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嵌入式系统及其应用
在32位RISC芯片中占据了领导地位。
合作伙伴包括了许多世界顶级的半导体公 司
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i.MXL/MX21
LPC2000/300 0
PXA255/270
S3C2410/2440
AT91RM9200
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而且ARM体系还采用了一些特别的技术，在保证高 性能的同时尽量减小芯片的体积，降低芯片的功 耗。这些技术包括： 在同一条数据处理指令中包含算术逻辑处理单元 处理和移位处理。 MOV R0，R1，LSL #3 //R0=R1<<3 使用地址自动增加（减少）来优化程序中循环处 理。 LDR R0，[R1，R2，LSL #2] //将内存单元（R1+（R2<<2)）中的数据读取到 R0中，同时R1=R1+（R2<<2)
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3、JTAG接口
• JTAG（Joint Test Action Group，联合 测试行动小组）是一种国际标准测试协议 （IEEE 1149.1兼容），主要用于芯片内部 测试。
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• 我们经常用简易 JTAG接口直接烧写 嵌入式系统Flash存 储器。这种烧写方式 是通过一根并口电缆 和一块信号转换集成 电路板以建立PC机与 开发板之间的通信。
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2、嵌入式系统中的存储设备
（1）RAM、SRAM、DRAM • RAM即是我们通常所说的内存。RAM又可 分为SRAM（静态存储器）和DRAM（动 态存储器）。 （2）Flash • Flash是一种非易失闪存，它具有和ROM 一样掉电后数据不会丢失的特性。Flash是 目前嵌入式系统中广泛采用的主流存储器， 它的主要特点是按整体/扇区擦除和按字节 编程，具有低功耗、高密度、小体积等优 点。
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第2章 嵌入式系统硬件开发平台
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本章要点
学习完本章读者将掌握如下内容： • 1、嵌入式硬件的相关基础知识 • 2、嵌入式硬件平台基本组成 • 3、ARM系列微处理器简介 • 4、S3C2410及PXA270微处理器的结构
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（1）总线时序协议
• 同步时序： • 总线上所有事件共用同一时钟脉 冲进行操作过程的控制，所有事件都 在时钟周期的开始发生。 • 异步时序： • 操作由源或目的模块发出的特定 信号确定。双方相互提供联络信号。
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（2）异步时序协议的握手协议
• 握手协议是总线异步时序的基本构件。 • 握手协议数据传送过程的4个周期：
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PD1 PD0 1希望两边亮，中间暗，则：
PD7 PD6 0 1
PD5 PD4 PD3 PD2 1 1 1 1
PD1 PD0 1 0
• 十六进制编码为：7EH。
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2.2 嵌入式系统硬件平台
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•
寄存器是一种时序逻辑电路，但这种时 序逻辑电路只包含存储电路。寄存器的存 储电路是由锁存器或触发器构成的，因为 一个锁存器或触发器能存储1位二进制数， 所以由N个锁存器或触发器可以构成N位寄 存器。寄存器是CPU内部的元件，寄存器 拥有非常高的读写速度，所以在寄存器之 间的数据传送非常快。
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5、中断
• 中断方式是指，当外部设备准备与CPU进 行数据传输时，外部设备首先向CPU发出 中断请求，CPU接收到中断请求并在一定 条件下，暂时停止原来的程序并执行中断 服务处理程序，执行完毕以后再返回原来 的程序继续执行。
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Load/Store指令可以批量传输数据，从而提高数 据传输的效率。 STMIA R1！，{R3-R9} //将R3~R9的数据存储到R1指向的地址上，每次 传送后R1的值加4 所有指令都可以根据前面指令执行的结果，决定 是否执行，以提高指令执行的效率。 CMP R0，R1 ；比较R0和R1的大小 SUBGT R0，R0，R1 ；if（R0>R1）R0=R0R1 SUBLT R1，R1，R0 ；if（R0<R1）R1=R1R0
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（3）总线仲裁方式
• 对多个主设备提出的占用总线请求，必须 在优先级或公平抢占的基础上进行仲裁。 由中央仲裁器或设备的仲裁器根据优先级 策略进行裁决。
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（4）总线标准
• 总线标准指的是通过总线将各个设备连接 成一个系统所必须遵循的规范。 • 总线标准主要包括以下内容 机械特性 电气特性 引脚功能特性 协议（时序）特性
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1、ARM公司简介
• ARM（Advanced RISC Machines），既 可以认为是一个公司的名字，也可以认为 是对一类微处理器的通称，还可以认为是 一种技术的名字。 • ARM 公司是专门从事基于RISC 技术芯片 设计开发的公司，作为知识产权供应商， 本身不直接从事芯片生产，靠转让设计许 可，由合作公司生产各具特色的芯。
图2.4 中断处理的各个阶段
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6、数据编码
• 设用微处理器控制一串彩灯（发光二极管） 的亮灭。如图2.4所示。
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• 我们设不发光的口线（高电平）为1，发光的 口线（低电平）为0。 • 当彩灯L1发光时，PD0口线为低电平，而其 余口线均为高电平。
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4、I/O端口
• I/O端口又称为I/O接口，它是微处理器对外 控制和信息交换的必经之路，是CPU与外 部设备连接的桥梁，它在CPU与外部设备 之间起信息转换和匹配的作用。I/O端口有 串行和并行之分，串行I/O端口一次只能传 送一位二进制数信息，而并行I/O端口一次 能传送一组二进制数信息。
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2.4微处理器的结构
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• 图2.3
I/O接口电路的位置
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• CPU对外设I/O端口物理地址的编址方式有 两种： • 一种是I/O映射方式（I/O－mapped）； • 另一种是内存映射方式（Memory－ mapped）。 • 具体采用哪一种则取决于CPU的体系结构。
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3、总线
• 总线（BUS）是接口电路与CPU或者接口 电路与I/O外部设备之间连接的主要形式， 是各功能部件之间传送信息的公共通路。 • 采用一组公共的信号线作为嵌入式系统各 部件之间的通信线，这组公共信号线就称 为总线。 • 总线主要由传输信息的物理介质和管理信 息传输的协议组成。
图2.5 嵌入式系统硬件结构
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1、嵌入式处理器
• 嵌入式处理器通常包括几个部分：处理器 内核、地址总线、数据总线、控制总线、 片上I/O接口电路及辅助电路（如时钟、复 位电路等）。 • 嵌入式处理器可以分为3类： 嵌入式微处理器、 嵌入式微控制器、 嵌入式DSP（Digital Signal Processor， 数字信号处理器），
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•
外部设备也有寄存器，是一种存储单元，其 物理结构跟内存单元不一样，但作用跟内存单元 一样，都能保存信息。 在设计时，给外部设备的每个寄存器都分配 一个地址，CPU可以根据地址访问某个寄存器， 则该寄存器发生相应的动作：或接收数据总线上 的数据（对应于写操作），或把自己的数据送到 数据总线上（对应于读操作）。当CPU访问某个 寄存器时，同一个外设的其他寄存器和其他外设 的寄存器由于没有CPU的指令不会发生动作。
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2.3 ARM微处理器体系
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2.3.1 ARM公司及ARM体系结构
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常见嵌入式处理器内核
ARM（ARM7/ARM9/ARM10） XScale POWERPC COLDFIRE/M68K MIPS X86
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ARM芯片不但具有RISC体系的一般特点， 如： 具有大量的寄存器。 绝大多数操作都在寄存器中进行，通过 Load/Store的体系结构在内存和寄存器之 间传递数据。 寻址方式简单。 采用固定长度的指令格式。
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使用ARM处理器的优势
第一，ARM技术本身具有很高的性能和功 效； 第二，由于ARM的合作伙伴众多，可以方 便的获取更多的第三方工具、制造和软件 支持，从而降低产品成本，缩短上市周期 ，提高竞争力。
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目前ARM技术在许多领域已经取得或正在取 得很大的成功： 无线设备 蓝牙技术 宽带网络 消费电子 汽车电子 海量存储设备 成像产品 安全产品
则可以表示为以下对应值： PD7 PD6 PD5 PD4 PD3 PD2 1 1 1 1 1 1