL8019）对嵌入式处理器没有特殊要求，通用性强处理器和网络数据交换通过外部总线，速度慢，不适合于100M网络带有以太网络接口的嵌入式处理器处理器面向网络应用处理器和网络数据交换通过内部总线，速度快RTL8019的原理框图嵌入式网络接口的特点与常规的网卡设计思路不同的是，在嵌入式系统中，系统的精简一直是个主要的原则。RTL8019AS作为网卡，时需要一片EEPROM作为配置存储器，来确定通讯的端口地址，中断地址，网卡的物理地址，工作模式，制造厂商等信息；而在嵌入式系统中，可以使用RTL8019AS的默认配置和一些管脚作为网卡的初始化方法。这样可以节省配置存储器，减小嵌入式硬件平台的体积。关于RTL8019的RAMRTL8019含有16K字节的RAM，地址为0x4000-0x7fff(指的是RTL8019内部的存储地址，而不是ISA总线的地址，是RTL8019工作用的存储器，可以通过远程DMA访问），每256个字节称为一页，共有64页。页的地址就是地址的高8位，页地址为0x40--0x7f。这16k的ram的一部分用来存放接收的数据包，一部分用来存储待发送的数据包2通过RTL8019AS发送数据

作为一个集成的以太网芯片，数据的发送校验，总线数据包的碰撞检测与避免是由芯片自己完成的。我们只需要配置发送数据的物理层地址的源地址、目的地址、数据包类型以及发送的数据就可以了。3、通过RTL8019AS接收数据

在RTL8019的初始化程序中已经设置好了接收缓冲区的位置，并且配置好了中断的模式。当有一个正确的数据包到达的时候，RTL8019会产生一个中断信号，在ARM中断处理程序中，接收数据。数据的接收比较简单，即可以通过远端DMA把数据从RTL8019的RAM空间读回ARM中处理。嵌入式文件系统什么是文件系统（FileSystem)文件系统的定义——处理文件的操作系统的部分称为文件系统.是操作系统中统一管理信息资源的一种软件，管理文件的存储、检索、更新，提供安全可靠的共享和保护手段，并且方便用户使用文件系统的功能——文件的构造、命名、存取、采用、保护和实现等。文件的命名不同的操作系统有不同的命名规则基本命名规则：——MS-DOS系统：文件名（1-8个字符）+扩展名（1-3个字符）给出文件命名规则：长度，数字和特殊字符，大小写区分，支持文件扩展名（一个或多个）例子：.bak.c.f77.gif.hlp.html.mpg.o.ps.tex.txt.zip存储介质磁盘，磁带，光盘1.物理块(块)在文件系统中，文件的存储设备常常划分为若干大小相等的物理块。同时也将文件信息划分成相同大小的逻辑块（块），所有块统一编号。以块为单位进行信息的存储、传输，分配文件结构文件序列记录序列树结构文件存取顺序存取（sequentialaccess):磁带等介质随机存取（randomaccessfile)：磁盘、ROM、RAM、FLASH等介质文件操作CREATEDELETEOPENCLOSEWRITEAPPENDSEEKGETATTRIBUTESSETATTRIBUTESRENAME文件目录全部用户共享一个目录每个用户拥有一个目录每个用户拥有一个目录树目录文件文件系统的实现连续分配——把每个文件作为连续的数据块存储在磁盘上优点：简单，容易实现；性能较好缺点：要先知道文件的最大长度；造成磁盘碎片链表分配——为每个文件构造磁盘块的链表，每个块的第一个字作为指向下一块的指针，块的其它部分存放数据采用索引的链表分配文件系统应用——RTFiles文件系统的基本结构用户应用程序接口层物理逻辑块层底层硬件接口层文件系统层文件系统的发展DOS1.0(1981)DOS3.0(1984)Win95(1995)Win95Osr2(1996)Win98(1998)Win3.1(1992)FAT12FAT16VFATFAT32FAT12/FAT16/FAT32的比较FAT12FAT16FAT32SizeofFATentry12bits16bits32bitsMaxnumofclusters4,08665,526268,435,456Clustersizeused0.5KB-4KB2KB-32KB4KB-32KB最大磁盘容量16,736,256

(16M)2,147,123,200

(2G)about2^41

(2T)FAT文件系统基本结构FAT文件系统由下面四部分组成保留区Reservedregion存放引导记录，BIOS信息等FAT区FAT信息列表(12/16/32bits)根目录区目录信息列表(32bytes)文件和目录区存放簇信息reservedFAT(p)FAT(b)RootdirFileanddirectory……保留区ReservedRegion引导记录基本信息……引导代码BIOS参数块(BPB)字节/扇区(512,1024,2048,4096)扇区/簇(1,2,4,8,16,32,64,128)根目录数总扇区值介质类型(硬盘,软盘，FLASH）reservedFAT(p)FAT(b)RootdirFileanddirectory……FAT区通常有FAT(P)(primary)和FAT(B)(backup)每一个簇都有一个对应的FAT目录Cluster2Cluster3Clustern-1Clustern……FAT数据区reservedFAT(p)FAT(b)RootdirFileanddirectory………FAT链表(FAT16)……目录树目录信息（DirectoryEntry）结构(32bytes)文件名ext建立时间建立日期最后修改日期最后访问日期属性不使用(0)FAT12/16:不用首簇文件大小FAT32:首簇最后修改时间FAT16系统的实现(Filesystem)此文件系统可以保存最多512个文件，文件数据以簇为单位进行存储。

FAT（FileAllocationTable）16的文件系统文件也是以“簇”（Cluster）为单位，分块存储的。每个簇的大小固定为16KB。文件的所占用的存储空间必须为16KB（一个簇）的整数倍。例如：即使文件只有一个字节，也要占用一个簇的存储空间。每个簇在文件分配表（FAT）中都有对应的表项，簇号即为表项号，每个表项2个字节。不要把表项内的数字误认为表示当前簇号，而应是该文件的下一个簇的簇号。

文件的名称和相关信息（比如：创建时间、文件属性等）存放在文件目录表中。同时文件目录表记录了每一个文件的首簇号码。这样整个文件系统（文件目录表和文件分配表）就构成了一个单向链表。首先在文件目录表中找到相应的文件所对应的首簇的号码，读取完成一个簇以后，如果文件的长度大于16KB（一个簇），就从文件分配表中查找到下一个簇的号码，然后继续读取，直到文件分配表中的下一个簇号码为FFFFH时为止。初始化文件系统的例子initOSFile：{INT8Uerr; pFileMem=OSMemCreate(FileMemPart,10,sizeof(FILE),&err); if(pFileMem==NULL){ Uart_Printf("FailedtoCreateFile"); LCD_printf("FailedtoCreateFile"); }typedefstruct{ U8Buffer[BLOCK_SIZE]; //文件缓冲区 U32fileblock; //文件当前的簇的位置 U32filemode; //打开文件的模式 U32filebufnum; //文件缓冲区中已经读取/写入的字节数 U32fileCurpos; //读写的当前位置 U32filesize; //文件的大小}FILE;OpenOSFile的工作的流程图OpenOSFi