第02章嵌入式系统硬件开发平台.ppt
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1、第第2章章 嵌入式系统硬件开发平台嵌入式系统硬件开发平台教材:嵌入式系统设计与应用教材:嵌入式系统设计与应用作者:张思民作者:张思民出版:清华大学出版社出版:清华大学出版社物流晚旅买猿搐必刷对雁纲茄曳嘴带蔗熬船邹鲁沫话屹棚街谩甫瑞降盏口第02章嵌入式系统硬件开发平台第02章嵌入式系统硬件开发平台第第2章章 嵌入式系统硬件开发平台嵌入式系统硬件开发平台 2.1 相关基础知识相关基础知识2.2 嵌入式系统硬件平台嵌入式系统硬件平台2.3 ARM微处理器体系微处理器体系2.4 微处理器结构微处理器结构恬鸭塔牡蓑箱浊棒朝万抚讨习县醚媳敖沪椭矣懒总缕俯沪煮瘤稗豆靡各滩第02章嵌入式系统硬件开发平台第02
2、章嵌入式系统硬件开发平台2.1相关基础知识相关基础知识锡喝板抡巴耻法既屎水挠六蔓嘶详头絮烤允祁倦泞宰以坯凄欧吹啪枝背畏第02章嵌入式系统硬件开发平台第02章嵌入式系统硬件开发平台嵌入式系统的组成输入输入输出输出操作系统操作系统应用程序应用程序软件结构软件结构硬件结构硬件结构专哎磅颐信瓤伴露垃面潘雍绚翅拄咀徽棺煮脑泛椎攒荫禽盒稼矣锋庚斜厉第02章嵌入式系统硬件开发平台第02章嵌入式系统硬件开发平台1、微处理器、微处理器中央微处理器,简称中央微处理器,简称CPU,它是计算机中,它是计算机中最重要的一个部分,它决定嵌入式系统的最重要的一个部分,它决定嵌入式系统的主要功能特性。主要功能特性。CPU又由
3、运算器和控制器又由运算器和控制器两大部分组成。两大部分组成。操酸蝶狄淮买长雌这簧坯瞳卉韵部轿入锐艘绽允欠怜偏丢茄燃莎幼姥厕曼第02章嵌入式系统硬件开发平台第02章嵌入式系统硬件开发平台2、寄存器、寄存器所谓寄存器(所谓寄存器(register),是),是CPU内部内部用来存放数据的一些小型存储区域,用来存放数据的一些小型存储区域,用于暂时存放参与运算的数据和运算用于暂时存放参与运算的数据和运算结果。结果。烁村创闺瓷曝渤欺韶葛住中坷烬碘身宜忠扩汇厕遏攒左狙洁克坚悔介曳汕第02章嵌入式系统硬件开发平台第02章嵌入式系统硬件开发平台 寄存器是一种时序逻辑电路,但这种时寄存器是一种时序逻辑电路,但这种
4、时序逻辑电路只包含存储电路。寄存器的存序逻辑电路只包含存储电路。寄存器的存储电路是由锁存器或触发器构成的,因为储电路是由锁存器或触发器构成的,因为一个锁存器或触发器能存储一个锁存器或触发器能存储1位二进制数,位二进制数,所以由所以由N个锁存器或触发器可以构成个锁存器或触发器可以构成N位寄位寄存器。寄存器是存器。寄存器是CPU内部的元件,寄存器内部的元件,寄存器拥有非常高的读写速度,所以在寄存器之拥有非常高的读写速度,所以在寄存器之间的数据传送非常快。间的数据传送非常快。翔藤耿冈枷侠咬晴救溶军寥祷轨窝秧版朝阅肆茧爵庶讯柏朗龋岔技满锨想第02章嵌入式系统硬件开发平台第02章嵌入式系统硬件开发平台外
5、部设备也有寄存器,是一种存储单外部设备也有寄存器,是一种存储单元,其物理结构跟内存单元不一样,但作元,其物理结构跟内存单元不一样,但作用跟内存单元一样,都能保存信息。用跟内存单元一样,都能保存信息。在设计时,给外部设备的每个寄存器在设计时,给外部设备的每个寄存器都分配一个地址,都分配一个地址,CPU可以根据地址访问可以根据地址访问某个寄存器,则该寄存器发生相应的动作:某个寄存器,则该寄存器发生相应的动作:或接收数据总线上的数据(对应于写操作)或接收数据总线上的数据(对应于写操作),或把自己的数据送到数据总线上(对应,或把自己的数据送到数据总线上(对应于读操作)。当于读操作)。当CPU访问某个寄
6、存器时,访问某个寄存器时,同一个外设的其他寄存器和其他外设的寄同一个外设的其他寄存器和其他外设的寄存器由于没有存器由于没有CPU的指令不会发生动作。的指令不会发生动作。升将炙腰秃颊扔伟窿习雌俘嘶眼枣契爸灌慑褐紊塘绦戈沤碾熔朔下玲却猖第02章嵌入式系统硬件开发平台第02章嵌入式系统硬件开发平台3、总线、总线总线(总线(BUS)是接口电路与)是接口电路与CPU或者接口或者接口电路与电路与I/O外部设备之间连接的主要形式,外部设备之间连接的主要形式,是各功能部件之间传送信息的公共通路。是各功能部件之间传送信息的公共通路。采用一组公共的信号线作为嵌入式系统各采用一组公共的信号线作为嵌入式系统各部件之间
7、的通信线,这组公共信号线就称部件之间的通信线,这组公共信号线就称为总线。为总线。倘疲哗匿痛肋损话播弛搁荒印踊恢赵夸苫植檬想睬福弃彻茸词矽当祷贩腊第02章嵌入式系统硬件开发平台第02章嵌入式系统硬件开发平台通信协议通信协议 通信协议是指通信双方的一种约定。约定通信协议是指通信双方的一种约定。约定包括对数据格式、同步方式、传送速度、包括对数据格式、同步方式、传送速度、传送步骤等问题做出统一规定,通信双方传送步骤等问题做出统一规定,通信双方必须共同遵守。必须共同遵守。(1)总线时序协议)总线时序协议(2)异步时序协议的握手协议)异步时序协议的握手协议(3)总线仲裁方式)总线仲裁方式(4)总线标准)总
8、线标准候稽羹隔戚焉舔恶蛮袱置柳这店贝乖爵盗妥通叉蓖攘购凹迅迸铬谅毖胰蚜第02章嵌入式系统硬件开发平台第02章嵌入式系统硬件开发平台(1)总线时序协议)总线时序协议同步时序:同步时序:总线上所有事件共用同一时钟脉总线上所有事件共用同一时钟脉冲进行操作过程的控制,所有事件都冲进行操作过程的控制,所有事件都在时钟周期的开始发生。在时钟周期的开始发生。异步时序:异步时序:操作由源或目的模块发出的特定操作由源或目的模块发出的特定信号确定。信号确定。双方相互提供联络信号。双方相互提供联络信号。旨放挂藏优嗣尹曲芥县庚扔戍垄糊摆卷舱缄毙你韵饵流蜡胰着奎瘦图拨仅第02章嵌入式系统硬件开发平台第02章嵌入式系统硬
9、件开发平台(2)异步时序协议的握手协议)异步时序协议的握手协议握手协议是总线异步时序的基本构件。握手协议是总线异步时序的基本构件。握手协议数据传送过程的握手协议数据传送过程的4个周期:个周期:晶挨预收撕逞铂距恼醛簇生俩愚辩滤尽穿峙茁慕豌津釉害闲赂详力蕊叠涅第02章嵌入式系统硬件开发平台第02章嵌入式系统硬件开发平台4、I/O端口端口I/O端口又称为端口又称为I/O接口,它是微处理器对外接口,它是微处理器对外控制和信息交换的必经之路,是控制和信息交换的必经之路,是CPU与外与外部设备连接的桥梁,它在部设备连接的桥梁,它在CPU与外部设备与外部设备之间起信息转换和匹配的作用。之间起信息转换和匹配的
10、作用。I/O端口有端口有串行和并行之分,串行串行和并行之分,串行I/O端口一次只能传端口一次只能传送一位二进制数信息,而并行送一位二进制数信息,而并行I/O端口一次端口一次能传送一组二进制数信息。能传送一组二进制数信息。考差填大翻状禁劫买湘峻凝烁阅贫杠余簿黄撇耳蝉俐仆比炳瑟制惜堤枣禁第02章嵌入式系统硬件开发平台第02章嵌入式系统硬件开发平台图图2.3 I/O接口电路的位置接口电路的位置粤竭英姬假迫折轻耸经范祖踢诺供簧嫂爪属洽袋衰旁炉锰翁砍厢菊侄陋械第02章嵌入式系统硬件开发平台第02章嵌入式系统硬件开发平台CPU对外设对外设I/O端口物理地址的编址方式有端口物理地址的编址方式有两种:两种:一
11、种是一种是I/O映射方式(映射方式(I/Omapped););另一种是内存映射方式(另一种是内存映射方式(Memorymapped)。)。具体采用哪一种则取决于具体采用哪一种则取决于CPU的体系结构。的体系结构。辑橡梢表依贝霹汞改屉巾鄙冀霜樟毗锻推污披龙钎吨登柬癌郡有趁趴养友第02章嵌入式系统硬件开发平台第02章嵌入式系统硬件开发平台5、中断、中断中断方式是指,当外部设备准备与中断方式是指,当外部设备准备与CPU进进行数据传输时,外部设备首先向行数据传输时,外部设备首先向CPU发出发出中断请求,中断请求,CPU接收到中断请求并在一定接收到中断请求并在一定条件下,暂时停止原来的程序并执行中断条件
12、下,暂时停止原来的程序并执行中断服务处理程序,执行完毕以后再返回原来服务处理程序,执行完毕以后再返回原来的程序继续执行。的程序继续执行。引辜粮巳望莫轿虱搽近皖依端撰瓷汗鬃刻院琐堪无嫌信曰梁嘉袱戴谍鹤痪第02章嵌入式系统硬件开发平台第02章嵌入式系统硬件开发平台图图2.4中断处理的各个阶段中断处理的各个阶段希钵葛孔诣久羹烘痘犀剿痊嵌寂炒迪敞涵魔诽朗观恃哗踌队佃妨励谬泞霓第02章嵌入式系统硬件开发平台第02章嵌入式系统硬件开发平台6、数据编码、数据编码设用微处理器控制一串彩灯(发光二极管)设用微处理器控制一串彩灯(发光二极管)的亮灭。如图的亮灭。如图2.4所示。所示。闰划铜釜忱挑羹搂值缓辟揪喻藤谴
13、云肇办腑钧铅蚂步等氯笨头娶凝侯磊捏第02章嵌入式系统硬件开发平台第02章嵌入式系统硬件开发平台我们设不发光的口线(高电平)为我们设不发光的口线(高电平)为1,发,发光的口线(低电平)为光的口线(低电平)为0。当彩灯当彩灯L1发光时,发光时,PD0口线为低电平,口线为低电平,而其余口线均为高电平。而其余口线均为高电平。则则可以表示可以表示为为以下以下对应值对应值:PD7PD6PD5PD4PD3PD2PD1PD01 1 1 1 1 1 1 0用二进制数表示为:用二进制数表示为:11111110。用十六进制编码用十六进制编码,其值为:,其值为:FEH。谰众综翼铱她翟鹤辖蛋顿殊座环矣讫抛挎疽另频虑欺尹
14、袜鲍昧添筛叁扣绽第02章嵌入式系统硬件开发平台第02章嵌入式系统硬件开发平台再如,要彩灯再如,要彩灯L8发光,其余均不发光,则发光,其余均不发光,则有:有:用二进制数表示为:用二进制数表示为:01111111。十六进制编码为:十六进制编码为:7FH。则则可以表示可以表示为为以下以下对应值对应值:PD7PD6PD5PD4PD3PD2PD1PD00 1 1 1 1 1 1 1吴琳堆垢揖鳃倒得淳某檬贸易唱陨六含沈方写码贡丸逝锤咬寸芽父酥垃绞第02章嵌入式系统硬件开发平台第02章嵌入式系统硬件开发平台若希望两边亮,中间暗,则:若希望两边亮,中间暗,则:十六进制编码为:十六进制编码为:7EH。PD7PD
15、6PD5PD4PD3PD2PD1PD00 1 1 1 1 1 1 0愚刷然讽媒豌缚莲糟综泼蜒痪束确峡岭哗侈物播庆碍大凶抒碘已携徒裙父第02章嵌入式系统硬件开发平台第02章嵌入式系统硬件开发平台2.2 嵌入式系统硬件平台嵌入式系统硬件平台那呵甭备寨茄希寞逢丹千风躁壶账胳铱毁忆咽湃吸疵屉芍达蛋适秆酶唱轿第02章嵌入式系统硬件开发平台第02章嵌入式系统硬件开发平台2.2 嵌入式系统硬件平台嵌入式系统硬件平台嵌入式微处理器芯片自己是不可能独立工嵌入式微处理器芯片自己是不可能独立工作的,需要必要的外围设备给它提供基本作的,需要必要的外围设备给它提供基本的工作条件。所谓嵌入式硬件平台由嵌入的工作条件。所谓
16、嵌入式硬件平台由嵌入式处理器和嵌入式系统外围设备组成,其式处理器和嵌入式系统外围设备组成,其结构如图结构如图2.5所示。所示。雄掸坠汰贫琼吟戎仿魁助撰咐慎习剐响愉填毗据斩数找沥申纫烛趣疫申九第02章嵌入式系统硬件开发平台第02章嵌入式系统硬件开发平台图图2.5嵌入式系统硬件结构嵌入式系统硬件结构针侍亡煌蔗冒嫉烧蔡宦脚酸署柯关剿郴本坦叉惠邮市怠银奋悬嫡袋恤砒孤第02章嵌入式系统硬件开发平台第02章嵌入式系统硬件开发平台1、嵌入式处理器、嵌入式处理器嵌入式处理器通常包括几个部分:处理器嵌入式处理器通常包括几个部分:处理器内核、地址总线、数据总线、控制总线、内核、地址总线、数据总线、控制总线、片上片
17、上I/O接口电路及辅助电路(如时钟、复接口电路及辅助电路(如时钟、复位电路等)。位电路等)。嵌入式处理器可以分为嵌入式处理器可以分为3类:类:嵌入式微处理器、嵌入式微处理器、嵌入式微控制器、嵌入式微控制器、嵌入式嵌入式DSP(Digital Signal Processor,数字信号处理器),数字信号处理器),饯玻房异烙测梅隘堂媒夸涩低稿掳嘎坑耻莲杏才富运豺洲矾六舟历鱼船痉第02章嵌入式系统硬件开发平台第02章嵌入式系统硬件开发平台嵌入式微处理器分类哎笔捏阂萨乒逻境抖淳沈横蹄慷室廷谣格热解垮幽操惨竣凶勃化瘟皖盲药第02章嵌入式系统硬件开发平台第02章嵌入式系统硬件开发平台(1)嵌入式微控制器嵌
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- 02 嵌入式 系统 硬件 开发 平台
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