1、1嵌入式嵌入式系统设计与实例开发系统设计与实例开发ARMARM与与 C/OS-C/OS-2六、嵌入式系统的硬件结构设计六、嵌入式系统的硬件结构设计3嵌入式系统的软嵌入式系统的软/硬件框架硬件框架机械装置机械装置嵌入式嵌入式微处理器微处理器SDRAMSDRAMROMROMI/OI/OA/DA/DD/AD/A人机交互接口人机交互接口通用接口通用接口实时操作系统(实时操作系统(RTOS)RTOS)图形用户图形用户接口接口BSP/HAL 硬件抽象层/板极支持包BSP/HAL 硬件抽象层/板极支持包任务管理任务管理文件系统文件系统应用程序应用程序嵌入式计算机系统嵌入式计算机系统传感器1传感器1传感器2传
2、感器2传感器N传感器N.驱动器1驱动器1驱动器2驱动器2驱动器N驱动器N.硬件层硬件层软件层软件层中间层中间层功能层功能层被控对象被控对象4嵌入式系统的设计步骤嵌入式系统的设计步骤体系结构设计系统需求分析:规格说明书机械系统设计硬件设计软件设计系统集成系统测试产品5基于分层和模块化的嵌入式系统设计方法基于分层和模块化的嵌入式系统设计方法传感器详细设计驱动器集成测试机械结构规格说明机械本体机械结构层嵌入式实时操作系统详细设计嵌入式应用程序集成测试软件件结构规格说明人机界面软件层嵌入式微处理器详细设计其它接口电路集成测试硬件结构规格说明FPGA接口电路硬件层机械系统层硬件层软件层系统集成系统测试体
3、系结构总体需求硬件抽象层电气抽象层SensorDriverMachineI/OMemoryHMIAPIRTOS最高层中间层底层MPU6嵌入式系统的硬件体系结构嵌入式系统的硬件体系结构通用嵌入式微处理器应用软件数据可重构计算部件配置存储器数据ASIC数据通用微处理器可重构计算机ASIC7基于基于ARM和和FPGA的嵌入式系统可重构设计的嵌入式系统可重构设计ARM7TDMI嵌入式微处理器内存8MBSDRAM电子硬盘16MBFLASHBIOS1MBFLASH微处理器模块FPGA配置存储器输入输出接口FPGAI/O模块8嵌入式系统设计的层次嵌入式系统设计的层次l系统级系统级l应用级应用级9基于基于AR
4、M的嵌入式系统硬件结构设计的嵌入式系统硬件结构设计主要介绍基于主要介绍基于ARM7的嵌入式硬件开发平台的设计的嵌入式硬件开发平台的设计方法，包括结构、主要接口、存储器选用方案以及外设、方法，包括结构、主要接口、存储器选用方案以及外设、显示等方面的内容。显示等方面的内容。l嵌入式硬件开发平台的体系结构嵌入式硬件开发平台的体系结构l外围存储器接口设计方法外围存储器接口设计方法l键盘、键盘、LCD等人机交互接口的设计等人机交互接口的设计l触摸屏的设计触摸屏的设计l以太网设计以太网设计lCAN总线设计总线设计10Samsung S3C44B0Xl Samsung S3C44B0X微处理器是三星公司专为
5、手持微处理器是三星公司专为手持设备和一般应用提供的高性价比和高性能的微控制器解设备和一般应用提供的高性价比和高性能的微控制器解决方案，它使用决方案，它使用ARM7TDMI核，工作在核，工作在66MHZ。为了。为了降低系统总成本和减少外围器件，这款芯片中还集成了降低系统总成本和减少外围器件，这款芯片中还集成了下列部件：下列部件：l 8KB Cache、外部存储器控制器、外部存储器控制器、LCD控制器、控制器、4个个DMA通道、通道、2通道通道UART、1个多主个多主I2C总线控制器、总线控制器、1个个IIS总线控制器，总线控制器，5通道通道PWM定时器及一个内部定时器定时器及一个内部定时器、71
6、个通用个通用I/O口、口、8个外部中断源、实时时钟、个外部中断源、实时时钟、8通道通道10位位ADC等。等。11基于基于ARMARM的嵌入式硬件平台体系结构的嵌入式硬件平台体系结构12嵌入式开发板与嵌入式开发板与PCPC机的串行通讯机的串行通讯嵌入式开发板和嵌入式开发板和PC机的通讯电缆可以按照如图所示的方式机的通讯电缆可以按照如图所示的方式连接。连接。13人机交互接口人机交互接口14人机交互接口人机交互接口LCD显示模块显示模块液晶显示是一种被动的显示，它不能发光，只能使液晶显示是一种被动的显示，它不能发光，只能使用周围环境的光。它显示图案或字符只需很小能量。液晶用周围环境的光。它显示图案或
7、字符只需很小能量。液晶显示所用的液晶材料是一种兼有液态和固体双重性质的有显示所用的液晶材料是一种兼有液态和固体双重性质的有机物，它的棒状结构在液晶盒内一般平行排列，但在电场机物，它的棒状结构在液晶盒内一般平行排列，但在电场作用下能改变其排列方向。作用下能改变其排列方向。LCD的背光：的背光：lEL（场致发光）：（场致发光）：2000-3000小时小时l和和LED光源：字符模式，光源：字符模式，50000小时小时15反射型反射型LCD的结构的结构16LCDLCD有三种显示方式有三种显示方式LCD有三种显示方式：反射型，透射型和透反射型。有三种显示方式：反射型，透射型和透反射型。(1)反射型反射型
8、LCD的底偏光片后面加了一块反射板，它一般在户的底偏光片后面加了一块反射板，它一般在户外和光线良好的办公室使用。外和光线良好的办公室使用。(2)透射型透射型LCD的底偏光片是透射偏光片，它需要连续使用背的底偏光片是透射偏光片，它需要连续使用背光源，一般在光线差的环境使用。光源，一般在光线差的环境使用。(3)透反射型透反射型LCD是处于以上两者之间，底偏光片能部分反光是处于以上两者之间，底偏光片能部分反光，一般也带背光源，光线好的时候，可关掉背光源；光线差时，可点，一般也带背光源，光线好的时候，可关掉背光源；光线差时，可点亮背光源使用亮背光源使用LCD。17lLCD显示方式还分正性和负性。正性显
9、示方式还分正性和负性。正性LCD呈现白底黑字呈现白底黑字，在反射和透反射型，在反射和透反射型LCD中显示最佳；负性中显示最佳；负性LCD呈现黑底白字呈现黑底白字，一般用于透射型，一般用于透射型LCD，加上背光源，字体清晰，易于阅读。，加上背光源，字体清晰，易于阅读。正显模式（白底黑字)负显模式（黑底白字）18lLCD通常由两种方式，一种是带有驱动芯片的通常由两种方式，一种是带有驱动芯片的LCD模块模块，基本上属于半成品，基本上属于半成品l如果有需要，也可以直接使用芯片上的内置如果有需要，也可以直接使用芯片上的内置LCD控制器控制器来构造显示模块，它可以支持彩色来构造显示模块，它可以支持彩色/灰
10、度灰度/单色三种模式，灰度单色三种模式，灰度模式下可支持模式下可支持4级灰度和级灰度和16级灰度，彩色模式下最多支持级灰度，彩色模式下最多支持256色色，LCD的实际尺寸可支持到的实际尺寸可支持到320X240。19嵌入式处理器与嵌入式处理器与LCD的连接的连接嵌入嵌入式处式处理器理器LCD模块模块数据数据总线总线寄存器选择寄存器选择使能信号使能信号20从系统结构上来讲，由于显示器模块中已经有显示存储器从系统结构上来讲，由于显示器模块中已经有显示存储器。显存中的每一个单元对应。显存中的每一个单元对应LCD上的一个点，只要显存中的内上的一个点，只要显存中的内容改变，显示结果便进行刷新。于是便存在
11、两种刷新容改变，显示结果便进行刷新。于是便存在两种刷新：1直接对根据系统要求对显存进行修改，一种是只需修改直接对根据系统要求对显存进行修改，一种是只需修改相应的局部就可以，不需要判断覆盖等有覆盖问题，那计算起相应的局部就可以，不需要判断覆盖等有覆盖问题，那计算起来比较复杂，而且每做一点小的屏幕改变就进行刷新，将增加来比较复杂，而且每做一点小的屏幕改变就进行刷新，将增加系统负担。系统负担。2 专门开辟显示内存，在需要刷新时候由程序进行显示专门开辟显示内存，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
12、时候进行统一的显示更新，界面也可以比较美观，不致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。由于无法预料的刷新动作导致显示界面闪烁。21前后台双重显示缓存的显示模块结构前后台双重显示缓存的显示模块结构 22键盘模块键盘模块l键盘模块键盘可能用来输入数字型数据或者选择控制设备键盘模块键盘可能用来输入数字型数据或者选择控制设备的操作模式。的操作模式。l键盘有两种方案：一是采用现有的一些芯片实现键盘扫描键盘有两种方案：一是采用现有的一些芯片实现键盘扫描；再就是用软件实现键盘扫描。嵌入式控制器的功能很强，可；再就是用软件实现键盘扫描。嵌入式控制器的功能
13、很强，可能允分利用这一资源。能允分利用这一资源。23处理器I/O口VC C 24一个瞬时接触开关（一个瞬时接触开关（按钮）放置在每一行与线一按钮）放置在每一行与线一列的交叉点。矩阵所需的键列的交叉点。矩阵所需的键的数目显然根据应用程序而的数目显然根据应用程序而不同。每一行由一个输出端不同。每一行由一个输出端口的一位驱动，而每一列由口的一位驱动，而每一列由一个电阻器上拉且供给输入一个电阻器上拉且供给输入端口一位。端口一位。25l键盘扫描过程就是让微处理器按有规律的时间间隔查看键盘扫描过程就是让微处理器按有规律的时间间隔查看键盘矩阵，以确定是否有键被按下。每个键被分配一个称为扫键盘矩阵，以确定是否
14、有键被按下。每个键被分配一个称为扫描码的唯一标识符。应用程序利用该扫描码，根据按下的键来描码的唯一标识符。应用程序利用该扫描码，根据按下的键来判定应该采取什么行动。判定应该采取什么行动。l消抖算法：消抖算法：l组合键处理组合键处理26l编写键盘扫描函数，编写键盘扫描函数，/得到按键的扫描码，格式为得到按键的扫描码，格式为0 xXYZWlU16 GetScanKey()llU16 key;lU8 i,temp;lfor(i=1;i0 x10;i=1)l/IO口送出数据口送出数据lrPDATD|=0 xf;lrPDATD&=i;lkey4);llreturn key;l27触摸屏设计触摸屏设计28
15、触摸屏分类触摸屏分类l电阻式触摸屏电阻式触摸屏 l表面声波触摸屏表面声波触摸屏 l红外式触摸屏红外式触摸屏 l电容式触摸屏电容式触摸屏29电阻式触摸屏电阻式触摸屏l分为四线电阻和五线电阻触摸屏分为四线电阻和五线电阻触摸屏l电阻技术触摸屏是一种对外界完全隔离的工作环境，故不怕灰尘电阻技术触摸屏是一种对外界完全隔离的工作环境，故不怕灰尘、水汽和油污，可以用任何物体来触摸，比较适合工业控制领域、水汽和油污，可以用任何物体来触摸，比较适合工业控制领域及办公室内有限人的使用。及办公室内有限人的使用。30四线电阻触摸屏原理四线电阻触摸屏原理31测量原理测量原理l在触摸点在触摸点X、Y坐标的测量过程中，测量
16、电压与测量点的等效电路图所示，图坐标的测量过程中，测量电压与测量点的等效电路图所示，图中中P为测量点为测量点 XVYY32触摸屏芯片触摸屏芯片33FM(ADS)7843的特点的特点l实现触摸屏的驱动选择控制（实现触摸屏的驱动选择控制（X、Y通道）通道）l对于输入电压或附加电压进行对于输入电压或附加电压进行AD转换转换l同步串行接口同步串行接口l最大转换速率最大转换速率125KHzl可编程控制可编程控制8位或者位或者12位转换模式位转换模式l工作电压工作电压2.7V-5.0Vl两个附加的输入端口两个附加的输入端口34嵌入式以太网设计嵌入式以太网设计35以太网接口的基本知识以太网接口的基本知识 1
17、、传输编码、传输编码l曼彻斯特编码曼彻斯特编码l差分曼彻斯特编码差分曼彻斯特编码36以太网协议以太网协议 l以太网以太网MAC层物理传输帧层物理传输帧（IEEE802.3）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,即发送端的网卡地址TYPE：类型字段，表明该帧的数据是什
18、么类型的数据。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37以太网的数据传输特点以太网的数据传输特点lPR,SD,PAD,FCS这几个数据段是由网卡自动产生的；只需要理这几个数据段是由网卡自动产生的；只需要理解解DA、SA、TYPE、DATA四个段的内容四个段的内容l所有数据位的传输由低位开始所有
19、数据位的传输由低位开始(传输的位流使用曼彻斯特编码传输的位流使用曼彻斯特编码)l以太网的冲突退避算法是由硬件自动执行的以太网的冲突退避算法是由硬件自动执行的lDA+SA+TYPE+DATA+PAD最小为最小为60字节字节,最大为最大为1514字节字节l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，一个是多播地址播地址(在嵌入式的环境中一般不用在嵌入式的环境中一般不用)，一个是它自已的地址，一个是它自已的地址l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
20、。地址由专门机构分配。38嵌入式的以太网方案嵌入式的以太网方案l嵌入式处理器网卡芯片（嵌入式处理器网卡芯片（RTL8019）l对嵌入式处理器没有特殊要求，通用性强对嵌入式处理器没有特殊要求，通用性强l处理器和网络数据交换通过外部总线，速度慢，不适合于处理器和网络数据交换通过外部总线，速度慢，不适合于100M网络网络l带有以太网络接口的嵌入式处理器带有以太网络接口的嵌入式处理器l处理器面向网络应用处理器面向网络应用l处理器和网络数据交换通过内部总线，速度快处理器和网络数据交换通过内部总线，速度快39RTL8019的原理框图的原理框图40嵌入式网络接口的特点嵌入式网络接口的特点l与常规的网卡设计思
21、路不同的是，在嵌入式系统中，系统的精简与常规的网卡设计思路不同的是，在嵌入式系统中，系统的精简一直是个主要的原则。一直是个主要的原则。RTL8019AS作为网卡，时需要一片作为网卡，时需要一片EEPROM作为配置存储器，来确定通讯的端口地址，中断地址，作为配置存储器，来确定通讯的端口地址，中断地址，网卡的物理地址，工作模式，制造厂商等信息；网卡的物理地址，工作模式，制造厂商等信息；l而在嵌入式系统中，可以使用而在嵌入式系统中，可以使用RTL8019AS的默认配置和一些管脚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，减小嵌入式作为网卡的初始化方法。这样可以节省配置存储器，减
22、小嵌入式硬件平台的体积。硬件平台的体积。41基于基于RTL8019在嵌入式以太网设计在嵌入式以太网设计1 RTL8019AS的初始化 RTL8019支持即插即用模式和非即插即用模式。在嵌入式系统中支持即插即用模式和非即插即用模式。在嵌入式系统中，网卡的外设通常是不经常插拔的，所以，为了系统的精简，配，网卡的外设通常是不经常插拔的，所以，为了系统的精简，配置置RTL8019为非即插即用模式。有着固定的中断，有着固定的端为非即插即用模式。有着固定的中断，有着固定的端口地址，假设是端口是口地址，假设是端口是0 x300（这里的端口是相对于（这里的端口是相对于ISA总线来说总线来说的端口，对于的端口，
23、对于ARM的总线，需要重新计算地址）。这些配置可以的总线，需要重新计算地址）。这些配置可以通过通过RTL8019的外部管脚，在系统上电复位的时候，自动配置起的外部管脚，在系统上电复位的时候，自动配置起来。来。42关于关于RTL8019的的RAMlRTL8019含有含有16K字节的字节的RAM，地址为，地址为0 x4000-0 x7fff(指的是指的是RTL8019内部的存储地址，而不是内部的存储地址，而不是ISA总线的地址，是总线的地址，是RTL8019工作用的存储器，可以通过远程工作用的存储器，可以通过远程DMA访问），每访问），每256个字节称为个字节称为一页，共有一页，共有64页。页的地
24、址就是地址的高页。页的地址就是地址的高8位，页地址为位，页地址为0 x40-0 x7f。这。这16k的的ram的一部分用来存放接收的数据包，一部分用来的一部分用来存放接收的数据包，一部分用来存储待发送的数据包存储待发送的数据包 432 通过通过RTL8019AS发送数据发送数据 作为一个集成的以太网芯片，数据的发送校验，总线数据包的碰作为一个集成的以太网芯片，数据的发送校验，总线数据包的碰撞检测与避免是由芯片自己完成的。我们只需要配置发送数据的撞检测与避免是由芯片自己完成的。我们只需要配置发送数据的物理层地址的源地址、目的地址、数据包类型以及发送的数据就物理层地址的源地址、目的地址、数据包类型
25、以及发送的数据就可以了。可以了。443、通过、通过RTL8019AS接收数据接收数据l在在RTL8019的初始化程序中已经设置好了接收缓冲区的位置，并的初始化程序中已经设置好了接收缓冲区的位置，并且配置好了中断的模式。当有一个正确的数据包到达的时候，且配置好了中断的模式。当有一个正确的数据包到达的时候，RTL8019会产生一个中断信号，在会产生一个中断信号，在ARM中断处理程序中，接收数中断处理程序中，接收数据。据。l数据的接收比较简单，即通过远端数据的接收比较简单，即通过远端DMA把数据从把数据从RTL8019的的RAM空间读回空间读回ARM中处理。中处理。45TCP/IP 协议的层次协议的
26、层次应用层应用层(Application)BSD套接字套接字(BSD 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)46嵌入式以太网中主要处理的协议嵌入式以太网中主要处理的协议lARP(Address Resolation Protocol)地址解析协议地址解析协议 lICMP(Internet Control Messages Protocol)网络网络控制报文协议控制报文协议lIP(Intern
27、et Protocol)网际协议网际协议lTCP(Transfer Control Protocol)传输控制协议传输控制协议lUDP(User Datagram Protocol)用户数据包协议用户数据包协议47ARP地址解析协议地址解析协议l网络层用网络层用32 bit的的IP地址来标识不同的主机，而链路层使用地址来标识不同的主机，而链路层使用48 bit的物的物理（理（MAC）地址来标识不同的以太网接口。只知道目的主机的）地址来标识不同的以太网接口。只知道目的主机的IP地址地址并不能发送数据帧给它，必须知道目的主机网络接口的并不能发送数据帧给它，必须知道目的主机网络接口的MAC地址才地址
28、才能发送数据帧。能发送数据帧。lARP的功能是实现从IP地址到对应物理地址的转换。源主机发送一份包含目的主机源主机发送一份包含目的主机IP地址的地址的ARP请求数据帧给网上的每个请求数据帧给网上的每个主机主机,称作称作ARP广播，目的主机的广播，目的主机的ARP收到这份广播报文后，识别出收到这份广播报文后，识别出这是发送端在寻问它的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地址，于是发送一个包含目的主机IP地址及地址及对应的对应的MAC地址的地址的ARP回答给源主机。回答给源主机。l每台主机上都有一个每台主机上都有一个ARP高速缓存，存放最近的，存放最近的IP地址到硬件地址之地址到
29、硬件地址之间的映射记录。通常每一项的生存时间为间的映射记录。通常每一项的生存时间为20分钟分钟48ICMP网络网络控制报文协议控制报文协议 lIP层的附属协议，层的附属协议，IP层用它来与其他主机或路由器交换错误报文和其层用它来与其他主机或路由器交换错误报文和其他重要控制信息。他重要控制信息。lICMP报文是在报文是在IP数据包内部被传输的。数据包内部被传输的。l两个实用的网络诊断工具，两个实用的网络诊断工具，Ping和和Traceroute(Tracert)，都是利用该，都是利用该协议工作的。协议工作的。49IP网际协议网际协议lIP工作在网络层，是工作在网络层，是TCP/IP协议族中最为核
30、心的协议。所有的协议族中最为核心的协议。所有的TCP，UDP，ICMP以及以及IGMP数据都以数据都以IP数据包格式传输。数据包格式传输。lIP数据包最长可达数据包最长可达65535字节字节,其中报头占其中报头占32 bit的数目。包含各的数目。包含各32 bit的源的源IP地址和目的地址和目的IP地址。在嵌入式应用中，简化设计，地址。在嵌入式应用中，简化设计，IP数据包长度等于数据链路层的数据长度。数据包长度等于数据链路层的数据长度。50TCP传输控制协议传输控制协议lTCP是一个面向连接的可靠的传输层协议。是一个面向连接的可靠的传输层协议。TCP为为两台主机提供主机提供高可靠性的端到端数据
31、通信。主要包括高可靠性的端到端数据通信。主要包括:l发送方把应用程序交给它的数据分成合适的小块，并添加附发送方把应用程序交给它的数据分成合适的小块，并添加附加信息（加信息（TCP头），包括顺序号，源、目的端口，控制、纠头），包括顺序号，源、目的端口，控制、纠错信息等字段，称为错信息等字段，称为TCP数据包。并将数据包。并将TCP数据包交给下面数据包交给下面的网络层处理。的网络层处理。l接受方确认接收到的接受方确认接收到的TCP数据包，重组并将数据送往高层。数据包，重组并将数据送往高层。51UDP协议 lUDP是一种无连接不可靠的传输层协议。是一种无连接不可靠的传输层协议。l把应用程序传来的数据
32、加上把应用程序传来的数据加上UDP头（包括端口号，段长等字段）头（包括端口号，段长等字段），作为，作为UDP数据包发送出去，但是并不保证它们能到达目的地。数据包发送出去，但是并不保证它们能到达目的地。可靠性由应用层来提供。就象发送一封写有地址的一般信件，却可靠性由应用层来提供。就象发送一封写有地址的一般信件，却不保证它能到达。不保证它能到达。52关于端口关于端口lTCP和和UDP采用采用16位的端口号来识别上层的来识别上层的TCP用户，即上层应用协议用户，即上层应用协议如如FTP,TELNET等。等。l常见的常见的TCP/IP服务都用服务都用1255之间的端口号。例如之间的端口号。例如FTP服
33、务的服务的TCP端口端口号都是号都是21，Telnet服务的服务的TCP端口号都是端口号都是23l2561023之间的端口号通常都是提供一些特定的之间的端口号通常都是提供一些特定的Unix服务服务lTCP/IP临时端口分配临时端口分配10245000之间的端口号之间的端口号53基于基于ARM和和uCOS-II的的TCP/IP协议协议 l向向ARM和和uC/OS移植一个移植一个TCP/IP协议栈协议栈l采用采用uC/OS自带的自带的TCP/IP协议栈协议栈54移植移植TCP/IP协议栈需要注意的问题协议栈需要注意的问题字节对齐问题字节对齐问题代码代码A：代码代码B：struct _A _pack
34、ed struct _B unsigned char time;unsigned char time;unsigned int data;unsigned int data;A;B;l结构体结构体A是成员是成员4字节的存储方式（字节的存储方式（sizeof(struct A)=8），结构），结构体体B是成员非是成员非4字节的存储方式（字节的存储方式（sizeof(struct B)=5）。在内存）。在内存中的存储结构，如图中的存储结构，如图6-35所示。所示。55BSD套接字套接字(BSD Sockets)lBSD Sockets使用的最广泛的网络程序编程方法，主要用于应用程序的使用的最广泛的
35、网络程序编程方法，主要用于应用程序的编写，用于网络上主机与主机之间的相互通信编写，用于网络上主机与主机之间的相互通信lUNIX,Linux,VxWorks均支持均支持BSD Sockets，Windows的的Winsock基本基本上是来自上是来自BSD SocketslSocket分为分为Stream Sockets和和Data SocketslStream Sockets是可靠性的双向数据传输，使用是可靠性的双向数据传输，使用TCP协议协议lData Sockets是不可靠连接，使用是不可靠连接，使用UDP协议协议56套接字的使用套接字的使用UDP服务器端和一个服务器端和一个UDP客户端通信
36、的程序过程客户端通信的程序过程l创建一个创建一个SocketsFd=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0)l把把Socket和本机的和本机的IP,UDP口绑定口绑定bind(sFd,(struct sockaddr*)&serverAddr,sockAddrSize)l循环等待循环等待,接收（接收（recvfrom）或者发送）或者发送(sendfrom)信息信息l关闭关闭Socket,通信终止通信终止 close(sFd)57CANCAN总线设计总线设计58CAN总线概述总线概述lController Area Network，控制器局域网，现场总线之一。，控制器局域网，现场
37、总线之一。l是一种多主方式的串行通讯总线，基本设计规范要求有高的位速率，高抗电磁是一种多主方式的串行通讯总线，基本设计规范要求有高的位速率，高抗电磁干扰性，而且能够检测出产生的任何错误。干扰性，而且能够检测出产生的任何错误。l主要应用于汽车电控制系统、电梯控制系统、安全监控系统、医疗仪器、纺织主要应用于汽车电控制系统、电梯控制系统、安全监控系统、医疗仪器、纺织机械、船舶运输等方面机械、船舶运输等方面lCiA(CAN in Automation)为全球应用为全球应用CAN技术的权威。技术的权威。59CAN总线特点总线特点l 低成本低成本l 远距离传输（长达远距离传输（长达10Km）l 高速的数据
38、传输速率（高达高速的数据传输速率（高达1Mbit/s）l 可根据报文的可根据报文的ID决定接收或屏蔽该报文决定接收或屏蔽该报文 l 可靠的错误处理和检错机制可靠的错误处理和检错机制l 发送的信息遭到破坏后，可自动重发发送的信息遭到破坏后，可自动重发 l 节点在错误严重的情况下具有自动退出总节点在错误严重的情况下具有自动退出总 线的功能线的功能 60CAN总线控制器体系结构总线控制器体系结构协议控制器协议控制器状态状态/控制控制寄存器寄存器消息对象消息对象接收缓冲区接收缓冲区宿主机宿主机接口接口总总线线接接口口CAN总线总线61CAN总线扩展芯片总线扩展芯片lSJA1000Philips独立独立
39、CAN控制器，替代控制器，替代82C200，支持，支持CAN2.0AB，同时支持，同时支持11位和位和29位位ID，位速率可达，位速率可达1M，具有总线仲裁功能，扩展的接收缓冲器（，具有总线仲裁功能，扩展的接收缓冲器（64字节、先进先出字节、先进先出FIFO），增强的环境温度范围（），增强的环境温度范围（-40-+125）。）。l82C250CAN总线收发器，总线收发器，是是CAN协议控制器和物理总线之间的接口，该器件协议控制器和物理总线之间的接口，该器件对总线提供差动发送能力并对对总线提供差动发送能力并对CAN控制器提供差动额接收能力，有很强控制器提供差动额接收能力，有很强的抗电磁干扰（的抗
40、电磁干扰（EMI）的能力）的能力，至少可挂，至少可挂110个节点。个节点。lTJA1050替代替代82C250产品，电磁辐射更低产品，电磁辐射更低，无待机模式，无待机模式62ARM与与CAN连接的电路图连接的电路图123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:2-Nov-2002 Sheet of File:F:WORKpublicCanCanForArmCraftsForCanArmCan.ddbDrawn By:AD023AD124AD225AD326AD427AD528AD61AD72CS4ALE3RD5WR6INT16CLKOUT7R
41、ST17TX013TX114RX019RX120MODE11VDD122VSS18VDD218VSS221VDD312VSS415XTAL19XTAL210U2SJA1000TXD1GND2VCC3RXD4Vref5CANL6CANH7Rs8U5PCA82C250VCCAD0AD1AD2AD3AD4AD5AD6AD7Y116MHzC215pFC315pFCANCSCANALECANRDCANWRCANINTR24.7KVCCC11uFR150KVCCCANRSTR31KVCCCANHCANLR4120I/CLK1I12I23I34I45I56I67I78I89I910I1011I/O1014I
42、/O123I1113GND12I/O915I/O816I/O717I/O618I/O519I/O420I/O321I/O222VCC24U1GAL22V10VCCCSWRRDB6CANCSCANALECANRDCANWRCANINTINTB712J4RSI/CLK1I12I23I34I45I56I67I78I89I910I1011I/O1014I/O123I1113GND12I/O915I/O816I/O717I/O618I/O519I/O420I/O321I/O222VCC24U3GAL22V10R11R12R13R14VCCCANVCCGNDCANGND1234J2CANHCANLCANV
43、CCCANGND123456789101112J1VCC123J3POWERJACKD1ZENERGNDNC1A02A24A13A35A46A57A68A79GND10B771B672B573B474B375B276B177B078OE179VCC80NC11A812A1014A913A1115A1216A1317A1418A1519GND20B1561B1462B1363B1264B1165B1066B967B868OE269VCC70NC21A1622A1824A1723A1925A2026A2127A2228A2329GND30B2351B2252B2153B2054B1955B1856
44、B1757B1658OE359VCC60NC31A2432A2634A2533A2735A2836A2937A3038A3139GND40B3141B3042B2943B2844B2745B2646B2547B2448OE449VCC50U6QS34X245AD0AD1AD2AD3VCCOEAD4AD5AD6AD7VCCOERDWRINTCSD0D1D2D3D4D5D6D7GNDnOEnWEEXINT2nGCS3A16A17GNDIICSCLIICSDAIISLRCKIISCLKGPE3SIOTXDSIORDY/GPF6SIORXDSIOCLKVCCVDD33GPB4GPB5123456789
45、10111213141516J1AEXPORT3D0D1D2D3D4D5D6D7D8D9D10D11D12D13D14D15nOEnWEVCCEXINT1DREQ0RESETnRESETnDREQ0A1A2A3nGCS4A4nGCS5A5A6nWBE0A7nWBE1A9A10A11A14A0A15A8A16EXINT2EXINT3A17123456789101112131415161718192021222324252627282930J2AEXPORT1A18nGCS3IICSCLIICSDAIISLRCKIISDOIISDIIISCLKGPE3SIOTXDSIORDY/GPF6SIORXD
46、SIOCLKA12A13VCCVDD33GPB4GPB512345678910111213141516J1BEXPORT3123456789101112131415161718192021222324252627282930J3BEXPORT2D8D9D10D11AIN0D12AIN1D13AIN2D14AIN3D15AIN4AIN5AIN6AIN7A1A2A3A4A5A6A7A9A10A11A0A8A12A13123456789101112131415161718192021222324252627282930J3AEXPORT2AIN0AIN1AIN2AIN3AIN4AIN5AIN6AIN
47、7D0D1D2D3D4D5D6D7nOEnWEVCCEXINT1nRESETnDREQ0nGCS4nGCS5nWBE0nWBE1A14A15A16EXINT2EXINT3A17123456789101112131415161718192021222324252627282930J2BEXPORT1A18nGCS3C422uFVCCGNDC11104C12104C13104C14104C15104C16104C17104C18104VCCGNDVDD33RESETVDD33DREQ0IISDOIISDIB5RSnRESETRESETA4A5A6A7B16B17GNDnRESET1RESET1B4
48、B5B6B7A14A15IISDIIISDOIO1IO2RESET1nRESET1OEVCCIO2IO1B14B15VCCOEGNDOE1234J5BACK0ABACK1ABACK2ABACK3ABACK4ABACK5ABACK6ABACK7AOEVCCGNDBACK0BBACK1BBACK2BBACK3BBACK4BBACK5BBACK6BBACK7B12345678910J6CON1012345678910111213141516J7CON16BACK0ABACK1ABACK2ABACK3ABACK4ABACK5ABACK6ABACK7ABACK0BBACK1BBACK2BBACK3BBA
49、CK4BBACK5BBACK6BBACK7BA4A14A15A16A1763原理说明原理说明lARM和和SJA1000以总线方式连接，以总线方式连接，SJA1000的复用总线和的复用总线和ARM的数据总线连接。的数据总线连接。SJA1000的片选、读写信号均采用的片选、读写信号均采用ARM总线信号，总线信号，ALE信号由读写信号和地址信号通过信号由读写信号和地址信号通过GAL产产生。在写生。在写SJA1000寄存器时，首先往总线的一个地址写数据寄存器时，首先往总线的一个地址写数据，作为地址，读写信号无效，作为地址，读写信号无效，ALE变化产生锁存信号；然后变化产生锁存信号；然后写另外一个地址，
50、读写信号有效，作为数据。上述逻辑完全写另外一个地址，读写信号有效，作为数据。上述逻辑完全通过通过GAL产生。产生。l控制控制CAN总线时首先初始化各寄存器，目前采用总线时首先初始化各寄存器，目前采用BASIC CAN方式。发送数据时首先置位命令寄存器，然后写发送缓方式。发送数据时首先置位命令寄存器，然后写发送缓冲区，最后置位请求发送。接收通过查询状态寄存器，读取冲区，最后置位请求发送。接收通过查询状态寄存器，读取接收缓冲区获得信息。接收缓冲区获得信息。64CAN总线总线时序时序图图ARM总线总线时序时序图图65需要注意的问题需要注意的问题lALE问题。由于问题。由于ARM总线非复用，而总线非复
