计算机三级嵌入式系统开发技术笔记

专业术语（中英文对照表）.........................................................4

矩阵键盘扫描原理.................................................................11

中文编码原则：...................................................................12

数字图像.........................................................................12

热点.............................................................................13

数字文本（也称电子文本或文本）..................................................13

数字音频数字视频...............................................................13

路由器...........................................................................13

互联网的接入方式.................................................................14

哈佛构造.........................................................................15

ARM体系构造....................................................

ARM工作模式.....................................................................15

ARM寄存器组：...................................................................16

伪指令...........................................................................16

指令.............................................................................17

数据模式.........................................................................18

ARM指令条件域...................................................................18

UART.............................................................................19

SSP..............................................................................19

DMA（DirectMemoryAccess,直接内存存取）.........................................19

JTAG.............................................................................20

GPIO.............................................................................20

EEPROM...........................................................................20

SRAM.............................................................................21

DRAM.............................................................................21

FRAM......................................................................22

SoC..............................................................................22

AIIB..............................................................................23

实时时钟.........................................................................24

DCE数据通信设备.............................................................25

循环冗余校验（CRC）.............................................................25

STN（SuperTwistedNematic）....................................................26

TFT(ThinFilmTransistor)是薄膜晶体管.........................................26

AMBA先进微处理器体系构造.......................................................27

存储器及其控制器................................................................27

7.互联通信组件UARTI2CSPICANUSB...................................................................................28

ARM处理芯片内部有多种可互联通信的组件,重要包括UART.12C、SPI、CAN.USB.........28

3.3嵌入式系统的存储器..........................................................30

3.4.2集成电路互连总线接口12c......................................................................................................32

3.4.3串行外设接口SPI.....................................................................................................................32

3.4.4串行异步通信接口UART...........................................................................................................32

3.4.6高清多媒体接口IIDMI...............................................................................................................33

3.6嵌入式系统外部通信接口......................................................34

4.1.2嵌入式系统的软件构造.....................................................35

4.1.3硬件抽象层与板级支持包BSP................................................................................................36

4.2嵌入式操作系统..........................................................38

4.2.1实时系统与实时操作系统..............................................38

4.2.31inux内核................................................................41

uc/os嵌入式操作系统42

5.1.3嵌入式系统的调试..........................................

5.2.1ADSL2工具软件...........................................................45

5.2.2RVDS..............................................................................................................................................45

5.2.3GNU................................................................................................................................................45

S3C2410.....................................................................................................................................................46

I/O接口技术.....................................................

软件............................................................................49

2.嵌入式处理芯片...............................................................50

通信............................................................................50

多路复用技术....................................................................51

OTG,53

专业术语（中英文对照表）

ARMcidvancedRISCmachines先进精简指令集机器

ARM简介:

STM32简介:

AHBAdvancedHighPerformanceBus先进高性能总线

APBadvancedperipheralbus先进外设总线

AHB访问端口AIIBaccessportAHB-AP

ASPadvancedsystembus先进系统总线

AX1advancedextensibleinterface先进的I可扩展接口

ATBadvancedtracebus先进H勺跟踪总线

ACEAXI一致性扩展AXIcoherencyextensions

APSR应用程序状态寄存器

ADSARMdevelopersuiteARM开发套件

BCT任务控制块(taskcontrolblockBCT)

boardsupportpackageBSP板级支持包

BS边界扫描测试技术boundaryscan(BS)

BankedstackpointerSP分块堆栈指针

byte-invariantbig-endian字节保序大端模式

Busmatrix总线阵列

bootROM引导只读存诸器一般指用来存储bootloader程序的非易失性存储器，目前大

多用NORflashROM

coresightROM表内核可视ROM表

CISC(ComplexInstructionSetComputer,复杂指令集计算机

RISC(ReducedInstructionSetComputer,精简指令集计算机)

CEC(consumerelectronicscontrol)接口,即消费电子控制接口。

DTEDataTerminalEquipment数据终端设备

DCEDataCommunicateEquipment数据通信设备

DSR数据发送准备好，DataSetReady。

DTR数据终端准备好,DataTerminalReady0

RTSDTE祈求DCE发送(RequestToSend)°

CTSDCE容许DTE发送(ClearToSend),该信号是对RTS信号Fl勺回答。

DCD数据载波检测(DataCarrierDetection),

DVI,digitalvisualinterface数字视频接口

ETM嵌入跟踪宏单元embeddedtracemacroccll

errorcorrectingcodeECC错误检测与纠正

EPSR执行程序状态寄存器

embeddedoperatingsystemEOS嵌入式操作系统

FPBflash分区与断点flashpatchandbreakpoint

Handlerandthreadnode手柄和线程模式

Handlprmndp手柄模式

GPRS模块通用分组无线服务GeneralPacketRadioService)

GPS模块(globalpositioningsystem)

hardwareabstractlayerHAL硬件抽象层

interruptlatency中断延迟时间

IDE集成开发环境integrateddevelopmentenvironmentIDE

ICE在线仿真器in-circuitemulatorICE

ISP(In-SystemProgrammer,在系统编程

instructionSetsimulator1SS指令集模拟器

instructionsetarchitecture,ISA指令集体系构造或IS架构

ITM仪表跟踪宏单元instrumentationtracemacrocell

1PSR中断程序状态寄存器

JTAG(JointTestActionGroup；联合测试工作组

Littleendian小端模式

LEDlightingemittingdiodes

LCDliquidcrystaldisplay液晶显示屏

LR连接寄存器

MPU存储保护单元nemoryprotectionunit

Middlcwarc中间件软件

NVIC可嵌套向量中断控制器nestedvectoredinterruptcontroller

opensourcesoftware开源软件

ON-chipdebuggingOCD片上调试技术

(pulsewidthmodulation,PWM)脉冲宽度调整器

RS(recommendedstandard)代表推荐原则

RS-232RS是英文“推荐原则”日勺缩写

RS-485

RXD接受数据(Receiveddata-RxD)

SW-DPSWJ-DP串行线或JTAG调试口serialwireJTAGdebugport

TXD发送数据(Transmitteddata-TxD)

taskswitchingtine任务切换时间

taskpreemptiontime任务抢占时间

Throughput吞吐量

TAP(TestAccessPort；测试访问口

tightlycoupledmemoryTCM片内紧耦合存储器

taskcontrolblockTCB任务控制块

TPIU跟踪端口接口单元traceportinterfaceunit

Threadmode线程模式

uc/osmicrocontrolleroperationsystem微控制器操作系统

U-boot开源bootloader软件。

设备驱动程序devicedriver是指直接与硬件相互作用并控制硬件的软件。基本特点：1.只能

被高层软件调用而无法自行运行。2.对上层软件屏蔽硬件细节，对下层硬件直接进行操作。

UART通用异步收发传潘器(UniversalAsynchronousReceiver/Transmitter),

VGA,videographicsarray视频图形阵列

WIC唤醒中断控制器wake-upinterruptcontroller

wifi(wirelessfidelity即无线保真

矩阵键盘扫描原理

措施一：

逐行扫描：我们可以通过高四位轮番输出低电平来对矩阵键盘进行逐行扫

描，当低四位接受到的数据不全为1日勺时候，阐明有按键按下，然后通过接受到

的数据是哪一位为0来判断是哪一种按键被按下。

措施二：

行列扫描：我们可以通过高四位全部输出低电平，低四位输出高电平。当接

受到的数据，低四位不全为高电平时，阐明有按键按下，然后通过接受的数据值,

判断是哪一列有按键按下，然后再反过来，高四位输出高电平，低四位输出低电

平，然后根据接受到的高四位日勺值判断是那一行有按键按下，这样就可以确定是

哪一种按键按下了。

I/O

中文编码原则：

GB18030字符集与国际原则UCS/unicode字符集基本兼容，均包括中日韩统

一中文（CJK）约70000多种。GB18030采用双字节编码表达中文，而UCS/unicode

表达中文时有两种方案,UTF-8使用3字节表达，ITFT6使用双字节编码.GB2312

（双字节传播和存储中文，包括3755个一级常用中文和3008二级常用中文，还

有682个图形符号，包括拉丁字母、俄文、日文平假名、片假名、希腊文字、汉

语拼音等，都是2字节）中所有字符在GB18030中也存在，且编码相似。

Ascii字符（共128个字符，包括96个可打印字符、32个控制字符7个二进制

位进行编码）、标点符号、希腊字符、阿拉伯文、和CJK中文均采用双字节编码,

其他不常用字符采用四字节编码。

数字图像

数字图像的J文件包括BMP、TIF（TIEF）、GIF,JPEG,PNG.

GIF图像文件格式颜色数目仅有256种，文件尤其小，适合还联网传播。

JPEG图像文件格式是静止图像数据压缩编码日勺国际原则，在数码相机中广

泛应用。

执占

J•，、八、、

又称为无线接入点，是一种无线互换机或无线路由器，室内覆盖距离一般仅

为30M左右,室外100-300M。

数字文本（也称电子文本或文本）

是以文字以及其他符号为主日勺一种数字媒体。根据排版格式辨别为纯文本

（简朴文本）和丰富格式文本。纯文本是由一连串字符编码构成，只包括单纯日勺

文字信息。在windows环境下，TXT是一种纯文本。相对于线性文本，超文本按

着网络构造组织信息。亚州.网页是最常见的超文本。数字文本阅读器可以是软件,

也可以是一种称为“电子书阅览器”的嵌入式应用产品。PDF（便携式文本格式）

用于文本互换所发展出的文本格式。长处在于跨平台、能保留文本原有格式

（layout）,开放原则，能免版税自由开发PDF相容软件，是一种开放原则。成

为TS03国际原则。

数字音频数字视频

WAV是数字音频文件格式。AVI、MOV、RMYB、是数字视频文件格式。

数字图像口勺辨别率用水平辨别率*垂直辨别率表达，如800*600,1024*768

等,我国高清电视H勺图像辨别率大多为1920*1080,其宽高比为16：9.

路由器

路由器是用于链接异构网络日勺设备，工作在网络层，屏蔽不一样物理网络日勺

差异，保证易购网络的数据互换流场进行。路由器拥有多种输入端口和输出端口，

可以连接多种网络，或者多种路由器，一种路由器为每个端口分派一种IP,同

一种路由器拥有多种不一样日勺IP地址。转发数据时，路由器按照端口接入的网

络号判断。

蓝牙技术，是i种短距离，低速度，低成本的无线通信技术，最高传播速率

为1Mbps左右，传播距离大概在10M之内。

无线局域网采用的协议为IEEE802.lla/b/g/n,其速率为ll-108Mb/s（俗称

WIFI,近些年推出日勺IEEE802.1In协议传播速率进一步提高到108Mb/s甚至更高）

互联网日勺接入方式

1.采用无线方式接入互联网的技术重要有三类：无线局域网（WLAN）接入、

GPRS移动电话网接入（GPRS是通用分组无线服务日勺简称，它是GSM移动电话顾

客可用日勺一种移动电话顾客可用的一种移动数据业务。一般支持AT命令集进行

呼喊、短信、传真、数据传播等任务。）、3G移动电话网络接入。其中无线局

域网必须在安装有接入点（AP）日勺热点区域中才能接入。

ADSL是运用一般电话线将家庭顾客计算机接入互联网的技术之一。此时，

顾客端需要配置一种ADSLMODEM和一种语音分离器，计算机则必须有以太网接

口（ethernet网络RJ45.）

哈佛构造

是一种将程序指令存储和数据存储分开的存储器构造，是一种并行体系构

造。

ARM体系构造

中，有3种工作状态，1.ARM状态2.thumb/thumb-2状态3.调试状态。ARM

状态是ARM处理器工作在32位指令的状态，所有指令均为32位。thumb状态是

ARM执行16位指令向三台，即16位状态，指令代码只有16位。lhumb-2状态是

ARMv7版本的ARM处理器所具有的新状态，兼容16位和32位指令长度；通过BX

指令，ARM状态和thumb状态可以相互切换。Ifthumb状态下进入异常处理（异

常处理要在ARM下进行），则当异常返回时,将自动切换到thumb状态

Thumb-2指令集有专门提供开关中断的专用指令，其中开可屏蔽中断的指令

为CPSIEI,关闭可屏蔽中断口勺指令为CPSIDI.

ArmCortcx-M系列处理器内部没有MMU.

RISCreducedinstructionSETcomputer精简指令集计算机

ARM工作模式

采用加载/存储指令访问内存，单周期操作和指令流水线技术都是ARM处理

器日勺技术特性。

ARM寄存器组：

31个通用寄存器(含PC)和6个状态寄存器，仅为32位构造

通用寄存器R0-R7寄存数据，寄存地址

R0-R15宽度32位

R13堆栈指针SP,当不使用堆栈时，R13也作通用数据寄存器。

R14(LINKregister)存储子程序时返回地址

R15程序计数器PC

CPSR程序状态寄存器寄存多种标志和状态CPRS中的控制位中，I是外

部中断IRQ中断禁止控制位，1=1时禁止外部IRQ中断，1=0时容许外部IRQ中

断；F为禁止迅速中断FIQ的控制位，F=1时禁止FIQ中断,F=0时容许FIQ中断。

SPSR备份程序状态寄存器

伪指令

伪指令在原程序中的作用是为完成汇编程序做多种准备工作，这些伪指令只

在汇编时起作用，一旦汇编结束，为指令的使命就完成。

DCB为数据定义伪指令，用于分派一片持续日勺字节存储单元，并用伪指令后

的体现式初始化。

DCD为数据定义伪指令，用于分派一片持续的字存储单元，并用伪指令后口勺

体现式初始化。

DCD为数据定义伪指令，用于分派一片持续日勺半字存储单元，并用伪指令后

的体现式初始化。

C0DE16伪指令通知编译器，其后日勺指令代码为16位的thumb指令

C0DE32伪指令通知编译器，其后口勺指令代码为16位的ARM指令

MYtestEQU15000;定义一种32位常量MYtest,值为15000.

EXPORT伪指令用于程序中申明一种仝局标号，该标号可以在其他的文件中

引用。

指令

跳转指令：BL带返回的跳转指令,BLX带返回且带状态切换FI勺伪指令,BX带

状态切换的伪指令。B转移指令

MVN按位取反

数据处理类指令可分为数据传送指令，算术逻辑运算指令，和比较指令。

指定位清零位清零指令BIC按位与操作。

数据模式

0X1234在CPU内存中的寄存方式是

1.大端模式内存地址寄存内容

0X100000000X12

0X100000020X34

2.小端模式内存地址寄存内容

0X100000000X34

0X100000020X12

ARM指令条件域

HI无符号数不小于LS无符号数不不小于或等于

CS无符号数不小于等于CC无符号数不不小于

GT带符号数不小于LE带符号数不不小于或等于

LT带符号数不不小于GE带符号数不小于或等于

VS溢出VC未溢出

PL正数或零

UART

通用异步收发传播器(UniversalAsynchronousReceiver/Transmitter),

一般称作UART,是一种异步收发传播器，是电脑硬件的一部分。将资料由串行

通信与并行通信间作传播转换，作为并行输入成为串行输出日勺芯片，一般集成于

其他通讯接口的连结上。

定义

UART是一种通用串行数据总线，用于异步通信。该总线双向通信，可以实

现全双工传播和接受。在嵌入式设计中，UART用于主机与辅助设备通信，如汽

车音响与外接AP之间H勺通信，与PC机通信包括与监控调试器和其他器件，如

EEPROM通信

SSP

(SynchronousSerialPort)：同步串行接口控制器SSP：微处理芯片中口勺

一种串行传播模式口勺缩写

SSP(SupervisorStackPointer)：微处理器芯片中用于初始化『、J一种指针

DMA（DirectMemoryAccess,直接内存存取）

是所有现代电脑的重要特色，它容许不一样速度的硬件装置来沟通，而不需

要依赖于CPU日勺大量中断负载。否则，CPU需要历来源把每一片段日勺资料复制

到暂存器，然后把它们再次写回到新H勺地方。在这个时间中，CPU对于其他的工

作来说就无法使用

JTAG

（JointTestActionGroup；联合测试工作组）是一种国际原则测试协议（IEEE

1149.1兼容），重要用于芯片内部测试。目前多数日勺高级器件都支持JTAG协议，

如DSP、FPGA器件等。原则的JJTAG接口是4线:TMS、TCK、TDKTD0,分别为

模式选择、时钟、数据输入和数据输出线。

GPTO

GeneralPurposeInputOutput（通用输入/输出）简称为GPIO,或总线扩

展器，人们运用工业原则I2C、SMBus或SPI接口简化了I/O口的扩展。当微控

制器或芯片组没有足够口勺I/O端口，或当系统需要采用远端串行通信或控制时，

GPTO产品可以提供额外日勺控制和监视功能。

EEPROM

(ElectricallyErasableProgrammableRead-OnlyMemory),电可擦可编

程只读存储器一一种掉电后数据不丢失日勺存储芯片。EEPROM可以在电脑上或专

用设备上擦除已经有信息，重新编程。一般用在即插即用。

EPROM由以色列工程师DovFrohman发明，是一种断电后仍能保留数据的计

算机储存芯片一一即非易失性的(非挥发性)。它是一组浮栅晶体管，被一种提

供比电子电路中常用电压更高电压日勺电子器件分别编程。一旦编程完成后，EPROM

只能用强紫外线照射来擦除。通过封装顶部能看见硅片H勺透明窗口，很轻易识别

EPROM,这个窗口同步用来进行紫外线擦除。可以将EPROM的玻璃窗对准阳光直

射一段时间就可以擦除。

SRAM

(StaticRandomAccessMemory),即静态随机存取存储器。它是一种具

有静止存取功能的内存，不需要刷新电路即能保留它内部存储日勺数据.SRAM不需

要刷新电路即能保留它内部存储日勺数据。而DRAM(DynamicRandomAccessMemory)

每隔一段时间，要刷新充电一次，否则内部日勺数据即会消失，因此SRAM具有较

高日勺性能，功耗较小，不过SRAM也有它日勺缺陷，即它日勺集成度较低，相似容量

的DRAM内存可以设计为较小日勺体积，不过SRAM却需要很大的体积。同样面积日勺

硅片可以做出更大容量日勺DRAM,因此SRAM显得更贵

DRAM

(DynamicRandomAccessMemory),即动态随机存取存储器，最为常见日勺

系统内存。DRAM只能将数据保持很短日勺时间。为了保持数据，DRAM使用电容存

储，因此必须隔一段时间刷新（refresh）一次，假如存储单元没有被刷新，存

储H勺信息就会丢失。（关机就会丢失数据）

FRAM

（ferromagneticrandomaccessmemory）即铁电存储器。

FRAM运用铁电晶体日勺铁电效应实现数据存储。铁电效应是指在铁电晶体上施

加一定日勺电场时，晶体中心原子在电场的作用下运动，并到达一种稳定状态；当

电场从晶体移走后，中心原子会保持在原来H勺位置。这是由于晶体日勺中间层是一

种高能阶，中心原子在没有获得外部能量时不能越过高能阶到达另一稳定位置，

因此FRAM保持数据不需要电压，也不需要像DRAM一样周期性刷新。由于铁电效

应是铁电晶体所固有的一种偏振极化特性，与电磁作用无关，因此FRAM存储器

的内容不会受到外界条件（诸如磁场原因）的影响，可以同一般ROM存储器一样

使用，具有非易失性的存储特性

SoC

（SystemonChip的缩写，称为系统级芯片，也有称片上系统）

由ARM企业推出日勺AMBA片上总线受到了广大IP开发商和SoC系统集成者日勺

青睐，已成为一种流行的工业原则片上构造。AMBA规范重要包括了AHB（Advanced

HighperformanceBus)系统总线和APB(AdvancedPeripheralBus)外围总线。

AHB

二AdvancedHighPerformanceBus,译作高级高性能总线。如同USB

(UniversalSerialBus)一样，也是一种总线接口

AHB重要用于高性能模块(如CPU、DMA和DSP等)之间的I连接，作为SoC的片

上系统总线，它包括如下某些特性：单个时钟边缘操作；非三态的实现方式；支

持突发传播；支持分段传播；支持多种主控制器；可配置32位~128位总线宽度；

支持字节、半字和字的传播。AHB系统由主模块、从模块和基础构造

AHB

(Infrastructure)3部分构成，整个AHB总线上的传播都由主模块发出，由

从模块负责回应。基础构造则由仲裁器(arbiter)、主模块到从模块的多路器、

从模块到主模块的多路器、译码器(decoder)、虚拟从模块(dummySlave)、虚拟

主模块(dummyMaster)所构成

实时时钟(Real-TimeClock)、响应时间赔偿(ResponseTimeCompensation)^

实时通讯(Real-timecommunications)、雷达跟踪中心(Radar

TrackingCentre）。

实时时钟

定义

实时时钟（Real-TimeClock）是PC主板上的晶振及有关电路构成日勺时钟电

路日勺生成脉冲，RTC通过8254电路时变频产生一种频率较低一点的OS（系统）时

钟TSC,系统时钟每一种cpu周期加一，每次系统时钟在系统初起时通过RTC初

始化。8254自身工作乜需要有自己的驱动时钟（PIT）。

重要作用

提供稳定的时钟信号给后续电路用。重要功能有:时钟，口历，闹钟，周期

性中断输出,32KHz时钟输出。

重要性能指标

控制方式：二线制，三线，四线制。

晶振：分内置晶振和外置晶振。

耗流，时间微调范围，时间精度以及与否有FF功能。

MPU有两种意思，微处理器和内存保护单元。MPU是单一口勺一颗芯片，而芯

片组则由一组芯片所构成，初期甚至多达7、8颗，但目前大多合并成2颗，

般称作北桥(NorthBridge)芯片和南桥(SouthBridge)芯片。MPU是计算机

的计算、判断或控制中心，有人称它为“计算机的心脏”。存储器保护单元容许

ARM处理器日勺4GB地址空间定义8对域，分别控制8个指令和8个数据内存区域。

DCE数据通信设备

DataCommunicationsEquipment(数据通信设备)它在DTE和传播线珞之

间提供信号变换和编码功能，并负责建立、保持和释放链路日勺连接，由开放软件

基金开发。

(DataCircuit-TerminaingEquipment)数据电路终接设备,简称DCE,是可

以通过网络发送和接受模拟或数字信号形式数据I付设备。常用的DCE是调制解调

器(modem)。DTE一般不直接连接到网络，它通过一台DCE进行通信。把DTE和

DCEH勺连接称为DTE-DCE接口。在任何一种网络中，DTE产生数字数据并把它传

送给DCE,DCE将这些数据转化成可以在传播介质上传播的格式，并将转化后的

信号发送给网络上另一种DCE。第二个DCE从线路上接受信号，将信号转化成与

它连接口勺DTE可用的格式，然后将信息转发给与它相连的DTEo

循环冗余校验(CRC)

若A与B通信，双方协议中采用CRC校验，约定生成多项式是G(X)-X-64<2+1,

若A发送的信息为，问B收到日勺对的信息是什么？

左移六位，清除以G(x)=1000除1,余数是UOOOL冗余后，B对的收到时应

该是110001这一串。

STN(SuperTwistedNematic)

是用电场变化原为180度以上扭曲日勺液晶分子日勺排列从而变化旋光状态，外

加电场通过逐行扫描的方式变化电场，在电场反复变化电压日勺过程中，每一点日勺

恢复过程较慢，因而产生余辉。它的好处是功耗小，具有省电的最大优势.

彩色STNH勺显示原理是在老式单色STN液晶显示屏上加一彩色滤光片，并将

单色显示矩阵中的每一像素提成三个子像素，分别通过彩色滤光片显示红、绿、

蓝三基色，就可显示出彩色画面。和TFT不一样STN属于无源Passive型LCD,

一般最高能显示65536种色彩。

TFT(ThinFilmTransistor)是薄膜晶体管

的缩写。TFT式显示屏是各类笔记本电脑和台式机上的主流显示设备，该类

显示屏上的每个液晶像素点都是由集成在像素点背面的薄膜晶体管来驱动，因此

TFT式显示屏也是一类有源矩阵液晶显示设备。是最佳H勺LCD彩色显示屏之一，

TFT式显示屏具有高响应度、高亮度、高对比度等长处，其显示效果靠近CRT式

显示屏。

同步，TFT式屏幕也普遍应用于中高端彩屏手机中，分65536色、16万色,

1600万色三种，其显示效果非常杰出。

TFT是指液晶显示屏上的每一液晶像素点都是由集成在其后的薄膜晶体管来

驱动。从而可以做到高速度高亮度高对比度显示屏幕信息，TFT-LCD（薄膜晶体

管液晶显示屏）是多数液晶显示屏的一种

AMBA先进微处理器体系构造

由ARM企业研发推出的AMBA（AdvancedMicrocontrollerBusArchitecture）

片上总线.可将RISC处理器集成在其他IP芯核和外设中，2.0版AMBA原则定义

了三组总线：AHB（AMBA高性能总线）、ASB能MBA系统总线）、和APB（AMBA外设总

线）。

系统总线通过桥接器（bridge）变换成外围总线APB的信号

AMBA有多种版本,至,AMBA已从AMBAL0发展到了AMBA4.0,性能随版本日勺

发展也逐渐提高。ARM7采用AMBA1,而ARM9采用AMBA2.

3.2.2基于ARM内核的嵌入式芯片口勺硬件构成

存储器及其控制器

用于管理和控制片内的SRAM,ROM,FLASHROM。

1.中断控制器对其他硬件时中断祈求进行管理和控制，一般采用向量中断

(VICO和嵌套向量中断(NVIC)方式管理中断。

2.DMA控制器直接存储器访问控制器

3.电源管理与时钟控制器ARM处理芯片内部的电源管理有正常工作模式，慢

时钟模式，空闲模式，掉电模式，休眠模式，深度休眠模式，

4.GPIO端口

5.定时计数组件重要包括看门狗定时器(WDT),timer通用定时器,RTC,脉

冲宽度调整器(pulsewidthmodulation,PWM)

6.模拟通道组件ADCDAC比较器

7.互联通信组件UAKI2CSPICANUSB

ARM处理芯片内部有多种可互联通信的组件，重要包括LART.12C、SPI、CAN.

USB、

通用异步收发器(UniversalAsynchronousReceiver/TransmitterUART)

为原则日勺串行通信接口，字符格式按照低位在前、高位在后的次序进行传播，1

位起始位，5-8位数据位，1位奇偶校验位，1-2位停止位。它是应用最为广泛

的串行通信接口，可完成全双工时串行异步通信。外接电平和逻辑转换收发器后

可做成RS-232.RS-422.RS-485筹原则H勺串行接口。RS是英文“推荐原则”日勺

缩写

I2c（Inter-IntegratedCircuit）集成电路互联串行半双工是集成电路

互连的一种总线原则，只有两根信号线'一根是时钟线SCL,一根是数据线SDA

（双向三态），即可完成数据H勺传播操作。具有特定的起始位和终止位，可完成

同步半双工串行通信方式，常用于板级芯片之间H勺短距离低速通信。

I2S（IntcrlntcgratcdCircuitSoundBus）是一种面向多媒体应用日勺音频串

行总线，是SONY.PHILIPS等企业共同推出的接口原则，重要针对数字音频设备

如便携CD机、数字音频处理器等，专用于这些音频设备之间欧J数据传播。

SPI（SerialPeripheralInterface）是串行外设接口，总线系统是种同步申

行外设接口，它可以使MCU与多种外围设备以串行方式进行通信。一般用四线制，

包括MISO（主输入从输出）、MOSI（主输出从输入）、SSL（低电平有效的从机

芯片选择）和SCK（串行时钟线）。可完成全双工时同步串行通信,用于板级芯

片之间口勺短距离通信，

CAN（ControllerAreaNetwork）是控制器局域网，仅有CANI1和CANL两根信

号线，采用差分传播日勺方式，可以进行远跑离（1200m）多机通信。重要用于规

定抗干扰能力强的工业控制领域，可构成多主多从系统。CRC校验

USB（UniversalSerialBus）是一种通用串行总线，重要应用于与外部设备

的短距离通信，也采用差分方式传播数据，速度快，效率高，是目前应用最广的

串行总线接口形式。

Ethernet是以太网通信接口，在许多新型ARM芯片（如Cortex-M3系歹D

中均集成了这一接口，把以太网MAC层做到芯片内部，有日勺连物理层也做进去了，

使连接以太网变得非常轻易，外部仅需要连接一种RJ-45连接器即可。

3.2.4嵌入式处理芯片选型

3.3嵌入式系统的存储潜

新型存储器

FRAM铁电随机存取存储器ferroelectricrandomaccessmemory

MRAM磁性随机存取存储器Magneticrandomaccessmemory

随机存储器RAM(RandomAccessMemory)易失性存储器，掉电信息失去

RAM乂分为静态RAM(SRAM以触发器原理寄存信息)和动态RAM(DRAM以电容

充放电原理寄存信息)。

只读存储器ROM(ReadonlyMemo”)非易失性存储器

只读存储器分为掩膜型只读存储器MROM(MaskedROM)、可编程只读存储

器PROM(ProgrammableROM)、可擦除可编程只读存储器

EPROM(ErasableProgrammableROM)、用电可擦除可编程口勺只读存储器

EEPROM(ElectricallyErasableProgrammableROM)0以及近年来出现了的

快擦型存储器FlashMemory,它具有EEPROM的特点，而速度比EEPROM快得多。

NORflash（以字节为单位进行存取）和NANDflash（以页，行为单位进行存取）

是市场上两种重要H勺闪存技术。

存储器FI勺带宽指是指每秒可传播（读出/写入）的最大数据总量。其与存储

器总线H勺工作频率、也与数据线的位数（位宽、宽度）和每个总线周期日勺传播次

数有关。

NORflash和NANDflash是市场上重要的两种闪存技术；NORflashROM

是以字节为单位进行随机存取，但写入和擦除速度较慢，影响他口勺性能。NAND

flashROM以页（行0为单位进行随机存取，在容量，使用寿命，成本方面有优

势。但读出速度较慢，编程较为复杂，大多用于数据存储。数码相机存储卡和U

盘中的flash均为NANDFLASH。

经典片外存储器的带宽及容量计算。带宽二总线频率X数据宽度/8*传播次数

/总线周期=1332MB/s；存储器容量V,地址总线M,数据总线N,V=2'"*N,如

地址总线20条，数据总线16条，V=22O*16=16Mb=2M.

3.4I/O接口及常用的I/O设备

3.4.1通用I/O接口GPIO

愉入缓冲输出锁存三态：0态，：态高阻态

3.4.2集成电路互连总线接口I2C

连接嵌入式处理器及其外围器件串行半双传播的总线原则主动发起数

据传播操作日勺12c器件是主控器件，否则是从器件。

有两条信号线。一数据线SDA,二时钟线SCL,SDA上日勺数据必须在时钟的高电

平周期保持稳定，他的高下电平只能在时钟信号线是低电平时才能实现。

波及操作时序：启动和停止条件数据传播格式应答（ACK）信号传送读/

写操作总线仲裁异常中断条件

3.4.3串行外设接口SPI

同步串行外设接口基于SPI接口的外围设备主包：flashROM,RAM,A/D转换

器网络控制器MCUo一般4条线：串行时钟线SCK,主机输入/从机输出数据线

MISO,主机输出/从机输入数据线MOSI,和低电平有效日勺从机选择线SSEL

3.4.4串行异步通信接口UART

全双工异步串行通信由发送器，接受器，控制单元，波特率发生器构成

发送模式：先进先出(FIFO)模式一般发送模式查询发送方式

接受模式：先进先出(FIFO)模式一般发送模式

3.4.5通用串行总线USB

UniversalserialBUS采用反转不归零制编码(NOM-returntozero,NR2I),

即电平保持时传播逻辑1,反转时传播0.

半双工差分方式传播

3.4.6高清多媒体接口UDMI

Highdefinitionmultimediainterface,一种数字化/音频接口，同步传播音

频/视频信号而不必再传播前进行数模，模数转换。

HDM1在STM32F100中也成为CEC(consumerelectronicscontrol)接口，即

消费电子控制接口。

19针和29针即插即月

3.4.7常用输入设备

键盘触摸屏其他感应传感器

键盘：线性键盘(一种键盘占一种引脚)

矩阵键盘(行列矩阵扫描法，反转法读取键值)

触摸屏：电阻式(软屏)构造简朴，价格低，电容式(硬屏)复杂，贵

3.4.8输出设备

LED灯数码管LCD显示设备（接口原则，VGA,videographicsarray视频图形

阵列，DVI,digitalvisualinterface两种重要形式,目前开始流行HDMI）

VGA,videographicsarray视频图形阵列

DVI,digitalvisualinterface数字视频接口

HDMTHighDefinitionMultimediaInterface（高辨别率多媒体接口

3.6嵌入式系统外部通信接口

1.基于UART日勺RS-232/RS-485接口

2.CAN总线接口基于SPI（串行外设接口）的CAN总线扩展接口基于并行

总线的CAN总线扩展接口

CAN总线日勺数据帧曰7个不一样时域构成，按照次序排列为帧起始，仲裁域,

控制域，数据域，校验域（CRC欲），应答域，帧结尾。

3.以太网通信接口3.1基于内置以太网控制器的以太网接口3.2不带内置

以太网控制器的以太网接口

以太网控制器DM9000

以太网水晶接头RJ-45

网络变压器H1102重要用于信号电平耦合，增强信号，使其传播距离更远。

4.常用无线通信接口GPS模块（globalpositioningsystem）北斗模块

GPRS模块通用分组无线服务WIFI模块使用IEEE802.11系列协议H勺无线局

域网又称wifi（wirelessfidelity即无线保真）蓝牙模块射频通信模块

如ST4432,ST1000,

第4章嵌入式软件系统

4.1.2嵌入式系统的软件构造

1.简朴日勺轮询构造round-robin应用程序反复循环检查每一种外部输入条件，

一旦有需要处理的任务，则进行对应的处理。

2.带中断日勺轮循构造也称中断驱动构造或前后台构造后台是一种循环执行的

轮询程序，前台则由若干个中断服务程序构成。

3.监控式操作系统+应用软件构造嵌入式操作系统embeddedoperating

systemEOS

4.通用嵌入式操作系统+应用软件构造嵌入式系统软件控制和管理系统中日勺资

源，为嵌入式应用提供支持，一般可分为硬件抽象层（驱动层），操作系统层，

中间件层。中间件(middleware)软件是指出来操作系统内核，设备驱动程序

和应用软件之外的系统软件。中间件是具有原则程序接口和协议的通用服务。

通用的中间件有JAVA虚拟机中间件，数据库访问中间件、图形和图像处理中间

件，面向特定应用H勺有数字电视中间件，嵌入式RFID中间件。

嵌入式系统一般是在开发主机.上进行交叉开发的，因此在开发主机和嵌入式

目标机上运行着大量的支撑软件：指辅助嵌入式系统设计、开发及测试日勺工具软

件，包括系统分析设计工具、在线仿真工具、交叉编译器、源程序模拟器和配置

管理器。大部分自称软件运行在开发平台上，在调试阶段，嵌入式系统目标平台

上也会运行某些开发工具的I代理程序(agent)。

4.1.3硬件抽象层与板级支持包BSP

1.概念hardwareabstractlayerHALboardsupportpackageBSP都是

嵌入式系统的底层软件。将嵌入式系统软件中位于操作系统层与硬件之间的、与

硬件有关的软件层统称为硬件抽象层，而板级支持包则被看作是硬件抽象层与在

特定操作系统环境系下口勺详细实现。

2.BSP实际上是某些汇编程序和C语言代码相结合的操作系统底层软件。包括初

始化程序，设备驱动程序，配置文件，和引导加载程序。

3.HAL和BSP实例

NIOS是altera企业推出日勺32位哈佛构造顾客可配置的通用RISC

软核处理器。S0PCbuilder开发工具

Windowembeddedcompact7（WEC7）BSP微软企业推出由

引导加载程序（bootloader）0EM适配器（0AL）、设备驱动程序、配

置文件和内核无关的传播层（KITL）构成。

BootROM引导只读存储器

4.1.5设备驱动程序

指直接与硬件相互作用并控制硬件口勺软件。一般以一组函数日勺形式出现，该函数

封装了对硬件（包或虚拟硬件）日勺操作。一般功能包括：设备初始化、设备打开

或关闭、设备读取和写入（数据收发）、设备状态查询和设备控制操作。

Vxworks操作系统有高性能事实内核wind、文件系统、I/0系统、

网络协议栈和板级支持包构成。BS