七基于ARM的嵌入式系统硬件结构设计学习教案课件.pptx

1、会计学1七基于七基于ARM的嵌入式系统硬件结构设计的嵌入式系统硬件结构设计本节提要基于ARM的硬件系统体系结构存储器接口设计网络接口设计I/O接口设计人机交互接口设计其它通讯接口设计第1页/共133页第2页/共133页第3页/共133页2410核心资源总线隔离驱动168Pin扩展槽网卡设备LCD驱动音频电路串口设备USB设备PCMCIAIDE/CF卡SD卡接口IO扩展电机等其他资源局部总线扩展总线第4页/共133页稳态ReadWrite稳态第5页/共133页本节提要基于ARM的硬件系统体系结构存储器接口设计网络接口设计I/O接口设计人机交互接口设计其它通讯接口设计第6页/共133页 7个Ban

2、k固定起始地址；最后一个Bank可调整起始地址；最后两个Bank大小可编程所有Bank存储周期可编程控制；第7页/共133页第8页/共133页第9页/共133页第10页/共133页第11页/共133页第12页/共133页第13页/共133页第14页/共133页第15页/共133页第16页/共133页第17页/共133页第18页/共133页第19页/共133页第20页/共133页本节提要基于ARM的硬件系统体系结构存储器接口设计网络接口设计I/O系统设计人机交互接口设计其它通讯接口设计第21页/共133页设备驱动程序I/O设备硬件RTOSI/O子系统应用程序中断处理程序第22页/共133页第23

3、页/共133页专门的输入指令（IN）和输出指令（OUT）来完成I/O操作。I/O设备10X00000XFFFFI/O设备2I/O地址空间0X0000系统地址空间0XFFFF主要优点：内存地址空间与I/O接口地址空间分开，互不影响，译码电路较简单，并设有专门的I/O指令，所以编程序易于区分，且执行时间短，快速性好。缺点：只用I/O指令访问I/O端口，功能有限且要采用专用I/O周期和专用I/O控制线，使微处理器复杂化。第24页/共133页安排一个或几个与存储器统一编号的地址号。也不设专门的输入/输出指令，所有传送和访问存储器的指令都可用来对I/O接口操作。I/O设备10X00000XFFFFI/O

4、设备2保留I/O地址空间I/O设备硬件系统地址空间应用使用地址空间应用使用地址空间主要优点：访问内存的指令都可用于I/O操作，数据处理功能强；同时I/O接口可与存储器部分共用译码和控制电路。缺点：一是I/O接口要占用存储器地址空间的一部分；二是因不用专门的I/O指令，程序中较难区分I/O操作。第25页/共133页n地址和传输到DMA控制器长度，处理器建立传输操作。CPUDMA控制器主存储器I/O设备第26页/共133页第27页/共133页Create()Open()Read()Write()Close()Loctl()Destroy()Driver_Create()Driver_Open()D

5、river_Read()Driver_Write()Driver_Close()Driver_Loctl()Driver_Destroy()I/O操作设备驱动程序应 用设 备第28页/共133页第29页/共133页第30页/共133页数据寄存器状态寄存器控制寄存器I/O接口芯片去I/O设备去CPU第31页/共133页CPU存储器地址总线数据总线读信号写总线译码I/O接口译码第32页/共133页CPU存储器地址总线数据总线读信号写总线I/O接口MERQ/IORQ第33页/共133页第34页/共133页第35页/共133页第36页/共133页CPUI/O设备第37页/共133页第38页/共133页

6、第39页/共133页CPUPC 设备状态寄存器数据寄存器中断请求中断应答数据/地址中断处理第40页/共133页据传送的操作；n向CPU报告DMA操作的结束。第41页/共133页第42页/共133页第43页/共133页第44页/共133页第45页/共133页AngelJTAG第46页/共133页第47页/共133页者是嵌入式操作系统的支持，做不到完全的实时仿真。而JTAG仿真是通过硬件和控制ARM的EmbeddedICE实现的，可以做到实时仿真。第48页/共133页过JTAG直接控制ARM的内部总线，IO口等信息，从而达到调试的目的第49页/共133页第50页/共133页第51页/共133页第5

7、2页/共133页第53页/共133页第54页/共133页第55页/共133页n硬件断点：在ARM中直接设定watchpoint中的地址，当ARM运行到指定的地址时，就进入Debug状态n软件断点：改变存储器中的ARM指令为一个特殊的数据X（ARM的未定义指令），同时，设置watchpoint中的断点数据也为X，当ARM把X数据作为指令读入的时候，ARM就进入Debug状态第56页/共133页Flash）中设置第57页/共133页第58页/共133页第59页/共133页第60页/共133页第61页/共133页最后，发送停止位“1”，可以有1位、1.5位或2位停止位第62页/共133页第63页/共

8、133页第64页/共133页串口初始化发送数据接收数据第65页/共133页I/O端口D7D0VCC与CPU相连第66页/共133页第67页/共133页D0D1D2D3D4 D5 D6 D7RRRRVcc0123456789ABCDEF44阵列的键盘键盘的行信号线和列信号线均由CPU通过数据线加以控制，CPU通过数据线向行信号线上输出全“0”信号，然后通过数据线读取列信号，若键盘阵列中无任何键按下，则读到的列信号必然是全“1”信号，否则就是非全“1”信号。若是非全“1”信号时，CPU再在行信号线上输出“步进的0”信号，既逐行输出“0”信号，来判断被按下的键具体在哪一行上，然后产生对应的键码。第6

9、8页/共133页每一行由一个输出端口的一位驱动，而每一列由一个电阻器上拉且供给输入端口一位。第69页/共133页第70页/共133页本节提要基于ARM的硬件系统体系结构存储器接口设计网络接口设计I/O接口设计人机交互接口设计其它通讯接口设计第71页/共133页LCD的背光：nEL（场致发光）：2000-3000小时n和LED光源：字符模式，50000小时第72页/共133页可点亮背光源使用LCD。第73页/共133页第74页/共133页16级灰度，彩色模式下最多支持256色，LCD的实际尺寸可支持到640X480。第75页/共133页第76页/共133页第77页/共133页嵌入式处理器LCD模

10、块数据总线寄存器选择使能信号有LCD控制器的嵌入式处理器LCDLCD控制信号线第78页/共133页2 专门开辟显示内存，在需要刷新时候由程序进行显示更新。这样，不但可以减轻总线负荷，而且也比较合理，在有需要的时候进行统一的显示更新，界面也可以比较美观，不致由于无法预料的刷新动作导致显示界面闪烁。第79页/共133页第80页/共133页第81页/共133页1、实现过程简述：就是将要显示的数据放到一个特定的地址，这个特定的地址就是frame memory（帧存储器），这块空间是在系统内存中。然后LCD控制器将这些数据配合控制信号送到LCD驱动器完成显示。有相应的寄存器来设定这个地址及其大小。与显示

11、数据相配合完成显示的控制信号时序也是由相应的寄存器来完成的。这些寄存器都在LCD的控制器中。第82页/共133页REGBANK 是LCD控制器的寄存器组，用来对LCD控制器的各项参数进行设置。而 LCDCDMA 则是LCD控制器专用的DMA信道，负责将视频资料从系统总线（System Bus）上取来，通过 VIDPRCS 从VD23:0发送给LCD屏。同时 TIMEGEN 和 LPC3600 负责产生 LCD屏所需要的控制时序，例如VSYNC、HSYNC、VCLK、VDEN，然后从 VIDEO MUX 送给LCD屏。第83页/共133页第84页/共133页lLCD显示模块由S3C2410的LC

12、D控制器和64K色彩色LCD显示器组成。l其显示方式以直接操作显示缓冲区的内容进行，LCD控制器会通过DMA从显示缓冲区中获取数据，不需要CPU干预。l本系统采用的LCD分辨率为640X480，工作在64k色彩色显示模式，在该模式下，显示缓冲区中的2个字节数据代表LCD上的一个点的颜色信息，因此，所需要的显示缓冲区大小为640X480X2字节。第85页/共133页l初始化LCD端口，由于LCD控制端口与CPU的GPIO端口是复用的，因此必须设置相应寄存器为LCD驱动控制端口l申请显示缓冲区，大小为640X480X2字节l初始化LCD控制寄存器，包括设置LCD分辨率，扫描频率，显示缓冲区等。第8

13、6页/共133页第87页/共133页第88页/共133页第89页/共133页XVYY第90页/共133页第91页/共133页n两个附加的输入端口第92页/共133页第93页/共133页A/D转换时序（每次转换需要24个时钟周期）第94页/共133页换公式如下:nx=(x-TchScr_Xmin)*LCDWIDTH/(TchScr_Xmax-TchScr_Xmin)ny=(y-TchScr_Ymin)*LCDHEIGHT/(TchScr_Ymax-TchScr_Ymin)n其中，TchScr_Xmax、TchScr_Xmin、TchScr_Ymax和TchScr_Ymin是触摸屏返回电压值x、y

14、轴的范围，LCDWIDTH、LCDHEIGHT是液晶屏的宽度与高度。第95页/共133页第96页/共133页第97页/共133页第98页/共133页第99页/共133页本节提要基于ARM的硬件系统体系结构存储器接口设计网络接口设计I/O接口设计人机交互接口设计其它通讯接口设计第100页/共133页第101页/共133页PRSDDASATYPEDATAPADFCS56位位8位位48位位48位位16位位不超过不超过1500字节字节可选可选32位位PR：同步位，收发双方的时钟同步，也指明传输的速率（10M、100M）SD：分隔位,表示下面跟着的是真正的数据,而不是同步时钟DA：目的地址,以太网的地址

15、为48位地址。如果为都为F,则是广播地址SA：源地址,48位,表明该帧的数据是哪个网卡发的,即发送端网卡地址TYPE：类型字段，表明该帧的数据是什么类型。如：0800H 表示数据为IP 包，0806H表示数据为ARP包，814CH是SNMP包，8137H为IPX/SPX包 DATA：数据段，该段数据不能超过1500字节。PAD：填充位。以太网帧传输的数据包最小不能小于60字节,当数据段不 足46字节时，后面补000000.(当然也可以补其它值)FCS:32位CRC数据校验位。该校验由网卡自动完成第102页/共133页60,1514n以太网卡可以接收三种地址的数据，一个是广播地位，一个是多播地址

16、(在嵌入式的环境中一般不用)，一个是它自已的地址n任何两个网卡的物理地址都是不一样的，是世界上唯一的，网卡地址由专门机构分配。第103页/共133页第104页/共133页第105页/共133页n而在嵌入式系统中，可以使用RTL8019AS的默认配置和一些管脚作为网卡的初始化方法。这样可以节省配置存储器，减小嵌入式硬件平台的体积。第106页/共133页算地址）。这些配置可以通过RTL8019的外部管脚，在系统上电复位的时候，自动配置起来。第107页/共133页发送的数据包第108页/共133页第109页/共133页第110页/共133页应用层应用层(Application)BSD套接字套接字(B

17、SD Sockets)传输层传输层(Transport)TCP、UDP网络层网络层(Network)IP、ARP、ICMP、IGMP数据链路层数据链路层(Data Link)IEEE802.3 Ethernet MAC物理层物理层(Physical)第111页/共133页nTCP(Transfer Control Protocol)传输控制协议nUDP(User Datagram Protocol)用户数据包协议第112页/共133页IPARP的每个主机,称作ARP广播，目的主机的ARP收到这份广播报文后，识别出这是发送端在寻问它的IP地址，于是发送一个包含目的主机IP地址及对应的MAC地址的

18、ARP回答给源主机。n每台主机上都有一个ARP高速缓存，存放最近的IP地址到硬件地址之间的映射记录。通常每一项的生存时间为20分钟第113页/共133页第114页/共133页第115页/共133页第116页/共133页第117页/共133页第118页/共133页nStream Sockets是可靠性的双向数据传输，使用TCP协议nData Sockets是不可靠连接，使用UDP协议第119页/共133页n关闭Socket,通信终止close(sFd)第120页/共133页本节提要基于ARM的硬件系统体系结构存储器接口设计网络接口设计I/O接口设计人机交互接口设计其它通讯接口设计第121页/共133页第122页/共133页n应用CAN技术的权威。第123页/共133页第124页/共133页协议控制器状态/控制寄存器消息对象接收缓冲区宿主机接口总线接口CAN总线第125页/共133页功能。2个接收缓冲区，3个发送缓冲区。高速SPI接口。第126页/共133页第127页/共133页第128页/共133页计。通过指向不同驱动子程序的函数指针，为同一操作系统挂载了多种驱动程序。第129页/共133页第130页/共133页第131页/共133页第132页/共133页