嵌入式硬件开发平台

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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
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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。
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
3、总线 、
• 总线（BUS）是接口电路与 总线（ ）是接口电路与CPU或者接口 或者接口 电路与I/O外部设备之间连接的主要形式 外部设备之间连接的主要形式， 电路与 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。 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， 部件之间的通信线，这组公共信号线就称 为总线。 为总线。
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。
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： 。
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。
• 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
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。
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。
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 ）
（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。
• 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
Βιβλιοθήκη Baidu• 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），
（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、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 即是我们通常所说的内存。 即是我们通常所说的内存 又可 分为SRAM（静态存储器）和DRAM（动 分为 （静态存储器） （ 态存储器）。 态存储器）。 （2）Flash ） • Flash是一种非易失闪存，它具有和 是一种非易失闪存， 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。 一样掉电后数据不会丢失的特性。Flash是 是 目前嵌入式系统中广泛采用的主流存储器， 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 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、 编程，具有低功耗、高密度、小体积等优 点。
2.3 ARM微处理器体系 微处理器体系
2.3.1 ARM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。
第2章 章 嵌入式系统硬件开发平台
本章要点
学习完本章读者将掌握如下内容： 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 、 系列微处理器简介 • 4、S3C2410及PXA270微处理器的结构 、 及 微处理器的结构
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 、