【正文】 1 通用 I/O接口的設(shè)計(jì) ? 通常，嵌入式系統(tǒng)的 I/O接口與處理器之間的連接大多不使用系統(tǒng)總線，而是直接連接在處理器的引腳上。例如， PXA255共有 81個 GPIO管腳，每個 GPIO管腳都可以被設(shè)置為輸入和輸出用來撲捉輸入和產(chǎn)生輸出信號。當(dāng)設(shè)置為輸入時， GPIO管腳也可以作為中斷源來用，當(dāng)系統(tǒng)復(fù)位后，所有 GPIO管腳的默認(rèn)值為輸入。 ? GPDR(GPIO Pin Direction Register)寄存器設(shè)置GPIO的輸入輸出功能。當(dāng)某 GPIO管腳設(shè)置為輸出模式，GPSR(GPIO Pin Output Set Register)可以設(shè)置 GPIO管腳上的高低電平值。當(dāng)某一管腳設(shè)置為輸入模式時，讀GPLR(GPIO Pin Level Register)寄存器的內(nèi)容可以反映當(dāng)前 GPIO管腳的狀態(tài)。 2 ? 在并行信號傳輸中，要求由多條數(shù)據(jù)導(dǎo)線構(gòu)成數(shù)據(jù)總線，另外還需要有相應(yīng)的控制線和電源線，此時每條數(shù)據(jù)導(dǎo)線傳輸一個數(shù)據(jù)位。這是要求數(shù)據(jù)總線長度必須較短，這樣并行通信的數(shù)據(jù)通過能力強(qiáng)。否則會因?yàn)殚L導(dǎo)線會導(dǎo)致有較高的電容值，而在具有高電容值的總線上傳送數(shù)據(jù)需要有更多時間來進(jìn)行充放電。此外，并行總線中各導(dǎo)線長度上的小差異，也可能導(dǎo)致所接受的數(shù)據(jù)字各位的抵達(dá)時間不同，隨著并行總線長度的增加，這種數(shù)據(jù)不齊的現(xiàn)象更為嚴(yán)重。 ? ARM架構(gòu)中的處理器內(nèi)核和處理器核一般都沒有 I/O的部件和模塊，可以通過先進(jìn)微控制總線架構(gòu) AMBA來擴(kuò)展宏單元和 I/O部件，為微處理器提供了 32位地址信號、 32位數(shù)據(jù)信號和一些讀 /寫、時鐘、外圍復(fù)位、選通等控制信號。 3 ? ARM采用了存儲器映像 I/O的統(tǒng)一編址方式，即把 I/O端口當(dāng)作為特殊的存儲器地址來對待處理。 ? 比如三星公司生產(chǎn)的 S3C44B0X微處理器芯片，芯片內(nèi)部具有 71個通用多功能輸入輸出引腳，這些 I/O口的應(yīng)用是 S3C44BOX處理器的基礎(chǔ)應(yīng)用，分別包含在如下 7組端口中： ?1個 10位輸出端口 〔 端口 A〕 ； ?1個 11位輸出端口（端口 B）； ?1個 16位輸入／輸出端口（端口 C）； ?2個 8位輸入／輸出端口（端口 D和 G）； ?2個 9位輸入／輸出端口（端口 E和 F）。 4 中斷接口概述 ? 在使用 I/O的數(shù)據(jù)量比較大，中斷處理事件比較頻繁的場合時，這是會很明顯地影響嵌入式系統(tǒng)的性能。因此，許多微處理器內(nèi)部都包含了直接存儲器 DMA。這樣使用 DMA方式， I/O的數(shù)據(jù)塊傳送至存儲器的緩沖器區(qū)域就不需要微處理器介入，提高了微處理器的工作效率。 ? 但對一些沒有 DMA的微處理器，為了要提高 I/O高速數(shù)據(jù)處理的能力，微處理器系統(tǒng)本身設(shè)計(jì)有快速中斷FIQ能力；而對其余的一般 I/O源可安排為一般中斷源IRQ。 ? 通常終端源有硬件和軟件相關(guān)的中斷源、軟件錯誤相關(guān)的中斷源、為調(diào)試程序而攝制的中斷源和系統(tǒng)分時所用的中斷源。 ? 從系統(tǒng)的角度看，中斷是一個流程，一般來說，中斷要經(jīng)過 3個環(huán)節(jié)：中斷響應(yīng)、中斷處理和中斷返回。 5 在系統(tǒng)對外部事件做出反應(yīng)的過程中，中斷響應(yīng)是第一個環(huán)節(jié)，主要是確定中斷源，而后根據(jù)中斷源指引 CPU進(jìn)入具體的中斷處理程序。因此，中斷響應(yīng)在整個中斷機(jī)制中起樞紐作用。由于在現(xiàn)有的技術(shù)條件下，芯片的引線數(shù)量受到很大的限制，因此很難為了快速確定中斷源而讓 CPU芯片帶足夠多的中斷請求線。這樣一來，為了確定中斷源的來源，就需要有一些輔助的手段，使 CPU在響應(yīng)中斷的時候，能迅速確定中斷源。 輔助手段主要有以下 3種形式： ? （ 1） CPU在響應(yīng)中斷時進(jìn)入一個特殊的中斷響應(yīng)周期，向外發(fā)一個 “ 中斷響應(yīng)（ ACK） ” 信號，要求中斷源通過數(shù)據(jù)總線提供一個代表具體設(shè)備的數(shù)值，稱為“ 中斷向量 ” 。但要求發(fā)出中斷請求的外設(shè)必須在接受中斷響應(yīng)信號時發(fā)出這個中斷向量。同時為了防止多個外設(shè)同時發(fā)出中斷向量而形成沖突的情況，還需要把所有可能成為中斷源的設(shè)備連接成一條 “ 中斷鏈 ” ，在“ 中斷鏈 ” 的不同位置應(yīng)具有不同的優(yōu)先級。 6 ? （ 2）在外部提供一個 “ 集線器 ” ，稱為 “ 中斷控制器 ” 。它為外設(shè)提供多條中斷請求線，但是將這些中斷請求線（相或）合并成一條。與此同時，在中斷控制器中還要提供一個寄存器，記錄當(dāng)前的（綜合）中斷請求來自哪幾條外部中斷請求線，而 CPU則可以像訪問外設(shè)一樣讀出這個寄存器的內(nèi)容，以確定中斷請求的來源。 ? （ 3）將中斷控制器集成在 CPU芯片中，設(shè)法 “ 挪用 ”或 “ 復(fù)制 ” 原有的若干引線，而并不實(shí)際增加引線的數(shù)量。這樣由外設(shè)產(chǎn)生的中斷請求都由芯片上的中斷控制器匯總成一個 IRQ中斷請求。此外，中斷控制器還向 CPU提供一個中斷請求寄存器和一個中斷控制寄存器。寄存器中的每一位都代表一個中斷源，通過中斷請求寄存器可以知道中斷請求來自何處，通過中斷控制寄存器則可以屏蔽或者連通特定的中斷源。 ? GPIO是一個通用的可編程的 I/O接口，其接口寄存器中的每一位都可以分別在程序的控制下設(shè)置成用于輸入或者輸出。而且，當(dāng)用于輸入的時候，還可以讓每一位的狀態(tài)變化都引發(fā)一個中斷請求。 7 例如 S3C44BOX具有 30個中斷源，包括 1個看門狗定時器 ,6個定時器 ,6個 UART,8個外部 ,4個DMA,2個 RTC,1個 ADC,1個 IIC和 1個 SIO共 30個中斷源。 ? ?? S3C44B0X支持新的中斷處理模式稱為矢量中斷模式。中斷控制器的角色，就是響應(yīng)來自FIQ(快速中斷請求 )或 IRQ(普通中斷請求 )的中斷，并請求內(nèi)核對中斷進(jìn)行處理。 ? ?? 多個中斷請求發(fā)生時，由硬件優(yōu)先級邏輯確定應(yīng)該有哪個中斷源得到服務(wù)，同時硬件邏輯使中斷向量表的跳轉(zhuǎn)指令加載到（ 0X18或0X1C）位置，在該位置執(zhí)行跳轉(zhuǎn)指令使程序跳到相應(yīng)的中斷服務(wù)線程，因此相對于傳統(tǒng)的 ARM的軟件方法能夠大大減少中斷進(jìn)入延時。 8 控制中斷的寄存器有如下 8個： ? ?? ? ?? ? ?? ? ?? ? ?? ? ?? ? ?? ? 9 外部中斷的應(yīng)用 Ⅰ (1). I/O口設(shè)置 ? 首先對 PG口的工作模式進(jìn)行設(shè)置，要讓 PG4~7工作在外部中斷輸入狀態(tài)。因此，要將 PG口設(shè)置在功能 3模式下，采用語句 : ? rPCONG= 11 11 11 11 xx xxxxxxB； ? 如果希望采用內(nèi)部上拉，則語句為 : ? rPUPG= 0000xxxxB。 10 ? (2).外部中斷觸發(fā)模式設(shè)置利用外部中斷控制寄存器來設(shè)置外部中斷的觸發(fā)模式．由于采用電平觸發(fā)容易引起重復(fù)觸發(fā)，因此建議采用下降沿或上升沿觸發(fā)，不同觸發(fā)方式的語句如下 :?? ? ①采用下降沿觸發(fā)時 : rEXTINT=01x 01x 01x 01x xxx xxxxxxxxxB。?? ? ②采用上升沿觸發(fā)時 : rEXTINT=10x 10x 10x 10x xxx xxxxxxxxxB。?? ? ③采用邊沿觸發(fā)時 : rEXTINT=11x 11x 11x 11x xxx xxxxxxxxxB。?? ? ④采用低電平觸發(fā)時 : rEXTINT=000 000 000 000 xxx xxxxxxxxxB。 11 RS232C串行接口 ? 目前 RS232是 PC機(jī)與通信工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的一種串行接口。RS232被定義為一種在低速率串行通信中增加通信距離的單端標(biāo)準(zhǔn)。美國電子工業(yè)協(xié)會（ EIA）把 RS232C定義為： “ 在數(shù)據(jù)終端設(shè)備和數(shù)據(jù)通信設(shè)備之間使用串行二進(jìn)制數(shù)據(jù)交換的接口 ” 。RS232C標(biāo)準(zhǔn)是一種硬件協(xié)議，用于連接 DTE（數(shù)據(jù)終端設(shè)備）和 DCE(數(shù)據(jù)通信設(shè)備 )兩種設(shè)備。 RS232C定義包括接口以下三個方面： ? 機(jī)械特性（一般為 9針）； ? 電氣信號特性（負(fù)載電容不超過 2500P，負(fù)載電阻在 3K~7K歐姆之間，電壓在 3V~15V和 +3V~+15V之間）； ? 交換特性（允許全雙工方式） 在實(shí)際的應(yīng)用中，利用 RS232C的通信最少可使用其中的 3根線，即 TxD、 RxD和 GND。通信距離一般在幾十米內(nèi)，通信速率較低。 12 串行通信概述 ? 串行數(shù)據(jù)傳送模式： ?單工 ?半雙工 ?全雙工 ? 串行通信方式： ?同步通信 ?異步通信 13 S3C44BOX內(nèi)部集成的 UART ? S3C44B0X UART單元提供了兩個異步串口（ SIO），每個SIO可以操作在中斷模式或 DMA模式，支持波特率最大為, 每個 SIO通道包含都有一個 16字節(jié)的接收與發(fā)送 FIFO緩沖區(qū)。 ? 每個 UART模塊包含以下幾個部件：波特率發(fā)生器，發(fā)送器，接收器和控制單元。每個 UART能將從 RXD端接收的串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為并行的數(shù)據(jù)。并且還能夠?qū)碜蕴幚砥鞯牟⑿袛?shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為串行數(shù)據(jù)，然后通過 TXD發(fā)送出去。 14 ? 檢錯是接收端檢測在數(shù)據(jù)字或包傳輸過程中可能發(fā)生的錯誤的能力。最常見的錯誤類型是位錯誤（ bit error）和突發(fā)位錯誤（ burst of bit error）。位錯誤就是數(shù)據(jù)字或包中有一個位接受不正確，即 1變?yōu)?0或 0變?yōu)?1。突發(fā)位錯誤是數(shù)據(jù)字或包中連續(xù)多個位接收不正確。如果檢測到錯誤，糾錯（ error correction）就是通過接收器和發(fā)送器合作以更正錯誤的能力。檢錯和糾錯能力通常是總線協(xié)議的一部分。以下討論總線協(xié)議中常用的奇偶校驗(yàn)（ parity）以及校驗(yàn)和 (checksum)檢錯算法。 ? 校驗(yàn)和是一種更強(qiáng)的檢錯方式，用于數(shù)據(jù)包的檢查。一個數(shù)據(jù)包含有多個數(shù)據(jù)字。當(dāng)使用奇偶校驗(yàn)時，每個字要增加一位，以幫助檢錯。使用校驗(yàn)和時，每個包要增加一個字，目的也是幫助檢錯。例如，可以計(jì)算數(shù)據(jù)包中所有數(shù)據(jù)字的異或和，并將該值與數(shù)據(jù)包一起發(fā)送；接收器在接收到數(shù)據(jù)包字和檢查字后，計(jì)算所接收到的所有數(shù)據(jù)字的異或和，如果所計(jì)算的校驗(yàn)和字等于所接受到的校驗(yàn)和字，則認(rèn)為所接收到的數(shù)據(jù)包是正確的，否則認(rèn)為是錯誤的。同樣地，不是所有的錯誤組合都可以用這種方式檢測到。當(dāng)然，也可以同時使用奇偶校驗(yàn)與校驗(yàn)和兩種檢錯方式，以得到更強(qiáng)的檢錯能力。 15 ? 在一般的微處理器中都集成了 TTL 電平的串行接口，可以直接使用，為了和標(biāo)準(zhǔn) RS232C串行設(shè)備通信，采用了一塊 SP3243或MAX3223芯片用于電平的轉(zhuǎn)換。將微處理器中的邏輯 1信號變成 3V~15V，將微處理器中的邏輯 0信號變成 +3V~+15V電平進(jìn)行通信。 RS232串行接口電路設(shè)計(jì) 16 RS232電平 ? 232電平或者說串口電平，有的甚至說計(jì)算機(jī)電平，所有的這些說法，指得都是計(jì)算機(jī) 9針串口 （ RS232）得電平，采用負(fù)邏輯， ? － 15v ~ － 3v 代表 1 ? ＋ 3v ~ ＋ 15v 代表 0 17 RS232 串口電路的設(shè)計(jì)（ 9線方式） 18 RS232 串口電路的設(shè)計(jì)（ 3線方式） 19 RS485電平和 RS422電平 ? 由于兩者均采用 差分傳輸（平衡傳輸）的方式，所以他們的電平方式，一般有兩個引腳 A,B 發(fā)送端 AB間的電壓差 ? ＋ 2 ～ ＋ 6v 1 ? － 2 ～ － 6v 0 接收端 AB間的電壓差 ? 大于 ＋ 200mv 1 ? 小于 － 200mv 0 定義邏輯 1為 BA的狀態(tài) 定義邏輯 0為 AB的狀態(tài) ? AB之間的電壓差不小于 200mv 20 一對一的接頭的情況下 ? RS232 可做到雙向傳輸，全雙工通訊 最高傳輸速率 20kbps ? RS422 只能做到單向傳輸，半雙工通訊，最高傳輸速率 10Mbps ? RS485 雙向傳輸，半雙工通訊 , 最高傳輸速率 10Mbps 21 現(xiàn)在常用的電平標(biāo)準(zhǔn)有 TTL、 CMOS、 LVTTL、 LVCMOS、 ECL、PECL、 LVPECL、 RS23 RS485等，還有一些速度比較高的 LVDS、 GTL、 PGTL、 CML、 HSTL、 SSTL等。下面簡單介紹一下各自的供電電源、電平標(biāo)準(zhǔn)以及使用注意事項(xiàng)。 ? TTL： TransistorTransistor Logic 三極管結(jié)構(gòu)。 Vcc： 5V； VOH=； VOL=； VIH=2V； VIL=。 因?yàn)? 5V之間還有很大空閑，對改善噪聲容限并沒什么好處，又會白白增大系統(tǒng)功耗，還會影響速度。所以后來就把一部分 “ 砍 ” 掉了。也就是后面的LVTTL。 ? LVTTL又分 、 LVTTL(Low Voltag