第8章 嵌入式系统总线接口要点
嵌入式系统原理与实践-第08章 通信外设
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UART
RS232简介--常用DB9引脚说明
9芯
信号方向来 缩写
描述
自
1
调制解调器 CD
载波检测
2
调制解调器 RXD
接收数据
3
PC
TXD
发送数据
4
PC
DTR
数据终端准
备好
5
GND
信号地
6
调制解调器 DSR
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UART
Universal Asynchronous Receiver and Transmitter
异步通信收发器
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UART
应用
串口是嵌入式系统与外界联系的重要手段，主要用于以 下两个方面：
UART直接和其他的控制器进行数据交换 UART和PC机通信：由于PC机串口是RS232电平，所以
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UART
RS232简介
RS232的全名是“数据终端设备（DTE）和数据通讯 设备（DCE）之间串行二进制数据交换接口技术标准”。 该标准规定采用一个25个脚的 DB25连接器，对连接器的 每个引脚的信号内容加以规定，还对各种信 号的电平加 以规定。
接口的信号内容 实际上RS-232-C的25条引线中有许 多是很少使用的，在计算机与终端通讯中一般只使用3-9 条引线。
1位 一般可选为1位或2位
8位数据、无校验、一位停止位的工作示例图
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UART
使用UART通信
使用UART通信需要两个引脚（将在下面的示例中用 到），如下表：
嵌入式系统的软硬件接口设计要点
嵌入式系统的软硬件接口设计要点嵌入式系统是一种专门设计用于控制特定设备或系统的计算机系统。
软硬件接口是嵌入式系统中软件和硬件进行通信的关键部分。
一个良好设计的软硬件接口可以提高系统的可靠性、性能和可维护性。
以下是嵌入式系统软硬件接口设计的要点。
1. 规范化接口设计一个好的软硬件接口设计需要符合标准化的原则。
这包括使用标准的通信协议和接口标准，以便软件和硬件之间可以进行有效的通信和交互。
常见的接口标准包括UART、SPI、I2C和CAN等。
选择和应用标准接口可以提高系统的互操作性，方便硬件和软件的开发和维护。
2. 设计合理的接口传输速率嵌入式系统中的软硬件接口往往需要传输大量的数据，因此传输速率非常重要。
接口的传输速率应该与系统的需求相匹配，既不能过慢导致性能下降，也不能过快导致硬件资源的浪费。
在设计接口时，需要考虑传输速率的平衡，以确保数据传输的高效和稳定。
3. 硬件引脚的合理分配嵌入式系统的硬件接口通常需要使用多个引脚进行通信。
在设计接口时，需要合理分配硬件引脚，以便满足系统的需求。
引脚的数量和布局应该考虑到硬件资源的限制和尺寸的限制。
合理布局引脚可以提高系统的可靠性和可维护性。
4. 考虑功耗和电源管理功耗和电源管理是嵌入式系统中重要的考虑因素之一。
在设计软硬件接口时，需要考虑如何最大限度地减少功耗，并有效管理电源。
这可以通过设计低功耗的接口协议、优化硬件和软件的交互过程以及合理选择低功耗的硬件组件来实现。
5. 进行适当的错误处理嵌入式系统中的软硬件接口设计需要充分考虑错误处理机制。
在接口通信过程中，可能出现数据传输错误、通信中断等情况。
为了确保系统的稳定性和可靠性，需要设计适应错误处理机制。
这可以包括数据校验、错误检测和纠正、异常处理等。
适当的错误处理可以减少系统故障和数据损失的可能性。
6. 软硬件协同设计软硬件接口设计需要软硬件协同工作。
软件和硬件之间的接口应该清楚地定义，并有明确的规范和通信协议。
嵌入式系统总线技术概述
嵌入式系统总线技术概述嵌入式系统是一种专用的计算机系统，它是软件和硬件的综合体。
一般，嵌入式系统的构架可以分成四个部分：处理器、存储器、输入输出（I/O）和软件。
嵌入式系统中的各个部件之间是通过一条公共信息通路连接起来的，这条信息通路称为总线。
为了简化硬件电路设计、简化系统结构，常用一组线路，配置以适当的接口电路，与各部件和外围设备连接，即总线。
采用总线结构便于部件和设备的扩充，尤其制定了统一的总线标准则容易使不同设备间实现互连。
微机中总线一般有内部总线、系统总线和外部总线。
内部总线是微机内部各外围芯片与处理器之间的总线；而系统总线是微机中各插件板与系统板之间的总线；外部总线则是微机和外部设备之间的总线，微机通过该总线和其他设备进行信息与数据交换。
另外，处理器的通信方式有并行通信和串行通信，相应的通信总线被称为并行总线和串行总线。
并行通信速度快、实时性好，但由于占用的口线多，不适于小型化产品；而串行通信速率虽低，但在数据通信吞吐量不大的微处理电路中则显得更加简易、方便、灵活。
下面仅对微机各类总线中目前比较流行的总线技术分别加以介绍。
一、内部总线1、I2C总线I2C总线10多年前由PHILIPS公司推出，是近年来在微电子通信控制领域广泛采用的一种新型总线标准。
它是同步通信的一种特殊形式，具有接口线少，控制方式简化，器件封装形式小，通信速率较高等优点。
在主从通信中，可以有多个I2C总线器件同时接到I2C总线上，通过地址来识别通信对象。
2、SPI总线串行外围设备接口SPI总线技术是MOTOROLA公司推出的一种同步串行接口。
MOTOROLA公司生产的绝大多数MCU（微控制器）都配有SPI硬件接口，如68系列MCU。
SPI总线是一种三线同步总线，因其硬件功能很强，所以，与SPI有关的软件就相当简单，使CPU有更多的时间处理其他事务。
3、SCI总线串行通信接口SCI也是由MOTOROLA公司推出的。
它是一种通用异步通信接口UART，与MCS-51的异步通信功能基本相同。
嵌入式系统原理及接口技术
因此称微控制器。
嵌入式微控制器目前的品种和数量最多，比较有代表性的通
用系列包括8051、P51XA、MCS-251、MCS-96/196/296、
C166/167、MC68HC05/11/12/16、68300、数目众多ARM芯片
等。
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同等重要，甚至有时更为重要。
为了提高系统的实时性，实时操作系统的设计应尽量满足5个条件：
1）必须是多任务系统
2）内核应是可剥夺型
3）任务的切换时间应与系统中的任务数无关并可预知
4）系统提供所有服务所需时间应尽可能短并且可预知
5）中断延迟的时间可预知并尽可能短
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ARM处理器系列
◆ARM7（V4）
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目前，无论是嵌入式系统基础器件、开发手段，还是
应用对象，都有了很大变化。无论是未来从事8位、
16位、32位的嵌入式系统应用，都应该了解嵌入式系
统的技术前沿。这些技术前沿体现了嵌入式系统应用
的一些基本观念，它们是：
基于集成开发环境的应用开发、应用系统的用户SoC
设计、操作系统的普遍应用、普遍的网络接入、先进
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FFT（Fast Fourier Transform）快速傅氏变换，
是离散傅氏变换的快速算法，它是根据离散傅氏
变换的奇、偶、虚、实等特性，对离散傅立叶变
换的算法进行改进获得的 。
一般用来计算信号的频谱、功率谱等。
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嵌入式微控制器又称单片机，嵌入式微控制器一般以某种微
嵌入式系统中常见的通信接口介绍与实践
嵌入式系统中常见的通信接口介绍与实践嵌入式系统是一种专门设计用于控制特定任务的计算机系统。
通信接口是嵌入式系统中非常重要的一个组成部分，它负责将系统与外部设备进行数据传输和通信。
在本文中，我们将介绍一些常见的嵌入式系统通信接口，并探讨它们的特点以及在实践中的应用。
串口是嵌入式系统中最简单且最常见的通信接口之一。
它通过一组电线来进行数据传输，包括一个传输数据线、一个接收数据线和一个用于控制信号的线。
串口通信速度相对较慢，但它在短距离通信和与其他设备（如传感器、显示器等）的数据传输中非常便捷。
I2C（Inter-Integrated Circuit）是另一个常见的嵌入式系统通信接口。
它通常用于连接多个芯片或传感器，使它们可以在同一总线上进行通信。
I2C接口只需两根传输数据的线（SDA和SCL），并且可以通过对设备进行编址来与不同的设备进行通信。
I2C通信速度相对较快，适合连接多个设备的应用场景。
SPI（Serial Peripheral Interface）是一种高速的串行通信接口，常用于连接嵌入式系统和外围设备（如存储器、显示器、模拟转换器等）。
SPI接口可以同时传输和接收数据，具备多主机和多从机的功能。
它通过四根线（SCK、MISO、MOSI、SS）来进行通信，其中SCK是时钟线，MISO是主机接收线，MOSI是主机传输线，SS是片选线。
SPI通信速度非常快，适用于对实时性要求较高的场景。
CAN（Controller Area Network）是一种用于实时通信的串行总线协议。
它一般用于汽车、工业控制和航空等领域。
CAN接口使用DLC（数据连接层）和物理层来实现通信。
它具有高可靠性和抗干扰性，并且能够在复杂的电磁环境下工作。
CAN通信速度较快，可以在多设备之间进行高效的数据传输和通信。
除了上述常见的嵌入式系统通信接口，还有许多其他的接口，如 Ethernet、USB、Bluetooth等，它们在不同的应用场景中具有各自的特点和优势。
关于嵌入式总线
七条被控总线： — 内部 Flash ICode 总线 — 内部 Flash DCode 总线 — 主要内部 SRAM1 (112 KB) — 辅助内部 SRAM2 (16 KB) — 辅助内部 SRAM3 (64 KB)（仅适用于 STM32F42xxx 和 STM32F43xxx 器件） — AHB1 外设（包括 AHB-APB 总线桥和 APB 外设） — AHB2 外设 — FSMC 注：AHB(Advanced High performance Bus）高级高性能总线，主要用于高性能模块 (如CPU、DMA和DSP等)之间的连接。 APB，是Advanced Peripheral Bus的缩写，这是一种外围总线。主要用于低带宽 的周边外设之间的连接，例如UART。 FSMC(Flexible Static Memory Controller）可变静态存储控制器。一种新型的存储 器扩展技术。在外部存储器扩展方面具有独特的优势，可根据系统的应用需要，方便地 进行不同类型大容量静态存储址总线 Address Bus
T/C
……
51单片机内部总线结构简单、规则、易于扩展
51单片机的内部结构如图所示，主要包括CPU，存储器和I/O口 时钟，定时器，中断以及串口。这些模块是通过地址总线、数据总 线、控制总线和CPU通信。
振荡器及定 时电路
4K/8K字节 程序存储器 内部总线
ARM总线矩阵
ARM总线框架
S0：I 总线 此总线用于将 Cortex™-M4F 内核的指令总线连接到总线矩阵。内核通过此总线获取指 令。 此总线访问的对象是包含代码的存储器（内部 Flash/SRAM 或通过 FSMC 的外部存 储器）。 S1：D 总线 此总线用于将 Cortex™-M4F 数据总线和 64 KB CCM 数据 RAM 连接到总线矩阵。 S2：S 总线 此总线用于将 Cortex™-M4F 内核的系统总线连接到总线矩阵。 S3、S4：DMA 存储器总线 此总线用于将 DMA 存储器总线主接口连接到总线矩阵 S5：DMA 外设总线 此总线用于将 DMA 外设主总线接口连接到总线矩阵。DMA 通过此总线访问 AHB 外设 或执 行存储器间的数据传输。 S6：以太网 DMA 总线 此总线用于将以太网 DMA 主接口连接到总线矩阵。以太网 DMA 通过此总线向存储器 存取 数据。
嵌入式系统基础教程第16讲第8章常用嵌入式存储器和嵌入式总线技术-PPT精品文档87页
D
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S FG
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源极VS接地
南京大学计算机系
源极VS接地
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典型的Nand Flash闪存芯片的存 储单元立体阵列结构
下面给出一个典型的Nand Flash闪存芯片的存储单元 立体阵列结构示意图。
每1个存储页呈平面形状，含512个字节存储空间。此 外在一个页面上还有16个字节的备用字节区，用阴影 线示出。备用字节区用于存放纠错码（ECC：Error Correcting Code）校验和其他信息，有时也被称为Out Of Bank区域，即OOB区。
南京大学计算机系
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ETOX位元结构
ETOX单元结构是由两个相互重叠的多晶硅栅组 成，浮栅（FG，Floating Gate）用来存储电荷， 以电荷记录所存储的数据；控制栅（CG，Control Gate）作为字选择栅极起控制与选择的作用。
通过控制栅字线的电平状态能够检测所存储的是 “0”还是“1”。
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南京大学计算机系
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Nand Flash记忆单元块的结构
核心结构是将8个晶体管的漏极和源极头尾相连接成 一组，最高端接位线，最低端与高电压的源极Vs相连 接。存储阵列的行线是字线，平时保持适合的电平状 态，使得这些晶体管通常是处于导通状态。读出数据 时，被选中的字线加高电平，未选中字线上的存储单 元不论存储的值是逻辑0还是逻辑1都是导通的。这样， 被选中的存储单元如果存“1”则导通，输出“1”，位 线为高电平；如果存“0”则截止，位线为低电平，输 出“0”。这个逻辑功能类似于NAND门（与非门）。
嵌入式系统的连接技术
嵌入式系统的连接技术嵌入式系统是一种专门用于控制、操作和监测设备或系统的计算机系统。
它通常被嵌入到其他设备中，用于提供特定功能和控制。
连接技术在嵌入式系统中起着至关重要的作用，它能够实现系统和外部设备之间的数据传输和通信。
本文将介绍嵌入式系统的常见连接技术以及它们的特点和应用。
一、串行连接技术串行连接技术是一种将数据比特依次顺序传输的通信方式。
它常用于连接嵌入式系统与外设设备之间。
串行连接技术有以下几种类型：1. RS-232RS-232是一种常用的串行连接技术，它是一种异步通信协议，可以在相对较短的距离内进行数据传输。
RS-232通常用于连接计算机和外部设备，例如打印机、调制解调器和终端等。
它具有广泛的应用领域和简单的接口设计。
2. SPI（Serial Peripheral Interface）SPI是一种同步串行连接技术，它常用于嵌入式系统和外设之间的通信。
SPI接口可以同时传输多个数据比特，并且支持全双工通信。
因此，SPI在需要高速数据传输和实时控制的应用中被广泛采用，如存储器芯片、传感器和显示设备等。
3. I2C（Inter-Integrated Circuit）I2C是一种双线制的串行连接技术，它通过一对信号线（数据线SDA和时钟线SCL）实现设备之间的通信。
I2C可以连接多个设备，并且支持多主机系统。
它的特点是通信速度较慢，但能够方便地在不同设备之间传输数据和控制信号。
因此，I2C在连接传感器、存储器和微控制器等方面得到广泛应用。
二、并行连接技术并行连接技术是一种同时传输多个数据比特的通信方式。
它通过并行传输多条数据线，可以实现高速数据传输和实时控制。
以下是几种常见的并行连接技术：1. ISA（Industry Standard Architecture）ISA是一种用于连接计算机系统的并行连接技术。
它通过多条数据线和控制线连接CPU和外部设备，可以传输多个数据比特和指令。
然而，随着技术的进步，ISA接口逐渐被更先进的总线接口所取代。
嵌入式系统中常见的通信接口介绍与实践
嵌入式系统中常见的通信接口介绍与实践嵌入式系统是一种集成了硬件和软件的计算系统，旨在满足特定应用需求。
通信接口在嵌入式系统中扮演着至关重要的角色，它们允许不同组件之间进行数据传输和交互。
本文将对嵌入式系统中常见的通信接口进行介绍，并提供实际应用实践。
1. 串行通信接口串行通信接口通过逐位传输数据来实现通信。
它在嵌入式系统中非常常见，因为它可以使用少量的引脚来传输大量的数据。
常见的串行通信接口包括RS232、RS485、SPI（串行外设接口）、I2C（双向串行总线）等。
RS232是一种常见的串行通信接口，广泛应用于计算机和外围设备之间的通信。
它使用一对差分信号线进行数据的传输。
实践中，我们可以通过串口连接电脑和嵌入式系统，实现数据的收发和调试。
RS485是一种多点通信标准，可以连接多个设备。
它适用于在远距离传输数据的情况下，可达数千米的传输距离。
在实践中，我们可以使用RS485实现远程传感器的数据采集或远程监控系统的数据传输。
SPI是一种同步串行通信接口，常用于嵌入式系统中的外设和主控制器之间的通信。
它使用四根信号线（主机输入、主机输出、时钟和片选）来实现数据传输。
常见的SPI外设包括存储器芯片、传感器和显示器等。
在实践中，我们可以通过SPI接口读取传感器数据或控制外部设备。
I2C是一种双向串行总线，适用于通过两根信号线（数据线和时钟线）连接多个设备。
它使用地址和数据进行通信，并支持多主机模式。
在嵌入式系统中，我们可以使用I2C总线连接不同的传感器、存储器和其他外设。
实践上，可以使用I2C总线读取温度传感器的数据或与其他设备进行通信。
2. 并行通信接口并行通信接口可以同时传输多个位的数据，它们可以提供更高的传输速率，但需要更多的引脚。
常见的并行通信接口包括ATA（并行ATA）、PCI（周边组件互连）、PCIe（PCI Express）等。
ATA是一种常见的并行通信接口，用于连接存储设备（例如硬盘驱动器）和主机系统。
项目 嵌入式系统常用接口及通信技术
项目：嵌入式系统常用接口及通信技术简介嵌入式系统是一种专门设计用于完成特定任务的计算机系统，通常用于一些嵌入式设备上，例如智能手机、电视机、摄像头等。
这些设备中有许多接口和通信技术，是嵌入式系统正常运行的重要部分。
本文将介绍一些嵌入式系统常用的接口和通信技术，包括串口、SPI、I2C、CAN、USB等。
这些技术应用广泛，掌握它们可以帮助嵌入式开发者更好地开发嵌入式系统。
串口串行接口（Serial Port Interface）是一种用于在设备之间传递数据的接口，是嵌入式系统中最常用的接口之一。
串口通常在计算机和外部设备之间进行数据通信。
串口连接了计算机或嵌入式系统的主板与外设，如调制解调器、打印机和数字相机等。
串口传输数据时，数据是逐位按照一定的规则传输的，通常在传输之前先发送起始位、数据位、校验位和停止位等信息，以保证数据的正确性。
不同的串口协议有不同的规则，主流的串口协议有RS-232、RS-485和TTL等。
SPI串行外设接口（Serial Peripheral Interface，SPI）是一种同步串行通信协议，用于连接嵌入式系统和外设芯片。
通常用于数字信号传输，常见于控制器和存储器之间的通信。
SPI接口包括四个信号线：时钟线、数据线、主机从机选择线和片选线。
SPI通信协议中，主机向从机发送指令，并接收从机反馈的数据。
SPI通信速度较快，每秒传输速率一般为10Mbit/s以上。
I2CI2C（Inter-Integrated Circuit）是一种多主机、多从机的串行通信协议，用于连接嵌入式设备和外部芯片。
I2C通常用于数字传感器、存储器、电机和数码管等设备之间的通信。
I2C接口由两条线组成，分别为SDA和SCL。
SDA是数据线，用于双向传输数据；SCL是时钟线，用于同步数据传输。
I2C传输速度较慢，每秒传输速率一般为100kbit/s，但可以通过多路复用进行多任务处理。
CANCAN（Controller Area Network）是一种广泛应用于工业控制和汽车电子控制系统中的串行通信协议。
嵌入式培训：嵌入式系统基础(接口)
嵌入式培训：嵌入式系统基础（接口）1、USB接口（1）USB总线的主要特点：A、使用简单，即插即用。
B、每个USB系统中都有主机，这个USB网络中最多可以连接127个设备。
C、应用范围广，支持多个设备同时操作。
D、低成本的电缆和连接器，使用统一的4引脚插头。
E、较强的纠错能力。
F、较低的协议开销带来了高的总线性能，且适合于低成本外设的开发。
G、支持主机与设备之间的多数据流和多消息流传输，且支持同步和异步传输类型。
H、总线供电，能为设备提供5V/100mA的供电。
（2）USB系统由3部分来描述：USB主机、USB设备和USB互连。
（3）USB总线支持的数据传输率有3种：高速信令位传输率为480Mb/s；全速信令位传输率为12Mb/s；全速信令位传输率为1.5Mb/s。
（4）USB总线电缆有4根线：一对双绞信号线和一对电源线。
（5）USB是一种查询总线，由主控制器启动所有的数据传输。
USB上所挂接的外设通过由主机调度的、基于令牌的协议来共享USB带宽。
（6）大部分总线事务涉及3个包的传输：A、令牌包：指示总线上要执行什么事务，欲寻址的USB设备及数据传送方向。
B、数据包：传输数据或指示它没有数据要传输。
C、握手包：指示传输是否成功。
（7）主机与设备端点之间的USB数据传输模型被称作管道。
管道有两种类型：流和消息。
消息数据具有USB定义的结构，而数据流没有。
（8）事务调度表允许对某些流管道进行流量控制，在硬件级，通过使用NAK（否认）握手信号来调节数据传输率，以防止缓冲区上溢或下溢产生。
（9）USB设备最大的特点是即插即用。
（10）工作原理：USB设备插入USB端点时，主机都通过默认地址0与设备的端点0进行通信。
在这个过程中，主机发出一系列试图得到描述符的标准请求，通过这些请求，主机得到所有感兴趣的设备信息，从而知道了设备的情况以及该如何与设备通信。
随后主机通过发出Set Address请求为设备设置一个唯一的地址。
嵌入式接口知识点
基础知识：嵌入式系统之常用接口技术(转）2010-11-25 09:21一、引言嵌入式系统的硬件除了核心的微处理器之外就是外围器件和接口。
接口技术在嵌入式系统设计处于如此重要的位置，是嵌入式系统设计师硬件部分的重要考试范围。
目前嵌入式系统中的接口五花百门，每个接口都可以写成一本厚厚的书。
面对内容如此之多，范围如此之广的考试部分，应该怎么样去复习呢？我的指导思想是，把握好每种接口技术的最基本概念，理解透每个接口的最基本工作原理，从历年考题中提炼出常考知识点，重点进行复习，这样足以应付考试了。
是不是这样就要通过真题考试来验证了，让我们期待吧。
二、接口技术汇总1. Flash存储器（1）Flash存储器是一种非易失性存储器，根据结构的不同可以将其分为NOR Flash和NAND Flash两种。
（2）Flash存储器的特点：∙A、区块结构：在物理上分成若干个区块，区块之间相互独立。
∙B、先擦后写：Flash的写操作只能将数据位从1写成0，不能从0写成1，所以在对存储器进行写入之前必须先执行擦除操作，将预写入的数据位初始化为1。
擦除操作的最小单位是一个区块，而不是单个字节。
∙C、操作指令：执行写操作，它必须输入一串特殊指令（NOR Flash）或者完成一段时序（NAND Flash）才能将数据写入。
∙D、位反转：由于Flash的固有特性，在读写过程中偶尔会产生一位或几位的数据错误。
位反转无法避免，只能通过其他手段对结果进行事后处理。
∙E、坏块：区块一旦损坏，将无法进行修复。
对已损坏的区块操作其结果不可预测。
（3）NOR Flash的特点：应用程序可以直接在闪存内运行，不需要再把代码读到系统RAM中运行。
NOR Flash的传输效率很高，在1MB~4MB的小容量时具有很高的成本效益，但是很低的写入和擦除速度大大影响了它的性能。
（4）NAND Flash的特点：能够提高极高的密度单元，可以达到高存储密度，并且写入和擦除的速度也很快，这也是为何所有的U盘都使用NAND Flash作为存储介质的原因。
嵌入式各种接口简介
1．嵌入式模块接口目前嵌入式系统中常用的通用设备接口有I/O接口,有RS-232接口（串行通信接口）、Ethernet（以太网接口）、USB（通用串行总线接口）、I2C（现场总线）、I2S、SPI（串行外围设备接口）、LVDS、JTAG、PCI、HPI、camera link等。
1.1 I/O接口CPU与外部设备、存储器的连接和数据交换都需要通过接口设备来实现，前者被称为I/O接口，而后者则被称为存储器接口。
I/O接口的功能是负责实现CPU通过系统总线把I/O电路和外围设备联系在一起，按照电路和设备的复杂程度，I/O接口的硬件主要分为两大类：（1）I/O接口芯片这些芯片大都是集成电路，通过CPU输入不同的命令和参数，并控制相关的I/O电路和简单的外设作相应的操作，常见的接口芯片如定时/计数器、中断控制器、DMA控制器、并行接口等。
（2）I/O接口控制卡有若干个集成电路按一定的逻辑组成为一个部件，或者直接与CPU同在主板上，或是一个插件插在系统总线插槽上。
按照接口的连接对象来分，又可以将他们分为串行接口、并行接口、键盘接口和磁盘接口等.1.2 以太网接口以太网一般分为十兆、百兆、千兆以太网：1.2.1 传统以太网接口符合10Base-T物理层规范，工作速率为10Mbit/s，有全双工和半双工两种工作方式。
1.2.2 快速以太网接口符合100Base-TX物理层规范，兼容10Base-T物理层规范，可以在10Mbit/s、100Mbit/s两种速率下工作，有半双工和全双工两种工作方式。
它具有自动协商模式，可以与其它网络设备协商确定工作方式和速率，自动选择最合适的工作方式和速率，从而可以大大简化系统的配置和管理。
传统以太网接口的配置与快速以太网接口的配置基本相同，但前者配置简单，配置项较少。
1.2.3 千兆以太网技术作为最新的高速以太网技术，给用户带来了提高核心网络的有效解决方案，这种解决方案的最大优点是继承了传统以太技术价格便宜的优点。
嵌入式系统中的系统总线设计与应用
嵌入式系统中的系统总线设计与应用嵌入式系统是一种特殊的计算机系统，它集成了计算、通信、控制和数据处理等多种功能于一体。
在嵌入式系统中，各个子系统之间需要高效地进行通信和协作，实现数据的传输和共享。
而系统总线作为连接各个部件和子系统的纽带，起到了至关重要的作用。
系统总线是一种用于数据传输和通信的硬件结构和协议。
它不仅可以连接CPU 与外设，还可以连接不同的子系统和模块，形成一个完整的嵌入式系统。
系统总线的设计和应用对于嵌入式系统的性能和稳定性起着决定性的影响。
首先，系统总线设计需要考虑到嵌入式系统的性能需求。
在实际应用中，不同的嵌入式系统对性能的要求有所不同，因此系统总线的设计需要兼顾系统的数据传输速率和处理能力。
一般来说，高性能的嵌入式系统需要采用较大的带宽和高速率的总线，以满足系统对数据传输的高要求。
其次，系统总线设计还需要考虑到嵌入式系统的实时性要求。
在实时系统中，数据的传输和处理需要在严格的时间限制下完成，否则可能导致系统性能下降甚至故障。
因此，在设计系统总线时，需要考虑到数据传输的延迟和实时性，采用合适的协议和技术，以保证数据的实时传输和处理。
除了性能和实时性要求，系统总线设计还需要考虑嵌入式系统的可扩展性和灵活性。
嵌入式系统可能需要根据不同的应用场景进行功能的扩展和修改，因此，系统总线设计应具备良好的可扩展性和灵活性。
这包括支持多个设备和总线的连接，以及提供接口和协议的标准化，方便系统的扩展和升级。
在实际应用中，系统总线的设计需要考虑不同的接口和协议。
目前常用的嵌入式系统总线协议有I2C、SPI、UART和CAN等。
根据不同的应用需求和性能要求，可以选择合适的协议来设计系统总线，实现数据的高效传输和通信。
另外，系统总线设计还需要考虑到功耗和能源效率的问题。
在嵌入式系统中，往往存在着对能源的限制，因此系统总线的设计应该尽可能降低功耗，提高能源利用效率。
这包括选择低功耗的硬件设备和采用节能的通信协议，以减少系统的能源消耗。
完美版课件第8章简80C51嵌入式系统接口技术
1 80C51串行口结构
1.
80C51内部有两个独立的接收、发送缓冲
器SBUF，SBUF属于特殊功能寄存器。
2.
发送缓冲器只能写入不能读出；
3.
接收缓冲器只能读出不能写入；
4.
二者共用一个字节地址（99H）。
数据位：紧跟起始位之后，用户根据情况 可取5位、6位、7位或8位，低位在前、高 位在后。
奇偶校验位：位于数据位之后，仅占一位， 用来表征串行通信中是采用奇校验还是偶 校验。
停止位：位于字符帧最后，高电平。通常 可取1位、1.5位或2位，用于向接收端表示 一帧字符信息已经发送完，也为发送下一 帧做准备。
(1) RS-232C信息格式标准
图8.5 RS-232C信息格式
(1) RS-232C信息格式标准
RS-232C采用串行格式，如图8.7所示。 该标准规定：信息的开始为起始位，信息的结 束为停止位；信息本身可以是5、6、7、8位再加 一位奇偶位。 如果两个信息之间无信息，则写“1”，表示空。
(2) RS-232C电平转换器
两个缓冲器共用一个地址99H，通过SBUF 的读、写指令来区别是对接收缓冲器还是发送缓 冲器进行操作。
CPU在写SBUF时，就是修改发送缓冲器； 读SBUF时，就是读接收缓冲器的内容。
(2) 串行口控制寄存器SCON
特殊功能寄存器SCON用来控制串行口的工 作方式和状态，由软件设置其内容来决定单片 机用何种工作方式。该寄存器字节地址为98H， 可以位寻址。单片机复位时，所有位全为0。其 格式如图8.11所示。
含义 数据发送端 数据接收端 请求发送（计算机要求发送数据） 清除发送（MODEM准备接收数据） 数据设备准备就绪
成都达内嵌入式培训嵌入式系统基础及知识及接口技术总结介绍
成都达内嵌入式培训：嵌入式系统基础及知识及接口技术总结介绍嵌入式系统基础1、嵌入式系统的定义(1)定义：以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。
(2)嵌入式系统发展的4个阶段：无操作系统阶段、简单操作系统阶段、实时操作系统阶段、面向Internet阶段。
(3)知识产权核(IP核)：具有知识产权的、功能具体、接口规范、可在多个集成电路设计中重复使用的功能模块，是实现系统芯片(SOC)的基本构件。
(4)IP核模块有行为、结构和物理3级不同程度的设计，对应描述功能行为的不同可以分为三类：软核、固核、硬核。
2、嵌入式系统的组成包含：硬件层、中间层、系统软件层和应用软件层(1)硬件层：嵌入式微处理器、存储器、通用设备接口和I/O接口。
嵌入式核心模块二微处理器+电源电路+时钟电路+存储器Cache：位于主存和嵌入式微处理器内核之间，存放的是最近一段时间微处理器使用最多的程序代码和数据。
它的主要目标是减小存储器给微处理器内核造成的存储器访问瓶颈，使处理速度更快。
(2)中间层(也称为硬件抽象层HAL或者板级支持包BSP)。
它将系统上层软件和底层硬件分离开来，使系统上层软件开发人员无需关系底层硬件的具体情况，根据BSP层提供的接口开发即可。
BSP有两个特点：硬件相关性和操作系统相关性。
设计一个完整的BSP需要完成两部分工作：A、嵌入式系统的硬件初始化和BSP功能。
片级初始化：纯硬件的初始化过程，把嵌入式微处理器从上电的默认状态逐步设置成系统所要求的工作状态。
板级初始化：包含软硬件两部分在内的初始化过程，为随后的系统初始化和应用程序建立硬件和软件的运行环境。
系统级初始化：以软件为主的初始化过程，进行操作系统的初始化。
B、设计硬件相关的设备驱动。
(3)系统软件层：由RTOS、文件系统、GUI、网络系统及通用组件模块组成。
RTOS是嵌入式应用软件的基础和开发平台。
嵌入式系统的软硬件接口设计要点
嵌入式系统的软硬件接口设计要点嵌入式系统是指安装在各种设备中以完成特定功能的计算机系统。
软硬件接口设计是嵌入式系统开发过程中至关重要的一部分，它涉及到软件和硬件之间的通信和交互。
合理的软硬件接口设计能够提高系统性能、可靠性和可维护性，并且帮助开发者更好地利用系统资源。
本文将探讨嵌入式系统软硬件接口设计的关键要点。
1. 接口定义和规范在软硬件接口设计中，首先需要明确定义接口的功能和规范。
接口定义应包含输入和输出信号的类型、数据格式、速率等信息。
接口规范应明确交互的时序和信号传输的电气特性，确保各个模块之间能够正确地进行数据交换。
2. 接口电气特性在嵌入式系统中，电气特性的设计对于接口的可靠性起着至关重要的作用。
应该考虑信号传输的电平、电流、电压等因素，确保信号能够稳定地传递，并且不会因为电压波动或者干扰而导致错误的数据传输。
3. 接口协议选择选择适当的接口协议对于软硬件之间的通信至关重要。
常见的接口协议包括SPI、I2C、UART等。
每种协议都有自己的特点和适用场景，开发者需要根据具体的需求选择合适的协议。
此外，还需要考虑接口的带宽要求、传输距离、可靠性等因素。
4. 中断和DMA的使用在嵌入式系统中，中断和DMA是常用的机制，可以提高系统的性能和响应速度。
中断可以在设备状态发生变化时立即中断CPU的执行，通过ISR（中断服务程序）来处理设备的响应和状态更新。
DMA允许数据在外设和内存之间直接传输，减少了CPU的负载和数据拷贝的时间，提高了系统的效率。
5. 缓冲器和队列设计合理的缓冲器和队列设计能够平衡软硬件之间的性能差异。
在数据传输过程中，由于硬件时钟和软件处理的速度差异，可能会导致数据丢失或者严重的性能下降。
通过使用缓冲器和队列，可以在硬件和软件之间建立一个缓冲区，平衡两者之间的速度差异，并且提高系统性能和稳定性。
6. 数据验证和容错处理在接口设计中，数据的验证和容错是至关重要的。
硬件和软件之间的数据传输可能会受到多种因素的干扰，例如噪声、电磁干扰等。
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8.1.1 串行接口基本原理与结构
一般校验位的产生和检查是由串行通信控制 器内部自动产生，除了加上校验位以外，通信控 制器还自动加上停止位，用来指明欲传送字符的 结束。停止位通常取1、1.5或2个位。对接收器 而言，若未能检测到停止位则意味着传送过程发 生了错误。
在异步通信方式中，在发送的数据中含有起 始位和停止位这两个与实际需要传送的数据毫无 相关的位。如果在传送1个8位的字符时，其校验 位、起始位和停止位都为1个位，则相当于要传 送11个位信号，传送效率只有约80%。
在同步方式中产生一种所谓“冗余”字符，防止错误传送。假 设欲传送的数据位当作一被除数，而发送器本身产生一固定的除数， 将前者除以后者所得的余数即为该“冗余”字符。当数据位和“冗 余”字符位一起被传送到接收器时，接收器产生和发送器相同的除 数，如此即可检查出数据在传送过程中是否发生了错误。统计数据 表明采用”冗余”字符方法错误防止率可达99%以上。
RS-232C DB-9各引脚功能如下： ① CD：载波检测。主要用于Modem通知计算机其处于在线状态，即Modem检测到 拨号音。 ② RXD：接收数据线。用于接收外部设备送来的数据。 ③ TXD：发送数据线。用于将计算机的数据发送给外部设备。 ④ DTR：数据终端就绪。当此引脚高电平时，通知Modem可以进行数据传输，计 算机已经准备好。 ⑤ SG：信号地。 ⑥ DSR：数据设备就绪。此引脚为高电平时，通知计算机Modem已经准备好，可 以进行数据通信。 ⑦ RTS请求发送。此引脚由计算机来控制，用以通知Modem马上传送数据至计算 机；否则，Modem将收到的数据暂时放人缓冲区中。 ⑧ CTS清除发送。此引脚由Modem控制，用以通知计算机将要传送的数据送至 Mo-dem。 ⑨ RI：振铃提示。Modem通知计算机有呼叫进来，是否接听呼叫由计算机决定。
EIA的所定的传送电气规格
状态 电压范围
逻辑 名称
L（低电平） -25V～-3V
1 SPACE
H（高电平） +3 V～+25V
0 MARK
8.1.1 串行接口基本原理与结构
（2）RS-232C接口信号 EIA制定的RS-232C接口与外界的相连采用25芯（DB-25）和9芯（DB-9）D型插接
件，实际应用中，并不是每只引脚信号都必须用到，25芯和9芯D型插接件引脚的定义， 与信号之间的对应关系如图。
第8章 嵌入式系统总线接口
本章主要介绍的内容： 嵌入式系统的串行接口、I2C接口、USB接
口、SPI接口、PCI接口、I2S总线接口的基本 原理、电路结构与编程方法。 重点内容：
嵌入式系统的串行接口、I2C接口和SPI接 口的基本原理、电路结构与编程方法。 目的和要求：
掌握嵌入式系统的串行接口、I2C接口和 SPI接口的基本原理、电路结构与编程方法。 了解USB接口、PCI接口、I2S总线接口的基本 原理、电路结构与编程方法。
低等优点，特别适合远距离传送。 ① 串行数据通信模式 串行数据通信模式有单工通信、半双工通信和全双工通信3种基
本的通信模式。 （1）单工通信：数据仅能从设备A到设备B进行单一方向的传输。 （2）半双工通信：数据可以从设备A到设备B进行传输，也可以
从设备B到设备A进行传输，但不能在同一时刻进行双向传输。 （3）全双工通信：数据可以在同一时刻从设备A传输到设备B，
或从设备B传输到设备A，即可以同时双向传输。
8.1.1 串行接口基本原理与结构
② 串行通信方式 串行通信在信息格式的约定上可以分为同步通信和异步通信两 种方式。 （1）异步通信方式 异步通信时数据是一帧一帧传送的，每帧数据包含有起始位 （“0”）、数据位、奇偶校验位和停止位（“1”） ，每帧数据的 传送靠起始位来同步。一帧数据的各位代码间的时间间隔是固定的， 而相邻两帧的数据其时间间隔是不固定的。在异步通信的数据传送 中，传输线上允许空字符。 异步通信对字符的格式、波特率、校验位有确定的要求。 （a）字符的格式 每个字符传送时，必须前面加一起始位，后面加上1、1.5或2位 停止位。例如ASCII码传送时，一帧数据的组成是：前面1个起始位共 10位。
8.1.1 串行接口基本原理与结构
（b）波特率 传送数据位的速率称为波特率，用位/秒（bit/s）来表示，称
之为波特。例如，数据传送的速率为120字符/秒，每帧包括10个数 据位，则传送波特率为：
10×120=1200b/s=1200波特 每一位的传送时间是波特的倒数，如1/1200=0.833ms。异步通 信的波特率的数值通常为：150、300、600、1200、2400、4800、 9600、14400、28800等，数值成倍数变化。 （c）校验位 在一个有8位的字节（byte）中，其中必有奇数个或偶数个的 “1”状态位。对于偶校验就是要使字符加上校验位有偶数个“1”； 奇 校 验 就 是 要 使 字 符 加 上 校 验 位 有 奇 数 个 “ 1” 。 例 如 数 据 “00010011”，共有奇数个“1”，所以当接收器要接收偶数个“1” 时（即偶校验时），则校验位就置为“1”，反之，接收器要接收奇 数个“1”时（即奇校验时），则校验位就置为“0”。
8.1 串行接口
8.1.1 串行接口基本原理与结构 1.串行通信概述 常用的数据通信方式有并行通信和串行通信两种。当两台数字
设备之间传输距离较远时，数据往往以串行方式传输。串行通信的 数据是一位一位地进行传输的，在传输中每一位数据都占据一个固
定的时间长度。与并行通信相比，如果n位并行接口传送n位数据需 时间T，则串行传送的时间最少为nT。串行通信具有传输线少、成本
8.1.1 串行接口基本原理与结构
（2）同步通信方式 为了提高通信效率可以采用同步通信方式。同步传输采用字符
块的方式，减少每一个字符的控制和错误检测数据位，因而可以具 有较高的传输速率。
与异步方式不同的是，同步通信方式不仅在字符的本身之间是 同步的，而且在字符与字符之间的时序仍然是同步的，即同步方式 是将许多的字符聚集成一字符块后，在每块信息（常常称之为信息 帧）之前要加上1～2个同步字符，字符块之后再加入适当的错误检 测数据才传送出去。在同步通信时必须连续传输，不允许有间隙， 在传输线上没有字符传输时，要发送专用的”空闲”字符或同步字 符。
8.1.1 串行接口基本原理与结构
2.RS-232C串行接口 RS-232C是美国电子工业协会EIA制定的一种串行通信接口标准。 （1）RS-232C接口规格 EIA所制定的传送电气规格如表。RS-232C通常以±12V的电压来 驱动信号线，TTL标准与RS-232C标准之间的电平转换电路通常采用集 成电路芯片实现，如MAX232等。