嵌入式系统原理及接口技术复习提纲.ppt

1n嵌入式系统的定义n以应用为中心、以计算机技术为基础，软件硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统n嵌入式系统发展n无操作系统阶段n简单操作系统阶段n实时多任务操作系统RTOSn面向Internet阶段2嵌入式系统的组成n嵌入式处理器、嵌入式操作系统、应用软件和外围设备接口的嵌入式计算机系统和执行装置（被控对象）组成。n嵌入式计算机系统是整个嵌入式系统的核心，可以分为硬件层、中间层、系统软件层和应用软件层。n执行装置接受嵌入式计算机系统发出的控制命令，执行所规定的操作或任务。3嵌入式微处理器是嵌入式系统硬件层的核心n嵌入式微处理器的体系结构：n冯诺依曼体系结构n哈佛体系结构n指令系统可以选用：n精简指令系统（RISC）n复杂指令集系统（CISC）4n嵌入式系统的存储器n包含Cache、主存储器和辅助存储器n通用设备接口和I/O接口n嵌入式系统通常具有与外界交互所需要的通用设备接口：n如GPIO、A/D、D/A、串行接口、Ethernet、USB、音频接口、VGA接口、I2C、SPI、IrDA5n中间层n中间层也称为硬件抽象层（Hardware Abstract Layer，HAL）或板级支持包（Board Support Package，BSP），n系统初始化过程片级初始化、板级初始化和系统级初始化6n系统软件层n系统软件层通常包含有n实时多任务操作系统（Real-time Operation System，RTOS）、n文件系统、n图形用户接口（Graphic User Interface，GUI）、n网络系统n通用组件模块nRTOS是嵌入式应用软件的基础和开发平台。7n嵌入式操作系统（Embedded Operating System，EOS）负责嵌入式系统的软件、硬件的资源分配、任务调度，控制协调等，n除具备了一般操作系统最基本的任务调度、同步机制、中断处理、文件处理等功能外，还具有如下特点：n强实时性；支持开放性和可伸缩性的体系结构，具有可裁减性；n文件系统n图形用户接口（GUI）8nRTOS定义：指能够在指定或者确定的时间内完成系统功能和对外部或内部、同步或异步时间做出响应的系统，系统能够处理和存储控制系统所需要的大量数据。nRTOS特点：约束性、可预测性、可靠性、交互性nRTOS调度：抢占式调度和非抢占式调度、静态表驱动策略和优先级驱动策略9微处理器微处理器存储器存储器通用设备接口通用设备接口I/O口口2.嵌入式系嵌入式系统的组成统的组成嵌入式计嵌入式计算机系统算机系统执行装置执行装置硬件层硬件层中间层中间层系统软件层系统软件层应用软件层应用软件层BSP:片级初始化、板级片级初始化、板级初始化、系统级初始化初始化、系统级初始化设备驱动程序设备驱动程序RTOS文件系统文件系统图形用户接口图形用户接口网络系统网络系统通用组件通用组件1.嵌入式系统的定义、发展历史、发展趋势、IP核。103.RTOS定义定义特点特点调度技术调度技术分类分类约束性约束性可预测性可预测性可靠性可靠性交互性交互性抢占式调度和非抢占式调度抢占式调度和非抢占式调度静态表驱动策略和优先级驱动策略静态表驱动策略和优先级驱动策略强实时强实时弱实时弱实时11n典型的ARM体系结构nARM处理器核特点nARM体系结构版本nARM处理器核型号nARM处理器型号12nARM微处理器的寄存器结构nARM处理器共有37个寄存器，被分为若干个组（BANK），这些寄器包括：n31个通用寄存器n6个状态寄存器，用以标识CPU的工作状态及程序的运行状态nARM处理器的寄存器组织1314程序状态寄存器CPSR、SPSR15n处理器运行模式nARM处理器支持7种工作模式n用户模式n特点：不能访问某些受操作系统保护的资源，也不能改变工作模式。n6种特权模式n分类：系统模式，5种异常模式n特点：能访问全部资源，能改变工作模式16nARM处理器工作状态nARM状态nThumb状态17ARM微处理器的异常处理n在一个正常的程序流程执行过程中，由内部或外部源产生的一个事件使正常的程序产生暂时的停止时，称之为异常。n7种类型的异常n异常的响应过程PC LRCPSRSPSR设置CPSR的运行模式位跳转到相应的异常处理程序18异常异常类类型型异常异常进进入模式入模式地址（异地址（异常向量）常向量）优优先先级级复位复位复位复位管理模式管理模式0 x0000,0000 1（最高）（最高）未定未定义义指令指令未定未定义义指指令令未定未定义义模式模式0 x0000,0004 6（最低）（最低）软软件中断件中断 SWI软软件中断件中断管理模式管理模式0 x0000,0008 6（最低）（最低）指令指令预预取中止取中止中止（中止（预预取指令）取指令）中止模式中止模式0 x0000,000C5数据中止数据中止中止（数中止（数据）据）中止模式中止模式0 x0000,00102IRQ（外部中断（外部中断请请求）求）IRQIRQ0 x0000,00184FIQ（快速中断（快速中断请请求）求）FIQFIQ0 x0000,001C319n异常返回：LRPCSPSR CPSR 若在进入异常处理时设置了中断禁止位，要在此清除。复位异常处理程序不需要返回20nARM的存储器结构n1地址空间:02321n2存储器格式n小端存储、大端存储n字对齐、半字对齐n3ARM存储器结构n指令Cache和数据CachenMMUnRAM和ROMn4存储器映射I/O21ARM微处理器指令系统nARM指令集的基本特点nARM指令格式nARM指令集分类nARM指示符的功能和用法22堆栈操作nSTM=将寄存器内容存入内存单元（堆栈操作：入栈）nLDM=将内存单元内容存入寄存器（堆栈操作：出栈满递增堆栈：如指令LDMFA，STMFA 等。满递减堆栈：如指令LDMFD，STMFD 等。空递增堆栈：如指令LDMEA，STMEA 等。空递减堆栈：如指令LDMED，STMED 等。23ARM微处理器的接口nARM协处理器接口nARM可以扩展16个（CP15CP0）协处理器n其中：CP15作为系统控制，CP14作为调试控制器，CP74作为用户控制器，CP138和CP30保留。n每个协处理器可有16个寄存器。24ARM处理器的时钟与电源管理1.时钟配置MPLL：FCLK、HCLK、PCLKUPLL：48M2.电源管理模式：4种正常睡眠掉电停机25ARM AMBA接口n先进的微控制器总线架构AMBAnAHB：先进高性能总线nASB：先进系统总线nAPB：先进外围总线26存储器控制器n简述存储器控制寄存器配置方法n简述SDRAM、NOR Flash、NAND Flash的特点nSDRAM、NOR Flash、NAND Flash与CPU的连接接口n相关寄存器配置27ARM IO结构nARM采用了存储器映像I/O的方式。n一般的I/O，如串行接口，它有若干个寄存器，包括发送数据寄存器（只写）、数据接收寄存器（只读）、控制寄存器、状态寄存器（只读）和中断允许寄存器等。这些寄存器都需相应的I/O端口地址。28GPIO（通用输入/输出接口）n端口寄存器n端口控制寄存器（GPACONGPHCON）、n端口数据寄存器（GPADATGPHDAT）、n端口上拉寄存器（GPBUPGPHUP）、n配置方法nGPnCON：端口功能配置nGPnDAT：数据寄存器，数据输入输出（读/写）nGPnUP：上拉电阻禁止或允许中断控制器n中断的概念n中断控制器支持56个中断源。32个中断请求的优先权逻辑由7个仲裁器组成，其中6个为第一级仲裁器，一个为第二级仲裁器。n中断相关寄存器n中断的初始化、中断的响应过程、中断处理程序、中断服务程序、中断向量表29PWM定时器的使用nS3C2410A有5个16位的定时器n支持自动重装模式、一次脉冲模式n定时器特殊功能寄存器n定时器初始化n定时器应用：定时时间计算，最小分辨率、最大分辨率及最大定时区间30UART（串口）nS3C2410A芯片内部的UART提供了3个独立的异步串行I/O端口（或通道）。每个端口能够基于中断或基于DMA方式操作。n每个UART通道含有一个波特率发生器，一个发送器，一个接收器，一个控制单元。n波特率发生器使用PCLK或UEXTCLK时钟。n串口相关寄存器n串口初始化、发送和接收程序设计31IIS接口控制器nS3C2410A微处理器IIS总线接口组成S3C2410A与接口芯片UDA1341TS连接，引脚功能n音频数据传送过程n只发送、只接收方式、同时发送和接收方式n两种数据格式nIIS寄存器nIIS初始化程序，启动过程等。32LCD控制器nLCD显示原理nLCD控制器组成框图nLCD控制器寄存器nLCD控制器初始化内容33复习主要内容n提纲n课后布置的作业n平时上课强调的重点34