东南大学soc课件9 SoC各种接口模块(2学时).ppt

1、1,SoC各种接口模块,2,目录,低速通信接口控制器 UART SPI 高速通信接口控制器 USB 人机界面控制器 LCDC I2S,RS232接口,TXD - 发送数据信号 RXD - 接收数据信号 CTS - The Clear To Send signal. 低电平有效。当此信号有效时，表示外部设备可以接收UART发送的数据。 RTS - The Request To Send signal. 请求发送信号。低电平有效。UART向外部设备发出的数据请求信号。 DTR -The Data Terminal Ready signal. 数据终端（DTE）准备好信号。 DSR - The Da

2、ta Set Ready signal. 数据设备准备好信号。是DTR信号的应答信号。 DCD - The Data Carrier Detect signal. 接收线路载波检测信号。通知UART探测到载波，准备接受数据。 RI - The Ring Indicator. 震铃指示信号。低电平有效。数据设备（DCE）通知UART接收到一个电话震铃。,4,RS232帧格式,第一位为起始位 中间8位或者7位数据位 最后1或者2位停止位 11位的数据帧 奇偶校验,5,UART控制器,APB Interface,BaudRate Generator,Tx,Rx,Interrupt Generator

3、,FIFO,FIFO,IRDA Interface,TXD,RXD,RTS,CTS,out_baud,DTR,DSR,RI,DCD,OUT1,OUT2,作用： 用于异步串行收发 支持RS232传输方式 支持红外模式传输 特征： 字符编码5-8位. 可配置的奇偶校验(偶校验,奇校验,或不用奇偶校验) 对RTS,CTS信号提供硬件控制流支持 对各种控制流和FIFO状态提供各种状态标志 串行红外接口 发送FIFO空时可触发中断,UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter）通用异步收发器，是处理器总线与串行线（一般使用RS232信号协议）接口的外围

4、设备,UART控制器模块中所设计的寄存器,1、中断使能寄存器 2、中断识别寄存器 3、FIFO控制寄存器 4、线路控制寄存器 5、Modem控制寄存器 6、线路状态寄存器 7、Modem状态寄存器 8、Divisor Latches寄存器：用于设置传输的波特率 9、接收FIFO 10、发送FIFO,7,目录,低速通信接口控制器 UART SPI 高速通信接口控制器 USB 人机界面控制器 LCDC I2S,8,串行外设接口 SPI总线接口,Serial peripheral interface SPI: 是由Motorola公司开发的，在微控制器和外设之间的一个简易接口标准 与UART不同，S

5、PI是同步协议接口，所有的传输参照一个共同的时钟 主从方式接口，可以一带多 简单实用：A/D, D/A，时钟芯片，串行存储器等外设,9,SPI 控制器,作用： 在微控制器与外设之间进行并串转换的数据传输；其外设传递方式： 全双工 同步 串行,SPI控制器和SPI外设的连接,SPI接口的数据传输速度总体来说要比I2C接口快得多，单线数据线的传输速率可达100Mbps，4线数据线的传输速度可达50MB/s。,SPI主机和多个从机的连接,SPI控制器支持的功能,符合AMBA 2.0接口标准 支持串行Master操作模式 中断可独立屏蔽，中断包括：发送FIFO溢出信号，发送FIFO空信号，接收FIFO

6、满信号，接收FIFO下溢信号以及接收FIFO的溢出信号 串行接口协议：Motorola Serial Peripheral Interface (SPI) 四线全双工串行接口协议。时钟相位、极性有四种组合方式，时钟相位、极性的选择决定了传输是否以第一个发送时钟作为开始，停止时钟是否保持为高电平等问题。National Semiconductor Microwire 半双工的串口协议。采用控制字串行传输，来协调MASTER设备与SLAVE设备的控制信息。 时钟比特率（数据传输的串行比特率）动态控制，仅在串行MASTER模式下进行的操作。,SPI控制器中所设计的寄存器,控制寄存器0：控制帧大小、传

7、输模式选择、串行时钟极性、串行时钟相位、帧格式、数据帧长度等 控制寄存器1：数据帧数量 使能寄存器：使能SPI Microwire控制寄存器：Microwire握手、控制、传输模式 从设备使能寄存器 波特率选择寄存器 发送FIFO阈值寄存器、接收FIFO阈值寄存器、发送FIFO状态寄存器、接收FIFO状态寄存器 SPI状态寄存器 中断屏蔽寄存器、中断最终状态寄存器、中断原始状态寄存器 发送FIFO上溢中断清除寄存器、接收FIFO上溢中断清除寄存器、接收FIFO下溢中断清除寄存器、中断清除寄存器 DMA控制寄存器、DMA发送数据寄存器、DMA接收数据寄存器 数据寄存器,SPI和触摸屏的协同工作举

8、例,14,目录,低速通信接口控制器 UART SPI 高速通信接口控制器 USB 人机界面控制器 LCDC I2S,15,USB简介,USB是Universal Serial Bus的缩写,中文意思就是“通用串行总线”, 是连接有USB接口的计算机外围设备到计算机的一种计算机外部总线结构 USB的开发背景 提供高带宽串行通信 Plug-and-Play （即插即用）。 端口扩展。USB提供双向低成本低速到中速(USB 2.0 可达480Mb/s)的通用外设总线适用于连接各种各样的外设并且易于扩展。,USB协议的发展,USB系统的级联星型拓扑结构,主机包含有主机控制器和根集线器（root hub

9、），控制USB总线上的数据传输。USB系统只能有一个根集线器，它连接在主机控制器上。主机有时也集成集线器，用于扩展主机的连接端口数量。 集线器是USB系统的特定组成，提供端口（Port）将功能设备连接到USB总线上，同时检测连接在总线上的设备，并为这些设备提供电源管理，负责总线的故障检测和恢复。通过集线器，USB系统最多可以连接127个功能设备。 功能设备通过端口与总线连接。集线器与功能设备可由主机通过USB总线提供能源，也可由自身提供能源（通过自身外部电源接口）。需要注意的是，主机通过USB总线提供电源存在电流限制。USB总线可以提供5V电源供连接的外设使用。USB总线提供的电流较低，100

10、mA到500mA之间，对于鼠标、U盘等外设是足够的，对于需要大电流的外设来说，需要自身供电。,17,USB工作原理,USB技术和IP技术一样，都是基于分组传送方式的。 首先把数据分成若干块，然后在每块数据前面添上同步信号、包标识，后面添上CRC校验，就形成了USB封包。 一个文件可能可能有多个封包。 全速USB总线把1毫秒作为一个时间帧，总线在一个帧内依次传送不同文件的封包。因此从宏观上，就仿佛总线同时对不同的USB外设进行数据传送。 根据信息包所实现的功能可分为3种类型：令牌包、数据包和握手包。令牌包定义了数据传送的类型,USB数据传输过程,主机控制器首先产生令牌包（token packet

11、），表明传输类型、传输方向（传输方向由主机的观点决定，输出传输表明数据由主机发往设备，输入传输表明数据由设备发往主机）、以及目标设备的终端地址。 目标设备接收令牌包后，根据令牌包指定的传输方向，返回数据或是接收来及主机的数据。 数据传输完成后，握手包用于表明传输完成情况。对于输出传输，响应信号由设备产生；对于输入传输，响应信号由主机产生。,USBD模块的连接,20,USB 1.1 Device 控制器,48MHZ的系统时钟 支持USB1.1协议 USBD外挂FIFO,发送和接受FIFO都为128x16 一个配置，两个端点（Control端点和Bulk端点） DMA传输方式,支持部BURST传输

12、方式 全部同步设计,USBD模块所设计的寄存器,USB协议中断寄存器：各个中断源的配置：RESET事务中断、SUSPEND事务中断、SETUP事务中断、IN事务中断、OUT事务中断、PING事务中断、传输错误发生中断、ACK接收中断、统计寄存器溢出中断、控制传输发生错误； USB协议中断屏蔽寄存器：对于各个中断源进行屏蔽，配置各个中断源是否允许送到CPU USB协议中断类型控制器：配置中断类型控制，是电平触发中断还是上升沿触发中断 USB活动端点状态寄存器：对各个端点（端点号范围00-0 x0F）配置端点传输方向是OUT还是IN USB配置属性寄存器：是否屏蔽远程唤醒功能；供电方式是采用自身供

13、电还是总线供电 USB工作速度寄存器：配置USB的工作速度是High-speed、Full-speed还是Low-speed。 USB帧号寄存器：记录SOF包内的帧号，范围0 x000-0 x7FF USB传输次数寄存器地位：记录端点1-端点15下一帧要求的传输数是一次传输、两次传输还是三次传输。 USB接收包数寄存器：记录成功接收的包数量 USB丢失包数寄存器：记录丢失的包数量 USB CRC错误包数寄存器：记录CRC错误的包数量 USB位填充错误包数寄存器：记录填充错误的包数 USB PID错误包数寄存器：记录PID错误的包数量 USB帧错误包数寄存器：记录帧错误的包数量 USB发送包数寄

14、存器：记录发送的包数量 USB统计溢出寄存器：查看接收包寄存器状态、丢失包寄存器状态、CRC错误寄存器状态、位填充错误寄存器状态、PID错误寄存器状态、帧错误寄存器状态、发送包寄存器状态 USB IN传输事务包长度寄存器：记录IN传输事务包长度，以字节为单位 USB OUT传输事务包长度寄存器：记录OUT传输事务包长度，以字节为单位 USB唤醒寄存器：对该寄存器置1唤醒USB USB端点0地址寄存器：配置各端点号（范围为0 x0-0 xF）的端点方向为OUT还是IN。 USB端点0包尺寸配置寄存器：在Control、Isochronous、Bulk、Interrupt等情况下分别配置数据包的大

15、小 USB端点0接口号配置寄存器：配置接口号（范围为0 x0-0 xF） USB端点0状态寄存器：是否有中断等待、传输零字节包、控制命令是否完成、是否有协议停止发生、端点是否活动、端点是否暂停等。 USB端点0 SETUP请求类型寄存器：方向是主机到设备还是设备到主机；类型为Standard、Class还是Vendor；接收者是设备、接口、端点还是其他。 USB端点0 SETUP请求内容寄存器：SETUP传输内容 USB端点0 SEPUP请求值寄存器 USB端点0 SETUP请求宽度寄存器 USB端点0 SEPUP请求长度寄存器 USB端点0同步帧号寄存器：记录帧号 USB端点1的相应寄存器

16、USB端点传输状态寄存器：是否收到一个0字节的OUT包、RX FIFO是否有数据要读走、TX FIFO是否可以接收数据、数据端口是否是通过DMA方式读写,22,目录,低速通信接口控制器 UART SPI 高速通信接口控制器 USB 人机界面控制器 LCDC I2S,显示系统,24,电流通过液晶层，这些分子将会以电流的流向为方向进行排列,液晶层能够使光线发生扭转,LCD 显示原理,25,LCD分类,液晶的显示技术,被动矩阵,STN,主动矩阵,TFT,DSTN,FSTN,潮流趋势,26,TFT彩色液晶驱动时序图,LSCLK在下降沿（当选择正的极性时）锁存数据到panel。在主动模式，LSCLK不停

17、运转。 HSYNC导致panel开始新的一行。 VSYNC导致panel开始新的一帧。总是包括最后一个HSYNC脉冲。 OE作为输出CRT信号的使能信号。此输出使能信号类似于CRT的空输出和用于移位到显示的数据使能。,27,黑白/灰度/彩色液晶控制器（LCDC）,功能：LCDC是将系统需要显示的数据经过处理后输出到LCD显示驱动器的液晶显示控制模块，支持黑白、灰度、彩色液晶屏。 在用户初始化配置后，LCDC将在自动进行读取数据、缓存数据、处理数据以及输出符合时序要求的控制和数据信号等操作。 特征： STN(Super Twisted Nematic)4/8位接口的单色显示 TFT(Thin F

18、ilm Transistor)彩色显示，16bpp不经调色的TFT真彩色显示 分辨率软件可配置，最高至102476,FRAME BUFFER,L C D,LCD 接 口,DATA BUFFER,DATA OPERATION,LDC Drive芯片,LCDC结构框图,LCDC控制器中所设计的寄存器,屏幕起始地址寄存器SSA：用于存放每帧数据的第一个字在存储器中的地址，即Framebuffer的地址。当用户配置完LCDC并使能后，以及每读完一帧数据后，LCDC将以本寄存器的值为地址读取相应存储器单元的数据作为一帧数据中的第一个字，然后以递增地址的方式读取一帧中剩余的数据。这个地址必须是开始在4by

19、te边界，确保能存放一幅完整的图像。 屏幕尺寸寄存器SIZE：确定屏幕尺寸，屏幕尺寸由屏幕宽度和屏幕高度组成，用户可以根据实际硬件上的屏幕大小来对该寄存器进行配置。 面板配置寄存器PCR：这个寄存器比较重要，它决定了TFT显示的接口，彩色显示接口，Panel总线宽度，像素位数，像素极性，首行标志极性，行脉冲极性，LCD移位时钟极性，输出使能极性，LSCLK空闲使能，印第安格式选择，ACD时钟源选择，晶向变换，LSCLK选择，像素时钟间隔。其中，对刷新率起到作用的是总线宽度，像素位数和像素时钟间隔。 水平配置寄存器HCR：确定每刷一行所需要的等待时间。 垂直配置寄存器VCR：确定每刷一帧所需要的

20、等待时间。 PWM对比度控制寄存器PWMR：确定屏幕的对比度。 使能控制寄存器LECR：用于使能或禁止LCDC DMACR控制寄存器：确定LCD控制器自带的DMA的传输方式和大小。 LCDICR中断使能寄存器：用于使能或屏蔽LCDC模块输出的中断信号 LCDISR中断状态寄存器：存放了LCDC的中断状态标志 灰度调色映射寄存器组LGPMR：用于设置灰度显示屏的各级灰度,30,目录,低速通信接口控制器 UART SPI 高速通信接口控制器 USB 人机界面控制器 LCDC I2S,31,PCM格式,将音频数字化，其实就是将声音数字化。最常见的方式是透过脉冲编码调制PCM(Pulse Code Modulation) 。 声音经过麦克风，转换成一连串电压变化的信号，是使用三个参数来表示声音，它们是：声道数、采样位数和采样频率 采样