嵌入式系统中信息表示(知识课件)

嵌入式系统中信息表示1实用内容嵌入式系统中信息表示1实用内容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2实用内容需要了解的基本知识进位计数制与转换2实用内容需要了解的知识(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)3实用内容需要了解的知识(2)非数值数据编码3实用内容需要了解的知识(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4实用内容需要了解的知识(3)语音编码4实用内容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。5实用内容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。6实用内容线路传输差错是不可避免的，但要尽量减小其影响。通信双方可采取奇偶校验

（ParityChecking）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。7实用内容奇偶校验

（ParityChecking）在原始数据字节的汉明码(海明码)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。8实用内容汉明码(海明码)奇偶校验码只有一位监督位，只能指明有、无差错设线性分组码（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：2r≥n+1=k+r+1，即2r-r≥k+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？9实用内容设线性分组码（n，k），有k个信息位，r=n-k个监督位。为在汉明码字中，比特位从最左边位（位号为1）开始依次编号。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

D1P3D2D3D4P4D5D6D710实用内容在汉明码字中，比特位从最左边位（位号为1）开始依次编号。位号校验子错码位置的对应关系错码位号汉明码位S4S3S2S11P100012P200103D100114P301005D201016D301107D401118P410009D5100110D6101011D71011无错码11实用内容校验子错码位置的对应关系错码位号汉明码位S4S3S2S11P写出校验子的表达式：S1=P1^D1^D2^D4^D5^D7S2=P2^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^D7P2=D1^D3^D4^D5^D7

P3=D2^D3^D4

P4=D5^D6^D7

12实用内容写出校验子的表达式：12实用内容以某一字符的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

1P3100P4011码位号1234567891011码位11

11100001113实用内容以某一字符的ASCII码1100011为例，加以说明。先填循环冗余校验(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。14实用内容循环冗余校验(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115实用内容几个基本概念多项式与二进制数码15实用内容当被传送信息(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16实用内容当被传送信息(CRC码)任何一位发生错误时，被生成多项式做模FCS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(FrameCheckSequence)。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，求FCS的产生过程。17实用内容FCS帧检验序列将信息位后面添加的r位校验码，称为信息的FCCRC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。18实用内容CRC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CRC码的出错模式(G(x)=1011)收到的CRC码字余数出错位码位A7A6A5A4A3A2A1正确1010011000无错误10100100011101000101021010111100310110110114100001111051110011111600100111017若收到的码字为1010111结果如何？如何纠错？19实用内容CRC码的出错模式(G(x)=1011)收到的CRC码字余数ARM处理器中的信息表示20实用内容ARM处理器中的信息表示20实用内容首先说明的问题：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。21实用内容首先说明的问题：21实用内容由于我们习惯于用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。22实用内容由于我们习惯于用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,R00106H33RLCA23实用内容先来看一段51单片机的代码，回顾一下51系统中的指令存放情况对于ARM这样的结构，每个数据（或指令代码）要占4个存储单元（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24实用内容对于ARM这样的结构，每个数据（或指令代码）要占4个存储单元小端存储格式位

…2423…1615…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0x00030x00020x00010x0000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。25实用内容小端存储格式位…2423…161以小端格式存储作答存储值2A36478B6374AC9E008F2366C3A8地址0x000D0C0B0A09080706050403020100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？26实用内容以小端格式存储作答存储值2A36478B6374AC9E00大端存储格式位

…2423…1615…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0x00030x00020x00010x0000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。27实用内容大端存储格式位…2423…161以大端格式存储作答存储值2A36478B6374AC9E008F2366C3A8地址0x000D0C0B0A09080706050403020100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？28实用内容以大端格式存储作答存储值2A36478B6374AC9E00两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。29实用内容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？data204A50CC89217320C02FFF3Aaddr0B0A09080706