嵌入式系统原理及接口技术复习提纲.ppt

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1n嵌入式系统的定义嵌入式系统的定义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、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功耗严格要求的专用计算机系统n嵌入式系统发展嵌入式系统发展n无操作系统阶段无操作系统阶段n简单操作系统阶段简单操作系统阶段n实时多任务操作系统实时多任务操作系统RTOSn面向面向Internet阶段阶段2嵌入式系统的组成n嵌入式处理器嵌入式处理器、嵌入式操作系统嵌入式操作系统、应用应用软件软件和和外围设备接口外围设备接口的的嵌入式计算机系嵌入式计算机系统统和和执行装置执行装置（被控对象）组成。

（被控对象）组成。

n嵌入式计算机系统嵌入式计算机系统是整个嵌入式系统的是整个嵌入式系统的核心，可以分为核心，可以分为硬件层硬件层、中间层中间层、系统系统软件层软件层和和应用软件层应用软件层。

n执行装置执行装置接受嵌入式计算机系统发出的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。

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嵌入式微处理器是嵌入式系统硬件层的核心的核心n嵌入式微处理器的嵌入式微处理器的体系结构：

体系结构：

n冯冯诺依曼体系结构诺依曼体系结构n哈佛体系结构哈佛体系结构n指令系统指令系统可以选用：

可以选用：

n精简指令系统（精简指令系统（RISC）n复杂指令集系统（复杂指令集系统（CISC）4n嵌入式系统的存储器嵌入式系统的存储器n包含包含Cache、主存储器和辅助存储器、主存储器和辅助存储器n通用设备接口和通用设备接口和I/O接口接口n嵌入式系统通常具有与外界交互所需要的通嵌入式系统通常具有与外界交互所需要的通用设备接口：

用设备接口：

n如如GPIO、A/D、D/A、串行接口、串行接口、Ethernet、USB、音频接口、音频接口、VGA接口、接口、I2C、SPI、IrDA5n中间层中间层n中间层也称为硬件抽象层（中间层也称为硬件抽象层（HardwareAbstractLayer，HAL）或）或板级支持包板级支持包（BoardSupportPackage，BSP），），n系统初始化过程系统初始化过程片级初始化片级初始化、板级初始化板级初始化和和系统级初始化系统级初始化6n系统软件层系统软件层n系统软件层通常包含有系统软件层通常包含有n实时多任务操作系统实时多任务操作系统（Real-timeOperationSystem，RTOS）、）、n文件系统文件系统、n图形用户接口图形用户接口（GraphicUserInterface，GUI）、）、n网络系统网络系统n通用组件模块通用组件模块nRTOS是嵌入式应用软件的基础和开发平台。

是嵌入式应用软件的基础和开发平台。

7n嵌入式操作系统（嵌入式操作系统（EmbeddedOperatingSystem，EOS）负责嵌入式系统的软件、硬）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，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、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，同步机制、中断处理、文件处理等功能外，还具有如下特点：

还具有如下特点：

n强实时性强实时性；支持开放性和可伸缩性的体系结；支持开放性和可伸缩性的体系结构，具有构，具有可裁减性可裁减性；n文件系统文件系统n图形用户接口（图形用户接口（GUI）8nRTOS定义：

指能够在指定或者确定的时间内定义：

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。

系统所需要的大量数据。

nRTOS特点：

约束性、可预测性、可靠性、交特点：

约束性、可预测性、可靠性、交互性互性nRTOS调度：

调度：

抢占式调度和非抢占式调度、静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、嵌入式系统的定义、发展历史、发展趋势、IP核。

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典型的典型的ARM体系结构体系结构nARM处理器核特点处理器核特点nARM体系结构版本体系结构版本nARM处理器核型号处理器核型号nARM处理器型号处理器型号12nARM微处理器的寄存器结构微处理器的寄存器结构nARM处理器共有处理器共有37个寄存器，被分为若干个寄存器，被分为若干个组（个组（BANK），这些寄器包括：

），这些寄器包括：

n31个通用寄存器个通用寄存器n6个状态寄存器，用以标识个状态寄存器，用以标识CPU的工作状态的工作状态及程序的运行状态及程序的运行状态nARM处理器的寄存器组织处理器的寄存器组织1314程序状态寄存器CPSR、SPSR15n处理器运行模式处理器运行模式nARM处理器支持处理器支持7种工作模式种工作模式n用户模式用户模式n特点：

不能访问某些受操作系统保护的资特点：

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。

源，也不能改变工作模式。

n6种特权模式种特权模式n分类：

系统模式，分类：

系统模式，5种异常模式种异常模式n特点：

能访问全部资源，能改变工作模式特点：

能访问全部资源，能改变工作模式16nARM处理器工作状态处理器工作状态nARM状态状态nThumb状态状态17ARM微处理器的异常处理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，称之为程序产生暂时的停止时，称之为异常异常。

n7种类型的异常种类型的异常n异常的响应过程异常的响应过程PCLRCPSRSPSR设置设置CPSR的运行模式位的运行模式位跳转到相应的异常处理程序跳转到相应的异常处理程序18异常异常类型型异常异常进入模式入模式地址（异地址（异常向量）常向量）优先先级复位复位复位复位管理模式管理模式0x0000,00001（最高）（最高）未定未定义指令指令未定未定义指指令令未定未定义模式模式0x0000,00046（最低）（最低）软件中断件中断SWI软件中断件中断管理模式管理模式0x0000,00086（最低）（最低）指令指令预取中止取中止中止（中止（预取指令）取指令）中止模式中止模式0x0000,000C5数据中止数据中止中止（数中止（数据）据）中止模式中止模式0x0000,00102IRQ（外部中断（外部中断请求）求）IRQIRQ0x0000,00184FIQ（快速中断（快速中断请求）求）FIQFIQ0x0000,001C319n异常返回：

异常返回：

LRPCSPSRCPSR若在进入异常处理时设置了中断禁止若在进入异常处理时设置了中断禁止位，要在此清除。

位，要在此清除。

复位异常处理程序不需要返回复位异常处理程序不需要返回20nARM的存储器结构的存储器结构n1地址空间地址空间:

02321n2存储器格式存储器格式n小端存储、大端存储小端存储、大端存储n字对齐、半字对齐字对齐、半字对齐n3ARM存储器结构存储器结构n指令指令Cache和数据和数据CachenMMUnRAM和和ROMn4存储器映射存储器映射I/O21ARM微处理器指令系统nARM指令集的基本特点指令集的基本特点nARM指令格式指令格式nARM指令集分类指令集分类nARM指示符的功能和用法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将寄存器内容存入内存单元（堆栈操作：

（堆栈操作：

入栈）入栈）nLDM=将内存单元内容存入寄存器将内存单元内容存入寄存器（堆栈操作：

（堆栈操作：

出栈）出栈）满递增堆栈满递增堆栈：

如指令：

如指令LDMFA，STMFA等。

等。

满递减堆栈满递减堆栈：

如指令：

如指令LDMFD，STMFD等。

等。

空递增堆栈空递增堆栈：

如指令：

如指令LDMEA，STMEA等。

等。

空递减堆栈空递减堆栈：

如指令：

如指令LDMED，STMED等。

等。

23ARM微处理器的接口nARM协处理器接口协处理器接口nARM可以扩展可以扩展16个（个（CP15CP0）协处理器）协处理器n其中：

其中：

CP15作为系统控制，作为系统控制，CP14作为调试控作为调试控制器，制器，CP74作为用户控制器，作为用户控制器，CP138和和CP30保留。

保留。

n每个协处理器可有每个协处理器可有16个寄存器。

个寄存器。

24ARM处理器的时钟与电源管理1.时钟配置时钟配置MPLL：

FCLK、HCLK、PCLKUPLL：

48M2.电源管理模式：

电源管理模式：

4种种正常正常睡眠睡眠掉电掉电停机停机25ARMAMBA接口n先进的微控制器总线架构先进的微控制器总线架构AMBAnAHB：

先进高性能总线：

先进高性能总线nASB：

先进系统总线：

先进系统总线nAPB：

先进外围总线：

先进外围总线26存储器控制器存储器控制器n简述存储器控制寄存器配置方法n简述SDRAM、NORFlash、NANDFlash的特点nSDRAM、NORFlash、NANDFlash与CPU的连接接口n相关寄存器配置27ARMIO结构nARM采用了存储器映像采用了存储器映像I/O的方式。

的方式。

n一般的一般的I/O，如串行接口，它有若干个寄存，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（只读）和中断允许寄存器等。

这些寄存器都需相应的器都需相应的I/O端口地址。

端口地址。

28GPIO（通用输入/输出接口）n端口寄存器端口寄存器n端口控制寄存器（端口控制寄存器（GPACONGPHCON）、）、n端口数据寄存器（端口数据寄存器（GPADATGPHDAT）、）、n端口上拉寄存器（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中断的概念中断的概念n中断控制器支持中断控制器支持56个中断源。

个中断源。

32个中断请求个中断请求的优先权逻辑由的优先权逻辑由7个仲裁器组成，其中个仲裁器组成，其中6个为第个为第一级仲裁器，一个为第二级仲裁器。

一级仲裁器，一个为第二级仲裁器。

n中断相关寄存器中断相关寄存器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、中断向量表序、中断服务程序、中断向量表29PWM定时器的使用nS3C2410A有有5个个16位的定时器位的定时器n支持自动重装模式、一次脉冲模式支持自动重装模式、一次脉冲模式n定时器特殊功能寄存器定时器特殊功能寄存器n定时器初始化定时器初始化n定时器应用：

定时时间计算，最小分辨率、最定时器应用：

定时时间计算，最小分辨率、最大分辨率及最大定时区间大分辨率及最大定时区间30UART（串口）nS3C2410A芯片内部的芯片内部的UART提供了提供了3个独