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嵌入式硬件开发平台


5、中断 、
• 中断方式是指,当外部设备准备与CPU进 中断方式是指,当外部设备准备与 进 行数据传输时,外部设备首先向CPU发出 行数据传输时,外部设备首先向 发出 中断请求, 中断请求,CPU接收到中断请求并在一定 接收到中断请求并在一定 条件下, 条件下,暂时停止原来的程序并执行中断 服务处理程序, 服务处理程序,执行完毕以后再返回原来 的程序继续执行。 的程序继续执行。
• 若希望两边亮,中间暗,则: 若希望两边亮,中间暗,
PD7 PD6 PD0 0 1
PD5 PD4 PD3 PD2 1 1 1 1
PD1 1 0
• 十六进制编码为:7EH。 十六进制编码为: 。
2.2 嵌入式系统硬件平台
图2.5 嵌入式系统硬件结构
1、嵌入式处理器 、
• 嵌入式处理器通常包括几个部分:处理器 嵌入式处理器通常包括几个部分: 内核、地址总线、数据总线、控制总线、 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、 接口电路及辅助电路( 片上 接口电路及辅助电路(如时钟、复 位电路等)。 位电路等)。 • 嵌入式处理器可以分为 类: 嵌入式处理器可以分为3类 嵌入式微处理器、 嵌入式微处理器、 嵌入式微控制器、 嵌入式微控制器、 嵌入式DSP(Digital Signal Processor, 嵌入式 ( , 数字信号处理器), 数字信号处理器),
2.1 相关基础知识
1、微处理器 、
• 中央微处理器,简称CPU,它是计算机中 中央微处理器,简称 , 最重要的一个部分, 最重要的一个部分,它决定嵌入式系统的 主要功能特性。 主要功能特性。CPU又由运算器和控制器 又由运算器和控制器 两大部分组成。 两大部分组成。
2、寄存器 、
• 所谓寄存器(register),是CPU内部 所谓寄存器( ),是 ), 内部 用来存放数据的一些小型存储区域, 用来存放数据的一些小型存储区域, 用于暂时存放参与运算的数据和运算 结果。 结果。
Flash分为 分为 NOR Flash、NAND Flash两种。 、 两种。 两种
• NOR Flash的特点是在芯片内执行,可以 的特点是在芯片内执行, 的特点是在芯片内执行 直接读取芯片内储存的数据, 直接读取芯片内储存的数据,因而速度比 较快。应用程序直接在Flash内运行,不必 内运行, 较快。应用程序直接在 内运行 把代码读到系统RAM中运行。 中运行。 把代码读到系统 中运行 • NAND Flash不能直接在 不能直接在Flash内运行应用 不能直接在 内运行应用 程序,需要将数据复制到RAM中运行。 中运行。 程序,需要将数据复制到 中运行 • NAND Flash的特点是容量大。 的特点是容量大。 的特点是容量大
PD1 PD0 1 0
用二进制数表示为:11111110。 用二进制数表示为: 。 其值为: 用十六进制编码 ,其值为:FEH 。
• 再如,要彩灯L8发光,其余均不发光,则 再如,要彩灯 发光 其余均不发光, 发光, 有: 则可以表示为以下对应值: 则可以表示为以下对应值: PD7 PD6 PD5 PD4 PD3 PD2 PD1 PD0 0 1 1 1 1 1 1 1 • 用二进制数表示为:01111111。 用二进制数表示为: 。 • 十六进制编码为:7FH。 十六进制编码为: 。
2、ARM微处理器体系 、 微处理器体系
• • • • • • • - ARM7系列 系列 - ARM9系列 系列 - ARM9E系列 系列 - ARM10E系列 系列 - SecurCore系列 系列 - Inter的Xscale 的 - Inter的Strong ARM 的
3、哈佛总线体系结构 、
通信协议
• 通信协议是指通信双方的一种约定。约定 通信协议是指通信双方的一种约定。 包括对数据格式、同步方式、传送速度、 包括对数据格式、同步方式、传送速度、 传送步骤等问题做出统一规定, 传送步骤等问题做出统一规定,通信双方 必须共同遵守。 必须共同遵守。 • (1)总线时序协议 ) • (2)异步时序协议的握手协议 ) • (3)总线仲裁方式 ) • (4)总线标准 )
图2.8 冯·诺依曼结构 诺依曼结构
图2.9 哈佛结构
4、ARM微处理器的特点 、 微处理器的特点
• (1)体积小、低功耗、低成本、高性能; )体积小、低功耗、低成本、高性能; • (2)支持Thumb(16 位)/ARM(32 位)双指令 )支持 双指令 能很好的兼容8/16 位器件; 位器件; 集,能很好的兼容 • (3)大量使用寄存器,指令执行速度更快; )大量使用寄存器,指令执行速度更快; • (4)大多数数据操作都在寄存器中完成; )大多数数据操作都在寄存器中完成; • (5)寻址方式灵活简单,执行效率高; )寻址方式灵活简单,执行效率高; • (6)指令长度固定。 )指令长度固定。
3、JTAG接口 、 接口
• JTAG(Joint Test Action Group,联合 ( , 测试行动小组) 测试行动小组)是一种国际标准测试协议 兼容), (IEEE 1149.1兼容),主要用于芯片内部 兼容),主要用于芯片内部 测试。 测试。
• 我们经常用简易 JTAG接口直接烧写 接口直接烧写 嵌入式系统Flash存 嵌入式系统 存 储器。 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 电路板以建立 机与 开发板之间的通信。 开发板之间的通信。
(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: 握手协议数据传送过程的 个周期: 个周期
4、I/O端口 、 端口
• I/O端口又称为 接口,它是微处理器对外 端口又称为I/O接口 端口又称为 接口, 控制和信息交换的必经之路, 控制和信息交换的必经之路,是CPU与外 与外 部设备连接的桥梁,它在CPU与外部设备 部设备连接的桥梁,它在 与外部设备 之间起信息转换和匹配的作用。 端口有 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 串行和并行之分,串行 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 送一位二进制数信息,而并行 端口一次 能传送一组二进制数信息。 能传送一组二进制数信息。
• 图2.3
I/O接口电路的位置 接口电路的位置
• CPU对外设 端口物理地址的编址方式有 对外设I/O端口物理地址的编址方式有 对外设 两种: 两种: • 一种是 映射方式(I/O-mapped); 一种是I/O映射方式 映射方式( - ); • 另一种是内存映射方式(Memory- 另一种是内存映射方式( - mapped)。 )。 • 具体采用哪一种则取决于 具体采用哪一种则取决于CPU的体系结构。 的体系结构。 的体系结构

寄存器是一种时序逻辑电路, 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。 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, 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 位二进制数, 一个锁存器或触发器能存储 位二进制数, 所以由N个锁存器或触发器可以构成 个锁存器或触发器可以构成N位寄 所以由 个锁存器或触发器可以构成 位寄 存器。寄存器是CPU内部的元件,寄存器 内部的元件, 存器。寄存器是 内部的元件 拥有非常高的读写速度, 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。 间的数据传送非常快。

外部设备也有寄存器, 外部设备也有寄存器,是一种存储单 其物理结构跟内存单元不一样, 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。 用跟内存单元一样,都能保存信息。 在设计时, 在设计时,给外部设备的每个寄存器 都分配一个地址, 都分配一个地址,CPU可以根据地址访问 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: 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( 或接收数据总线上的数据(对应于写操 ),或把自己的数据送到数据总线上 作),或把自己的数据送到数据总线上 对应于读操作)。 )。当 (对应于读操作)。当CPU访问某个寄存 访问某个寄存 器时, 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 设的寄存器由于没有 的指令不会发生 动作。 动作。
图2.4 中断处理的各个阶段
6、数据编码 、
• 设用微处理器控制一串彩灯(发光二极管) 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 所示。 的亮灭。如图 所示。
• 我们设不发光的口线(高电平)为1,发 我们设不发光的口线(高电平) , 光的口线(低电平) 光的口线(低电平)为0。 。 • 当彩灯 发光时,PD0口线为低电平, 当彩灯L1发光时 发光时, 口线为低电平, 口线为低电平 而其余口线均为高电平。 而其余口线均为高电平。 则可以表示为以下对应值: 则可以表示为以下对应值: PD7 PD6 PD5 PD4 PD3 PD2 1 1 1 1 1 1
(1)总线时序协议 )
• 同步时序: 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, 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。 在时钟周期的开始发生。 • 异步时序: 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。 信号确定。双方相互提供联络信号。
2.3M公司及 公司及ARM体系结构 公司及 体系结构
1、ARM公司简介 、 公司简介
• ARM(Advanced RISC Machines),既 ( ),既 ), 可以认为是一个公司的名字, 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, 是对一类微处理器的通称,还可以认为是 一种技术的名字。 一种技术的名字。 • ARM 公司是专门从事基于 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, 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, 本身不直接从事芯片生产,靠转让设计许 由合作公司生产各具特色的芯。 可,由合作公司生产各具特色的芯。
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