【正文】 I/O接口的數(shù)據(jù)交換方式： DMA方式、查詢方式和中斷方式。 嵌入式最小系統(tǒng)的擴(kuò)展 一個(gè)包含核心的最小系統(tǒng)通過內(nèi)部總線連接一些模塊（處理器內(nèi)部的 I/O接口模塊）組成 嵌入式處理器 ，然后應(yīng)用各種擴(kuò)展方法連接接口芯片，形成嵌入式系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ)。 例如， ARM定義中斷向量位置在 0x00000000~0x0000001C， MIPS則定義在 0xC0000000~0xC0000020。 程序要去一個(gè)非法的內(nèi)存位置存取數(shù)據(jù)，也會(huì)發(fā)生異常。 通常一個(gè)微處理器核心會(huì)提供幾個(gè) 外部中斷 引腳，利用這些引腳，外圍能以中斷的方式通知微處理器核心。 驅(qū)動(dòng)程序的 內(nèi)容 大致類似讀寫一堆寄存器的程序代碼。 驅(qū)動(dòng)程序與寄存器 軟件 層一定是通過 寄存器 與 外設(shè) 溝通。 （ 3）一旦 DMA獲得總線的使用權(quán) （接收到 ack信號(hào)）， DMA開始從源地址處將數(shù)據(jù)移動(dòng)到目的地址處。 1．直接內(nèi)存訪問原理 DMA向總線仲裁器或者是微處理器核心請(qǐng)求 總線的使用權(quán) 。 （ 2） I/O地址法中 I/O接口芯片不占用存儲(chǔ)器的地址空間；存儲(chǔ)器映像法中 I/O接口芯片需占用存儲(chǔ)器的地址空間。 I/O地址法結(jié)構(gòu) 使用 信號(hào)線MERQ/IORQ L分離 I/O接口芯片地址空間與存儲(chǔ)器地址空間。 存儲(chǔ)器映像法結(jié)構(gòu) I/O地址法（ I/O地址空間的 獨(dú)立編址法 ） 將 I/O接口芯片和存儲(chǔ)器芯片做 不同的處理 讀寫操作 使用 特殊的指令 來讀寫 I/O接口芯片內(nèi)的寄存器。 I/O接口芯片的尋址方法 存儲(chǔ)器映像法 I/O地址法 存儲(chǔ)器映像法（ I/O地址空間的 統(tǒng)一編址法 ） 將 I/O接口芯片和存儲(chǔ)器芯片做 相同的處理 讀寫操作 CPU對(duì) I/O接口芯片和存儲(chǔ)器芯片的 讀寫操作沒有差別 。 通用 I/O控制 定時(shí)器、并行 I/O接口、串行 I/O接口、 … 。 I/O接口的功能（ 6/6） （ 6）中斷管理功能 當(dāng)外設(shè)需要及時(shí)得到 CPU服務(wù)時(shí)，特別是在出現(xiàn)故障應(yīng)得到 CPU立即處理時(shí)，就要求在接口中設(shè)有中斷控制器或優(yōu)先級(jí)管理電路，使 CPU能處理有關(guān)的中斷事務(wù)，中斷管理功能不僅使微機(jī)系統(tǒng)對(duì)外具有實(shí)時(shí)響應(yīng)功能，又使 CPU與外設(shè)并行工作，提高了 CPU的工作效率。 接口電路應(yīng)具有相應(yīng)的數(shù)據(jù)變換功能。 在 輸入 接口中，一般要安排緩沖隔離環(huán)節(jié)（如三態(tài)門），只有當(dāng) CPU選通時(shí)，才允許某個(gè)選定的輸入設(shè)備將數(shù)據(jù)送到系統(tǒng)總線，其他的輸入設(shè)備此時(shí)與數(shù)據(jù)總線隔離。 狀態(tài)寄存器 用于寄存外設(shè)向 CPU發(fā)出的狀態(tài)信息，以便于CPU查詢，使 CPU能夠了解外設(shè)的當(dāng)前工作狀態(tài)。 3．控制信息 控制信號(hào) 是 CPU用來控制 I/O外設(shè)（包括 I/O接口）工作的各種命令信息。 2．狀態(tài)信息 狀態(tài)信號(hào) 是反映外設(shè)或接口電路當(dāng)前工作狀態(tài)的聯(lián)絡(luò)信號(hào)。計(jì)算機(jī)輸出的（數(shù)字）控制信號(hào)經(jīng)過 D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成模擬量才能去控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 如，由鍵盤、 CRT、打印機(jī)及磁盤等 I/O外設(shè)與 CPU交換的信息。 但實(shí)際傳送中，都是用輸入、輸出指令在 系統(tǒng)數(shù)據(jù)線 上傳送的。 例如，有些仲裁器就使用 round robin優(yōu)先級(jí)調(diào)度的算法。 菊鏈?zhǔn)街俨媒Y(jié)構(gòu)己經(jīng)考慮了設(shè)備使用總線的優(yōu)先級(jí)。 在某一總線的協(xié)議上通常會(huì)定義一個(gè) 仲裁器 的設(shè)備，用來管理總線使用權(quán)的問題。 主組件 可以主動(dòng)使用總線，可以先拉起相關(guān)的控制信號(hào)。 Pentium系統(tǒng)的總線結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)總線： Processor/memory總線 I/O總線： PCI和 ISA總線 嵌入式微處理器的總線結(jié)構(gòu) IXP422系統(tǒng)的總線結(jié)構(gòu) 總線類型 在傳輸協(xié)議中是否有參考 時(shí)鐘 （ clock） → 不同的總線 同步（ synchronous） 協(xié)議 在協(xié)議中有 參考時(shí)鐘 ，所有數(shù)據(jù)的傳送都必須根據(jù)時(shí)鐘進(jìn)行。 總線協(xié)議 總線協(xié)議 不同的總線協(xié)議之間需要 橋接器（ bridge） 或是特殊的 控制器來進(jìn)行串聯(lián)。 對(duì)于沒有 USB控制器的嵌入式芯片， 外接 USB控制器 是一種通用的手段。嵌入式系統(tǒng)可以像 PC一樣使用 USB設(shè)備。 （ 3）通用串行總線（ Universal Serial Bus， USB） USB用來解決 個(gè)人計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備的連接 問題。 （ 1）內(nèi)存類芯片 高端的處理器必須通過外部擴(kuò)展內(nèi)存滿足 系統(tǒng)內(nèi)存使用 的要求。 在 ARM處理器的整體硬件設(shè)計(jì)中，一般還包括以下內(nèi)容： 地址空間合理分配 中斷源分配 板級(jí)規(guī)劃 常用外圍芯片類型 嵌入式系統(tǒng)中的常用芯片主要是通過處理器的 外部總線 進(jìn)行擴(kuò)展，某些芯片也可以通過可編程引腳（即 GPIO）進(jìn)行擴(kuò)展。 內(nèi)部模塊與 GPIO 內(nèi)部的模塊的電路引出后，有時(shí)功能還是不夠完善，同樣需要 GPIO的協(xié)助。 也就是說，將一部分 GPIO線作為地址線使用，一部分 GPIO線作為數(shù)據(jù)線使用。 N N矩陣鍵盤可使用多種 掃描 方式獲取類似的功能，也可以通過 GPIO和 中斷 協(xié)同完成該功能。通過讀 GPIO的相關(guān)寄存器，獲知 GPIO引腳的狀態(tài)，從而得到外部輸入的信息。 輸出功能的典型應(yīng)用 點(diǎn)亮 LED→ 利用一個(gè) GPIO引腳連接一個(gè) LED。 在讀寫操作時(shí)，處理器自動(dòng)選通對(duì)應(yīng)的片選信號(hào)，片選信號(hào)有效的那些芯片就會(huì)起作用，而其他芯片都無效。 （ 2）總線擴(kuò)展（續(xù)） 總線擴(kuò)展可以為處理器擴(kuò)展根據(jù)總線讀寫的 外部內(nèi)存 （外部）內(nèi)存 ROM、 NOR FLASH、 SRAM、 SDRAM、 NAND FLASH、 … （外部）內(nèi)存都必需地址總線和數(shù)據(jù)總線。 外圍擴(kuò)展電路 不會(huì)改變處理器的寄存器，因此不會(huì)影響處理器內(nèi)部模塊的使用。 （ 1）內(nèi)部模塊擴(kuò)展（續(xù)） 內(nèi)部模塊 的使用方法，一般不會(huì)受 外圍電路 設(shè)計(jì)的影響。 嵌入式處理器的（外圍）硬件擴(kuò)展方式 內(nèi)部模塊擴(kuò)展 總線擴(kuò)展 GPIO擴(kuò)展 （ 1）內(nèi)部模塊擴(kuò)展 通過增加 外部電路 ，完成處理器 內(nèi)部模塊 提供的功能。時(shí)鐘單元的核心是晶振，它可以提供一定的頻率，處理器在使用該頻率的時(shí)候可能還需要倍頻處理。 （ 2）內(nèi)存 嵌入式系統(tǒng)的運(yùn)行的指令必須放入一定的存儲(chǔ)空間內(nèi)，運(yùn)行的時(shí)候也需要存儲(chǔ)臨時(shí)數(shù)據(jù)的空間，因此，內(nèi)存是必不可少的。 處理器必需 電源 供電才能運(yùn)行。 3G數(shù)據(jù)速率要求在低速或靜止?fàn)顟B(tài)下能夠達(dá)到 2Mbit/s，在高速車載環(huán)境下達(dá)到 384kbit/s，因此能夠更好地滿足用戶的各種通信需求。 GPRS GPRS（ General Packet Radio System，通用分組無線業(yè)務(wù)）是介于第二代和第三代之間的一種技術(shù)，通常稱為 。為了實(shí)現(xiàn) 54Mbit/s的傳輸速度，采用了與 OFDM（正交頻分復(fù)用）調(diào)制方式。 （續(xù)） 無線傳輸協(xié)議 ，帶寬（相當(dāng)于速率）為 54Mbit/s。 短距離無線通信 方式，一般只在家庭范圍內(nèi)使用，避免了接線的麻煩。 藍(lán)牙模塊的無線通信頻率在一個(gè)不需要額外向管理單位提出申請(qǐng)的無線電通信頻帶（ Industrial Scientific MedicalISM ）內(nèi)，其頻帶頻率范圍大約在 ~。 硅晶 PIN光敏二極管 是接收紅外線信號(hào)的單元，所接收到的信號(hào)會(huì)傳送到 控制電路 中。 IEEE1394與 USB的共同點(diǎn) 都是一種通用外接設(shè)備接口 都可以快速傳輸大量數(shù)據(jù) 都能連接多個(gè)不同設(shè)備 都支持熱插拔 都可以不用外部電源 IEEE1394（與 USB的區(qū)別） （ 1）傳輸速率不同 ； IEEE1394主要應(yīng)用于需要高速率的設(shè)備。 數(shù)據(jù)在傳輸時(shí)，控制器會(huì)以 CRC（循環(huán)冗余校驗(yàn)碼）做數(shù)據(jù)正確性的檢查，當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤且無法復(fù)原時(shí)，數(shù)據(jù)將被重傳。 適合于需傳輸大批量數(shù)據(jù)的場(chǎng)合。 適用于多媒體影音設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸。 USB芯片驅(qū)動(dòng)程序 使操作系統(tǒng)能夠?qū)?USB進(jìn)行支持。單獨(dú)使用自己的保留中斷，因此不會(huì)額外占用電腦有限的資源。 USB能夠智能識(shí)別 USB鏈上外圍設(shè)備的插入和拆卸。 允許外設(shè) 熱插拔 ，而不必關(guān)閉主機(jī)電源。 在輸出數(shù)據(jù)流中加入 啟 /停標(biāo)記 ，并從接收數(shù)據(jù)流中刪除啟 /停標(biāo)記。 許多嵌入式處理器己內(nèi)置了 UART功能模塊，只要利用為處理器提供的指令集設(shè)置通信比特率、流量控制方式、奇偶校驗(yàn)位等到相應(yīng)寄存器中，即可方便地實(shí)現(xiàn) RS232的通信功能。 接收器會(huì)持續(xù)不斷監(jiān)控 RX（ Receive）引腳，檢查是否有數(shù)據(jù)的 起始位 ，通常信號(hào)由高電平轉(zhuǎn)變?yōu)榈碗娖奖硎緸?起始位 。 比特率 是用來決定位傳送與接收的速度， RS232常用的比特率為 2400~19200bit/s。 RS232的 物理接口 形式： DB DB25。 典型的并行協(xié)議的應(yīng)用是微機(jī)系統(tǒng)的打印機(jī)接口，稱為打印機(jī)的 并行端口 （ Parallel Port，簡稱并口），并口將數(shù)據(jù)以一次多個(gè)位的方式通過并行傳輸線，傳送到打印機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的譯碼，之后打印出來。 增添或移去節(jié)點(diǎn)變得十分簡單，并且很容易檢測(cè)到電纜故障。名稱 10Base5表示的意思是：工作速率為 10Mbit/s，采用基帶信號(hào)，最大支持段長為 500m，每段節(jié)點(diǎn)數(shù)為 100。 ： Fast Ether，通信速率 100Mbit/s通信標(biāo)準(zhǔn)。在以太網(wǎng)中，所有通信節(jié)點(diǎn)被連接在一條電纜上，采用 CSMA/CD（載波監(jiān)聽 /沖突檢測(cè)） 的訪問方法和競(jìng)爭機(jī)制。 控制字段 內(nèi)定義數(shù)據(jù)的長度。 CAN工作原理 在節(jié)點(diǎn)在數(shù)據(jù)傳送時(shí)，設(shè)置為顯性模式和隱性模式，在邏輯上分別代表 0以及 1。 CAN的數(shù)據(jù)傳輸速率最高可到達(dá) 1Mbit/s位，并且具備 錯(cuò)誤檢測(cè) 的功能。 MSB總在 WS切換后的第一個(gè)時(shí)鐘發(fā)送。 I2S將音頻數(shù)據(jù)與時(shí)鐘信號(hào)分離，避免由時(shí)鐘帶來的抖動(dòng)問題，因此系統(tǒng)中不再需要消除抖動(dòng)的器件。 （ 3）數(shù)據(jù)：根據(jù)指示位，數(shù)據(jù)在主設(shè)備和從設(shè)備之間傳輸：數(shù)據(jù)一般以 8位傳輸，具體傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量沒有限制；接收器上用一位的 ACK（回答信號(hào)）表明一個(gè)字節(jié)己收到；傳輸可以被終止或重新開始。 總線競(jìng)爭的仲裁 地址位的比較 如果主器件尋址同一個(gè)從器件，則進(jìn)入 數(shù)據(jù)位的比較 ，從而確保了競(jìng)爭仲裁的可靠性。 I2C（續(xù)） 總線競(jìng)爭 ：總線上可能掛接有多個(gè)器件，有時(shí)會(huì)發(fā)生兩個(gè)或多個(gè)主器件同時(shí)想占用總線的情況。 接收器 （ 從器件 ）：從總線上接收信息的器件。 例如， MCS 51系列的 TXD和 RXD。 數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣纫话銥?100kbit/s，最高可達(dá)到 400kbit/s。當(dāng)充電器對(duì)電池充滿后，系統(tǒng)也可以“知道”己經(jīng)不需要再充電了，于是停止充電器對(duì)電池充電，以免電池被持續(xù)過量充電而損壞。當(dāng)所使用的系統(tǒng)電池電量突然用完，而系統(tǒng)正在處理重要數(shù)據(jù)時(shí)遭受到突然的斷電，會(huì)造成數(shù)據(jù)的流失或系統(tǒng)的損毀。 混合電壓設(shè)計(jì) 針對(duì)各個(gè)不同的組件所需要提供的最低操作電壓，給予不同的電壓驅(qū)動(dòng)，使功率消耗分配更有效率。 鎳氫電池、鋰電池的重量都很大，若想要有較多的蓄電量，就必須使用比較大型的電池，這樣會(huì)造成便攜式嵌入系統(tǒng)搭載上電池后，變得又大又笨重。 一般的嵌入式系統(tǒng)，從成本和實(shí)用性角度考慮，大多數(shù)采用被動(dòng)式 LCD。 主動(dòng)式 LCD 在每個(gè)液晶單元內(nèi)植入 控制電壓的組件 ，如此可以增加光輸出量，也可以提高反應(yīng)速度，提供鮮艷的色彩與較好的動(dòng)態(tài)影像。 最后一塊偏光板與第一塊偏光板呈 90176。 LCD的工作原理 /過程 背光板 作為光源產(chǎn)生器，產(chǎn)生光線。 液晶 是一種介于固態(tài)與液態(tài)之間的物質(zhì)，它具備 固態(tài)晶體的光學(xué)特性 ，同時(shí)也具有 液態(tài)物質(zhì)的流動(dòng)特性 。每個(gè)發(fā)光二極管排列在陣列中行列線的各交點(diǎn)處，微處理器通過總線操作完成對(duì)點(diǎn)陣顯示屏中每個(gè) LED的亮、暗控制。 符號(hào)管 主要用來顯示 +、 或 177。各數(shù)碼管分時(shí)輪流選通受控顯示，當(dāng)輪詢掃描速度足夠