第2章嵌入式系統的硬件構成內容概述嵌入式微控制器嵌入式DSP處理器嵌入式微處理器片上系統SoC存儲器輸入/輸出設備接口技術總線嵌入式系統常用網絡接口嵌入式系統的硬件構成實例2.1嵌入式系統硬件概述嵌入式系統硬件的構成嵌入式系統的體系結構2.1.1嵌入式系統硬件的構成嵌入式系統的硬件由嵌入式處理器和嵌入式外圍設備構成：嵌入式處理器是嵌入式系統的核心部件嵌入式處理器與通用處理器的不同在于：嵌入式處理器把通用CPU中許多由板卡完成的任務集成在芯片內部。嵌入式處理器可分為：低端的嵌入式微控制器(MicroControllerUnit，MCU)常用于計算機通信領域的嵌入式DSP處理器(EmbeddedDigitalSignalProcessor，EDSP)中高端的嵌入式微處理器(EmbeddedMicroProcessorUnit，EMPU)高度集成的嵌入式片上系統(SystemOnChip，SOC)。2.1.1嵌入式系統硬件的構成嵌入式系統的硬件由嵌入式處理器和嵌入式外圍設備構成：根據功能的不同，外圍設備可以分為3類：存儲器類型靜態易失型存儲器(RAM，SRAM)、動態存儲器(DRAM、SDRAM)、非易失型存儲器(ROM，EPROM，E2PROM，FLASH)接口類型RS-232接口(串口)、IRDA(紅外線接口)、SPI(串行外圍設備接口)、I2C(現場總線)、USB(通用串行接口)、Ethernet(以太接口)和普通并口顯示類型CRT，LCD和觸摸屏等。2.1.2嵌入式系統的體系結構一個最基本的計算機系統是由微處理器、存儲器和輸入輸出模塊構成，它們之間由系統總線進行互連，以實現計算機執行程序的功能。微處理器（MicroProcessor）控制計算機的操作，執行指令和處理數據。在嵌入式系統中，其作用和功能類似于通用計算機CPU。存儲器（Memory）用來存儲指令和數據。輸入輸出模塊（I/OModule）負責在處理器、存儲器和外部設備之間交換數據。外部設備包括二級存儲設備（如Flash、硬盤）、通信設備和終端設備。系統總線（SystemBus）為處理器、存儲器和輸入輸出模塊提供數據、控制等信號通信和傳輸。計算機的體系結構包括兩種：馮?諾依曼（VonNeumann）結構和哈佛（Harvard）結構。馮?諾依曼結構馮·諾依曼體系結構，最早由馮·諾依曼提出，又稱普林斯頓體系結構，此結構的處理器的最大特點是程序和數據使用同一個存儲器，也就是通常所說的“程序就是數據，數據就是程序”。指令和數據共享同一總線。這種結構使得信息流的傳輸成為限制計算機性能的瓶頸，影響數據處理速度的提高，通常這一瓶頸稱為“馮?諾依曼瓶頸”。在實現中，高速緩存（Cache）和分支預測技術可以很好地緩解這一問題。計算機的體系結構包括兩種：馮?諾依曼（VonNeumann）結構和哈佛（Harvard）結構。哈佛體系結構哈佛結構的處理器有兩個顯著特點：一是使用兩個獨立的存儲器模塊，分別存儲指令和數據，每個存儲模塊都不允許指令和數據并存；二是使用獨立的兩條總線，分別作為CPU和每個存儲器之間的專用通信路徑，而這兩條總線之間毫無關聯。由于哈佛體系結構程序存儲器和數據存儲器分開，因此可以提供較大的數據存儲器帶寬，這一點使得它非常適合于數字信號處理。所以目前絕大多數DSP（DigitalSignalProcess）都是哈佛體系結構。2.2嵌入式微控制器嵌入式微控制器（MicroControllerUnit，MCU）又稱單片機（單片微型計算機的簡稱），就是將整個計算機系統集成到一塊芯片中。一般以某一種微處理器內核為核心，芯片內部集成ROM、RAM、總線、總線邏輯、定時/計數器、WatchDog、所需的IO設備（如串行口、A/D、D/A等）各種必要功能模塊。整個系統構成只需添加少量分離器件為了節省空間和成本，經常不引出總線引腳8位/16位/32位都有2.2嵌入式微控制器計算性能比RISCCPU/DSP普遍要低，但是功耗、體積和價格也低的多比如某些遙控器的MCU只運行在32Khz主頻，幾個毫瓦的功耗適用于一些計算任務需求不高但是對成本、功耗、體積要求嚴格的場合玩具、計算器、馬達控制、遙控器、白色家電、計算機外設（尤其是USB外設）與嵌入式微處理器相比嵌入式微控制器的特點是單片化，體積大大減少，功耗和成本下降，可靠性提高。2.2嵌入式微控制器2009年數據，最便宜的MCU大概$0.25一個而最便宜的32位RISCCPU要約$5據wikipedia統計全世界售出的所有CPU中，大概55%為8位MCU2006年售出40億個8位MCU一臺中級車大概包含30個MCU一個發達國家家庭中平均使用36個MCU2.2嵌入式微控制器典型的MCU有：Intel8051(又稱MCS-51)Motrorola68HC11AtmelAVR8-bitarchitectureAtmelAVR3232-bitarchitectureHitachiH8MicrochipPIC(8-bitPIC16,PIC18,16-bitdsPIC33/PIC24)TIMSP430(16-bit)ZilogeZ8,eZ80MicrochipPIC2.2嵌入式微控制器MCS-51單片機MCS-51是Intel公司開發的一系列單片機的總稱。包括8031（80C31）、8051（80C51）、8751（87C51）、8951（89C51）、8032（80C32）、8052（80C52）、8752（87C52）和8952（89C52）等。習慣于8051來稱呼MCS-51系列單片機。Intel公司將MCS51的核心技術授權給了很多其它公司，如SST、Philip、Atmel等，這些公司推出以8051為核心單片機。這些單片機都兼容51指令、并在51的基礎上擴展一些功能而內部結構是與51一致的。最初是1980年Intel設計和生產的，目前仍是使用最廣泛的單片機內核之一，有50多個廠商在生產兼容8051指令集的1100多種處理器內核。是當之無愧的家族成員最多的一種處理器內核。其中89C51就是這幾年在我國非常流行的單片機，它是由Atmel公司開發生產的。2.2嵌入式微控制器MCS-51單片機(續)不變的體系結構，但不斷增強的實現結構主頻從最初的12Mhz到目前的最高100Mhz從最初的12個或24個周期一條指令到現在的1個時鐘周期執行一條指令最早的8051Atmel80512.2嵌入式微控制器MCS-51單片機(續)MCS-51是一個8位運算芯片MCS-51有4個并行I/O口（分別是P0、P1、P2和P4），2個定時/計數器、5個中斷源、1個串行口，還有256B的RAM（地址為00H～FFH，用作通用寄存器和數據存放區）和4/8KBEPROM（用于存儲程序）。MCS-51的程序存儲器和數據存儲器是分開的，屬于哈佛結構，尋址范圍是64KB。Windows上的EXE動輒幾百k！MCS-51有一個通用寄存器B、1個數據指針DPTR寄存器和4個專用寄存器（用戶不能使用的）。2.2嵌入式微控制器MCS-51單片機(續)支持對I/O端口寄存器或內存數據的按位的直接操作修改I/O端口的某一位的值一般CPU中需要先讀I/O端口數據到內存，用位與或位或進行修改，然后寫回，需要3個指令。因為直接寫一個字節值會覆蓋其它無關位！如：SETB24h ;第24位置1還可以直接根據指定位的值進行條件跳轉寫串行通信和控制軟件時帶來很大便利2.2嵌入式微控制器MCS-51單片機(續)通用寄存器的shadow機制4組，每組7個（R0-R7)當前哪組被激活，取決于機器狀態寄存器（PSW)的一個字段。用處：減少中斷響應的延時一般CPU在中斷入口必須把所有要用到的通用寄存器備份到內存堆棧上，這個過程比較費時8051中，只要在中斷入口處修改PSW的相應字段，就可以切換到另一組寄存器，原來的那組寄存器內容不會被改動，省去了備份到堆棧的過程支持最多4層的中斷嵌套2.3嵌入式DSP處理器DSP最初的含義是數字信號處理（DigitalSignalProcessing），包含各種數字信號處理的算法和理論。1970年代末，DSP處理器的出現使得各種數字信號處理的算法可以用硬件處理器的方式實現。目前目前人們逐漸將DSP等同于DSP處理器（DigitalSignalProcessor）。嵌入式DSP處理器有兩個發展來源，一是由DSP處理器經過單片化、EMC改造、增加片上外設成為嵌入式DSP處理器，TI的TMS320C2000/C5000等屬于此范疇；二是在通用單片機或片上系統（SOC）中增加DSP協處理器發展而來，如Intel的MCS-296。2.3嵌入式DSP處理器數字信號處理的特點算法可用程序實現；穩定性好，沒有時漂、溫漂；可重復性好；易于實現自適應算法、數字濾波、FFT、譜分析；在所有的DSP中，乘、加運算可由一條指令完成，而且有重復指令可加快運算速度，節省了指令空間。2.3嵌入式DSP處理器嵌入式DSP具有如下特點：在單個指令周期內完成乘法/累加運算速度達到101～103MIPS的定點運算數據交換達到每秒數百兆字節的傳輸速率，主要是受片外存儲器速度的限制（哈佛結構）。并行性多處理器結構DSP在片上設置仿真模塊或仿真調試接口低功耗，可應用到便攜式計算機、移動通信設備和便攜式測試儀器上。可將DSP的功能集成到專用集成電路中去，如磁盤/光盤驅動器、調制解調器、移動通信設備和個人數字助理等。開發環境及支持軟件的迅速發展和不斷完善。2.4嵌入式微處理器嵌入式微處理器概述嵌入式微處理器的兩種架構典型的嵌入式處理器2.4.1嵌入式微處理器概述嵌入式微處理器與標準微處理器的區分嵌入式微處理器雖然在功能上和標準微處理器基本是一樣的，但在工作溫度、抗電磁干擾、可靠性等方面一般都做了各種增強。和工業控制計算機相比，嵌入式微處理器具有體積小、重量輕、成本低、可靠性高的優點，但是在電路板上必須包括ROM、RAM、總線接口、各種外設等器件。2.4.1嵌入式微處理器概述處理器內核的CacheCache的作用—回顧計算機體系結構課程內容CPU算得很快—一條指令只用1-幾個時鐘周期而從基于SDRAM的主內存取、存操作數相對很慢–幾十個時鐘周期造成CPU大量時間都在空轉以等待數據readyCache由訪問速度較快的SRAM組成，一次訪問大概只需幾個-十幾個時鐘周期把最近或經常需要訪問的數據放在Cache而不是主存中2.4.1嵌入式微處理器概述Cache對一個系統實際的性能的影響有時候比CPU的頻率還要大所以Intel有些面向服務器的CPU與同內核的桌面CPU的最主要的區別就是Cache更大！盡管只是處理器的眾多功能模塊的一部分，Cache往往占據了一個處理器芯片的大部分芯片面積！以后將嵌入式優化時還會講到Cache優化。IntelCoreDuo處理器芯片2MBL2Cache2.4.1嵌入式微處理器概述Cache的層次問題PC處理器中常分為L1Cache和L2CacheL2Cache相對L1速度慢一些但同樣代價下容量可以做的較大兩級Cacche可以獲得總體上更好的性能/價格比單在目前嵌入式CPU中基本上都只有一級L1cache主要是成本考慮AMDAthlon64處理器的Cache層次2.4.1嵌入式微處理器概述馮?諾依曼和哈佛結構的Cache哈佛體系結構的處理器通常將L1Cache分為指令緩存（ICache，InstructionCache）和數據緩存（DCache，DataCache）。而馮·諾依曼體系結構的處理器通常不分ICache和DCache。2.4.1嵌入式微處理器概述嵌入式微處理器的市場分布2.4.2嵌入式微處理器的兩種架構嵌入式微處理器有兩種架構：CISC（ComplexInstructionSetComputer，復雜指令集計算機）指令集中包含了許多功能強大的指令，指令的長度不等，不便于指令的流水線執行。典型的如Intelx86處理器。RISC（ReducedInstructionSetComputer，精簡指令集計算機）采用一個有限的簡單的指令集，即優先選取使用頻率最高的簡單指令，避免復雜指令；每條指令長度固定，指令格式和尋址方式種類減少，執行時間短，這樣便于指令的流水線優化；為彌補指令功能，CPU往往配備大量的通用寄存器。典型的如MIPS、ARM處理器等2.4.2嵌入式微處理器的兩種架構RISC和CISC的差異RISCCISC指令系統由常用指令組成，使其簡單高效。對不常用功能采用組合指令來實現。實現特殊功能采用流水線和超標量技術來彌補效率的劣勢。指令系統豐富，有專用指令來完成特定功能，處理特殊任務效率高存儲器操作對存儲器操作有限制，對控制簡單化存儲器操作指令多，操作直接程序匯編程序需要較大的內存空間，實現特殊功能時程序復雜匯編程序相對簡單，科學計算及復雜操作的程序設計容易，效率較高中斷在一條指令執行的適當地方可以中斷只能在一條執行結束后響應中斷2.4.2嵌入式微處理器的兩種架構RISC和CISC的差異(續)RISCCISCCPU包含較少的單元電路，面積小、功耗低包含豐富的電路單元，功能強、面積大、功耗高設計周期結構簡單，布局緊湊，設計周期短，易于采用新技術結構復雜，設計周期長用戶使用結構簡單，指令規整，性能容易把握，易學易用結構復雜，功能強大，實現特殊功能容易應用范圍由于指令系統的確定與特定領域相關，故更適合于專用機更適合通用機2.4.2嵌入式微處理器的兩種架構RISC和CISC的界限開始模糊盡管RISC架構有不少優點，但決不能認為RISC架構就可以取代CISC架構，事實上，RISC和CISC各有優勢，而且界限并不那么明顯。現代的CPU往往采用CISC的外圍，內部加入了RISC的特性，如超長指令集（VLSW）CPU就是融合了RISC和CISC的優勢，成為未來的CPU發展方向之一。2.4.2嵌入式微處理器的兩種架構嵌入式處理器的架構（RISC/CISC）與計算機的體系結構（馮·諾依曼/哈佛）是兩個不同領域的概念，互不矛盾前者指處理器的架構（特別是指令集ISA的特點），后者指整個計算機的體系結構。同一種處理器的架構可以采用不同的計算機體系結構來組織：例如屬于RISC的ARM7系列處理器是基于馮·諾依曼結構，而ARM9系列處理器卻是基于哈佛結構的。2.4.3典型的嵌入式處理器ARM架構處理器MIPS架構處理器PowerPC架構處理器IntelAtom處理器其他嵌入式處理器ARM架構處理器ARM(AdvancedRISCMachines，高級精簡指令系統機器)是對一類RISC微處理器的通稱。ARM是由一家英國公司ARM負責設計。該公司專門從事基于RISC技術芯片設計開發的公司，作為知識產權（IntelligenceProperty，IP）供應商，該公司本身不直接從事芯片生產，靠轉讓設計許可由合作公司生產各具特色的芯片，世界各大半導體生產商從ARM公司購買其設計的ARM微處理器核，根據各自不同的應用領域，加入適當的外圍電路，從而形成自己的ARM微處理器芯片進入市場。ARM公司的歷史成立于1990年11月前身為Acorn計算機公司AdvanceRISCMachine(ARM)主要設計ARM系列RISC處理器內核授權ARM內核給生產和銷售半導體的合作伙伴ARM公司不生產芯片IP(IntelligenceProperty，知識產權)另外也提供基于ARM架構的開發設計技術軟件工具，評估板，調試工具，應用軟件,總線架構，外圍設備單元等等ARM架構處理器ARM微處理器的應用領域工業控制領域：占據32位機微控制器主流，并向傳統8位/16位微控制器領域提出挑戰。無線通訊領域：超過85%的無線通信設備采用ARM技術。網絡應用：在ADSL芯片上逐步獲得競爭優勢，并對DSP應用領域提出挑戰。消費類電子產品：在數字音頻播放器、數字機頂盒、游戲機中等到廣泛采用。成像和安全產品：流行的數碼相機和打印機中多采用ARM技術。ARM架構處理器采用RISC架構的ARM微處理器一般具有如下特點：體積小、低功耗、低成本、高性能；支持Thumb（16位）/ARM（32位）雙指令集，能很好地兼容8位/16位器件；大量使用寄存器，指令執行速度更快；大多數數據操作都在寄存器中完成；尋址方式靈活簡單，執行效率高；指令長度固定ARM架構處理器ARM架構處理器ARM微處理器系列StrongARM系列StrongARM是遵循ARMV4指令集架構的微處理器，最早由DEC公司開發，后來賣給了Intel。在Xscale出來之后，Intel基本停產此微處理器。Intel生產SA-1100，大量用于PDA中。Xscale系列Xscale是遵循ARM架構v5TE指令集的微處理器，支持Thumb和DSP指令集。最早由Intel自主開發，2006年，Intel將其通信及應用處理器業務（包括StrongARM/XScale產品線）賣給Marvell公司。目前Intel主推Atom嵌入式微處理器。SharpZaurusSL-5500采用SA-1100處理器HPIPAQ5500采用XScale處理器MIPS架構處理器MIPS也是RISC處理器。MIPS的意思是無內部互鎖流水線的微處理器（MicroprocessorwithoutInterlockedPipedStages）。其機制是盡量利用軟件辦法避免流水線中的數據相關問題。它最早在1980初期由美國斯坦福大學的Hennessy教授領導的研究小組研制出來，后來成立了MIPS公司。與ARM一樣，MIPS公司以IP核方式將MIPS微處理器內核提供給各個半導體公司進一步開發RISC架構的嵌入式微處理器。MIPS核心技術強調的是多執行緒處理能力（multipleissue，又稱多發射核技術）。將處理器中的閑置處理單元分割出來，虛擬為另一個核心，以提高處理單元的利用率。多執行緒處理與多核心是兩個并不互斥的體系，可以彼此結合。對于軟件最優化，多執行緒處理與多核心體系比單核心體系結構要復雜得多。MIPS應用集中于數字消費類、網絡語音、個人娛樂、通信以及商務應用市場。特別在家庭視聽電器、網通產品以及汽車電子方面。目前國產龍芯系列芯片也屬于MIPS架構。Sony游戲機所采用的MIPS芯片龍芯處理器PowerPC架構處理器PowerPC是一種RISC多執行緒處理體系結構。1990年代，IBM、Apple和Motorola公司開發PowerPC芯片成功，并制造出基于PowerPC的多處理器計算機。PowerPC架構的特點是可伸縮性好、方便靈活。PowerPC架構一大特點是開放性：它定義了一個指令集架構（ISA），并且允許任何人來設計和制造與PowerPC兼容的處理器；為了支持PowerPC而開發的軟件模塊的源代碼都可以自由使用。PowerPC的應用領域非常廣泛，從手機到游戲機都能看到PowerPC的影子。PowerPC目前在通信、網絡等領域得到了廣泛的應用，例如交換機、路由器等。AppleMac系列PC機在轉到x86架構之前，十幾年來一直在使用PowerPC處理器。IBMPowerPC601處理器IntelAtom處理器IntelAtom處理器（中文名：凌動）是英特爾公司為移動互聯網設備（MobileInternetDevices，MID）等嵌入式設備專門設計的處理器，于2008年推出。采用45納米High-KCMOS制造工藝，內有4700萬個晶體管，是Intel歷史上體積最小和功耗最小的處理器，未來將采用32納米制作工藝。它是一款x86體系處理器，采用全新的微架構（Micro-architecture），專門為小型設備設計，旨在降低產品功耗，同時保持與Core2（酷睿）指令集級的兼容。IntelAtom處理器Atom處理器目前共有3個系列：推出時間代號處理器例子主要應用領域第一代(Z系列)SilverthorneZ500、Z510、Z520、Z530、Z540等MID第二代(N系列)DiamondvilleN230、N270、N280、N330等上網本、上網機第三代Moorestown智能手機等以后可能會有更多的系列推出，用以針對不同的應用領域IntelAtom處理器Atom處理器應用舉例移動互聯網設備（MobileInternetDevice，MID）聯想IdeaPadU8采用AtomZ500處理器、4.8英寸的觸摸屏、350g的重量、173×84mm的小巧身材，厚2.1cm，WiFi、EDGE、藍牙等多種網絡接入方式，滿足用戶隨時隨地上網瀏覽、收發Email、即時通訊等需求。IntelAtom處理器Atom處理器應用舉例上網本(Netbook)上網機(nettop)華碩EeePC采用AtomN280處理器，1GB標準內存，IntelGMA集成顯卡，160GB硬盤。華擎（ASRock）S330采用AtomN330處理器，集成GMA950顯卡，160GB硬盤、1GB內存。IntelAtom處理器Atom處理器應用舉例智能手機LGGW990手機采用MoorestownAtom處理器，512MB內存，內置500萬像素攝像頭，支持HSPA高速3G網絡、WiFi、GPS等，4.8英寸屏幕，分辨率達1024×480像素，尺寸為146.8×64.2×12毫米。其他嵌入式處理器SuperH(縮寫為SH)SuperH架構最先由日本Hitachi公司開發，后來由Hitachi和STMicroelectronics兩個公司擁有，現在被瑞薩公司接管。SuperH包括SH-1、SH-2、SH-DSP、SH-3、SH-3-DSP、SH-4、SH-5、SH-X等系列，廣泛用于打印機、傳真機、多媒體終端機、電視游樂器、機頂盒、CD-ROM、家用電器等等多種嵌入式系統中。Fujitsu公司嵌入式微處理器Mitsubishi公司嵌入式微處理器……瑞薩公司SH-4系列的SuperH處理器2.5片上系統SoC片上系統SoC概述SoC實例2.5.1片上系統SoC概述片上系統（SystemOnChip，SOC）的定義片上系統是一種處理器基IC(IntegratedCircuit,芯片)，含有一個或數個嵌入式處理器（嵌入式微處理器，嵌入式微控制器或嵌入式數字信號處理器）；采用超深亞微米工藝技術；主要采用第三方的IP核進行設計；內置嵌入式存儲器和可編程邏輯；具備外部對芯片進行編程的功能；具有完整系統所必備的全部或大部分外設。在某些場合，它還包括模擬前端，在同一芯片上集成有模擬和數字部件，SOC系統相當復雜。2.5.1片上系統SoC概述SoC設計公司將各種嵌入式處理器內核作為其IP核標準庫，和許多其他嵌入式系統外設一樣，成為VLSI設計中的一個標準器件。IP核有三種不同的表現形式：軟核、固核和硬核。軟核用HDL方式提交，其性能通過時序驗證模擬進行驗證。由于軟核不依賴于任何實現工藝和實現技術，具有很大的靈活性。硬核以IC版圖的形式提交，并經過實際工藝流片驗證。硬核強烈地依賴于某一個特定的實現工藝，而且在具體的物理尺寸，物理形態及性能上具有不可更改性。固核是由軟核發展而來，以電路網表的形式提交，通常還經過硬件驗證或硬件仿真器驗證。由于固核的時序特性是經過嚴格檢驗的，設計者只要保證在布局布線過程中電路關鍵路徑的分布參數不會引起時序混亂就可以保證芯片的設計成功。固核的缺點在于固核仍對應于某個特定的實現工藝，限制了固核的使用范圍。2.5.1片上系統SoC概述SOC的劃分若按用途劃分，SOC可以分為通用和專用兩類。若按定制情況劃分，SOC可以分為全定制SOC、可配置SOC(CSOC，ConfigurableSystemOnaChip)和可編程SOC(SOPC，SystemOnaProgrammableChip)。全定制SOC內部系統邏輯配置在芯片制造時就已經確定，用戶不可更改。CSOC器件內部帶有可配置系統邏輯（CSL）陣列，用戶可以設置I/O模式，并利用CSL單元構建片內邏輯，甚至配置成存儲器、乘法器等等。SOPC源于FPGA（現場可編程門陣列）設計，用戶可通過某特定軟件自行選擇若干嵌入式處理器核、總線接口IP核或其他IP核以及大量自定義可編程邏輯全部裝入一片IC中，完成用戶定制的SoC設計。2.5.2SoC實例基于ARM的SoC系統Atmel89C51系列SoC

基于ARM典型的SoC及系統從此圖可直觀地看到SoC將處理器(CPU)、主板和外圍芯片都做到一塊芯片內。以上結構稱為AMBA（AdvancedMicrocontrollerBusArchitecture，高級微控制器總線架構）

基于ARM典型的SoC及系統MMU(存儲管理單元,MemoryManagementUnit)用來支持存儲器管理的硬件單元，滿足操作系統內存管理的需要。其主要功能包括：支持虛擬/物理地址轉換；提供不同存儲器地址空間的保護機制。MMU啟動前代碼中的地址為物理地址，啟動后程序中的地址為虛擬地址。在后續的“嵌入式操作系統”章節對MMU還會有更詳細的介紹。

基于ARM典型的SoC及系統AHB(高性能總線,AdvancedHighperformanceBus)AHB主要用于高性能、高時鐘頻率的系統模塊（如CPU、DMA和DSP等）之間的連接，它構成了SoC高性能的系統骨干總線（back-bonebus）。APB(高級外圍總線,AdvancedPeripheralBus)主要用于低帶寬的周邊外設之間的連接，例如UART、1284等，它的總線架構不像AHB支持多個主模塊。在APB里面唯一的主模塊就是APB橋。它將來自AHB/ASB的信號轉換為合適的形式以滿足掛在APB上的設備的要求。

基于ARM典型的SoC及系統外圍接口UART：通用異步接收/發送器(UniversalAsynchronousReceiver/Transmitter)。SPI：串行外設接口總線(SerialPeripheralInterface)。I2C：現場總線(Inter-IntegratedCircuit)。JTAG(聯合測試行動小,JointTestActionGroup)JTAG是一種國際標準測試協議（IEEE1149.1兼容），主要用于芯片內部測試。

Atmel89C51系列SoC基于8051處理器內核有多種子型號，提供不同的集成外設和可用引腳的選擇例子–AT89C51AC3最高60MhzCPU主頻（每條指令需要12個周期或更多）256B（internalspace）+2048B（externalspace）SRAM2KBNORFlash（bootloader用）+64KBNANDFlashROM支持在線重新燒錄36條GPIO(GeneralPurposeI/O)10位分辨率的ADCSPI和UART接口AT89C51AC3內部結構1.C51微控制器(MCU)2.總線3.RAM+ROM(包括微程序)4.各種外設2.6存儲器易失性存儲器非易失性存儲器存儲卡硬盤存儲器2.6.1易失性存儲器易失性存儲器也就是我們熟知的隨機存儲器RAM。RAM分為靜態和動態兩種。靜態RAM(StaticRAM，SRAM)是靠雙穩態觸發器來記憶信息的；動態RAM（DynamicRAM、DRAM）是靠MOS電路中的柵極電容來記憶信息的。由于電容上的電荷會泄漏，需要定時給與補充，所以動態RAM需要設置刷新電路。高速緩沖存儲器（Cache）使用靜態RAM。動態RAM按制造工藝的不同，又可分為普通DRAM、EDO-RAM、SDRAM、RDRAM和DDRSDRAM。2.6.2非易失性存儲器非易失性存儲器也就是我們熟知的只讀存儲器ROM。一般用于存放固定的程序，如監控程序、匯編程序等，以及存放各種表格。根據寫入方法和可寫入的次數的不同，又可分成MROM、OTPROM和UV-EPROM。2.6.2非易失性存儲器RAM和ROM的界限正在模糊！最近若干年新發展的那些非ROM型可現場改寫的非易失性存儲器的需求增長速度極快，這些芯片技術正在迅速地改變著存儲器世界的面貌。這主要有可電擦除可編程的EEPROM、利用鋰電池作為數據保護后備電源的一體化非易失性靜態讀寫存儲器NVSRAM和不需要電池的新型非易失性靜態讀寫存儲器nvSRAM、在EPROM和EEPROM芯片技術基礎上發展起來的閃速存儲器FlashMemory、利用鐵電材料的極化方向來存儲數據的鐵電讀寫存儲器FRAM等等。2.6.2非易失性存儲器FLASH(FlashMemory，閃速存儲器、閃存)FLASH是一種能夠長期存儲大容量數據的非易失性存儲器。和磁盤設備相比，FLASH存儲器在體積、抗震性、耗電這些方面都有很大的優勢，因此成為嵌入式系統的首選存儲設備。2.6.2非易失性存儲器閃速存儲器的分類，市面上的FLASH芯片一般有以下兩種：傳統的NORFLASH，可以直接讀取其芯片內儲存的數據，因而速度比較快，但是價格較高；NANDFLASH，這種FLASH也被稱為固態硬盤，它內部數據以塊為單位進行存儲，地址線和數據線共用，使用控制信號選擇。各種存儲設備如優盤，主板BIOS芯片、MP3、SmartMedia卡、DiskOnChip(DOC)、PCMCIA存儲卡等都使用上面的兩種芯片作為存儲介質。此外，另一種比較新的FLASH芯片是Intel公司的StrataFLASH大容量快閃存儲器，但是價格昂貴，應用相對較少。2.6.2非易失性存儲器NANDFLASH和NORFLASH的差異NANDFlashNORFlash存儲特征連續存儲介質，適合存放大文件隨機存儲介質，適合存放小文件總線共用地址和數據總線，需要額外連接一些控制引腳地址線和數據線分開，可以像SRAM一樣連在數據線上接口只能對一個固定大小的區域操作，即塊設備接口可以對字進行操作，速度快，即SRAM接口，處理器可以直接對其進行隨機地址尋址速度與可靠性容量大，進行大量數據的讀寫的速度要快于NORFLASH接口簡單，數據操作少，位交換操作少，極少出現壞區塊，可靠性高于NANDFlash用途常當作外存用代碼如果燒寫在NOR上，就可以直接在其上執行(XIP)，因此常用于存放直接執行代碼(如啟動代碼等)注：XIP意為現場執行（eXecuteInPlace）2.6.2非易失性存儲器NANDFlash和NORFlash的共性向芯片中寫數據必須先將芯片中對應的內容清空，然后再寫入，也就是通常說的“先擦后寫”。只不過NORFlash可以每次只擦寫一個字，而NAND需要擦寫整個塊。Flash擦寫的次數都是有限的，當Flash的使用壽命快到的時候，經常會出現寫操作失??；到達使用壽命時，FLASH內部存放的數據可以讀，但是不能再進行寫操作；為了防止此問題的發生，不要對某個特定的區域反復進行寫操作。通常NAND的可擦寫次數高于NORFlash，但是由于NAND擦寫整個頁面(或塊)，塊內的頁面中如果有一位失效整個頁就會失效，而且由于擦寫過程復雜，失敗的概率相對較高，所以從整體上來說NOR的壽命較長。FLASH的讀寫操作不僅僅是一個物理操作，還需要算法支持。2.6.3存儲卡NANDFlash幾乎是所有可移動固態大容量存儲卡的基礎。這些存儲卡廣泛用于消費類電子領域（如照相機、掌上電腦、移動電話等）和其他需要大容量存儲的嵌入式應用中。2.6.3存儲卡1.PCMCIA卡PCMCIA名為國際個人計算機存儲卡協會(PersonalComputerMemoryCardInternationalAssociation)的意思，凡符合此協議定義的界面規定技術所設計的界面卡，均可稱為PCMCIA卡或簡稱PC卡。以前此技術只用于存儲器擴充卡，后擴展到存儲器以外的外部設備，如網絡卡、調制解調器等。一般筆記本電腦都此接口。PCMCIA卡與USB一樣，支持熱拔插(hotplugging)。PCMCIA網絡卡PCMCIA存儲卡2.6.3存儲卡2.DOCDOC(DiskOnChip)采用NANDFlash芯片作為基本存儲單元，外加一些控制芯片，通過特殊的軟硬件來操作的電子存儲裝置。3.DOMDOM是一種采用IDE接口的電子盤，可以直接插到IDE接口上，但體積比硬盤小得多。DOC卡DOM卡2.6.3存儲卡4.CF卡(CompactFlash卡)由Sandisk、Canon等公司聯合研制的CompactFlash存儲卡，后來形成了CF標準協會——CFA。CF卡連接裝置與PCMCIA卡相似，只不過CF卡是50針，而PCMCIA卡為68針。分為內存卡和IO卡兩種。內存卡最為常用，它模擬為一個IDE（硬盤）設備。IO卡，模擬為ISA總線上的IO設備，常用于早期PocketPC的接口設備擴展。CF卡2.6.3存儲卡5.SM卡SM(SmartMedia)卡最早由Toshiba公司開發的存儲卡，后來Sumsung加入，成為兩家主要的SM廠商SM卡只有FlashMemory模塊和接口，無控制芯片，但是體積很小，采用22針接口。SM卡2.6.3存儲卡6.MS卡(記憶棒)MS(MemoryStick)卡最早由Sony公司開發，因其尺寸50mm*21.5mm*2.8mm，酷似口香糖，因而又稱為口香糖存儲卡MS卡包括了控制器，采用10針接口，數據總線為串行的。MS卡2.6.3存儲卡7.MMC卡MMC(MultiMediaCard)卡最早由Siemens(現為Infineon)公司和Sandisk公司共同開發，后成立了MMC協會(MMCA)來管理和制定標準。和CF卡一樣，MMC卡包含了存儲單元和控制器，采用7針接口。號稱世界上最小的存儲卡，體積比SM卡小，質量也輕。MMC卡2.6.3存儲卡8.SD卡SD卡最早由Panasonic、Toshiba和Sandisk公司聯合推出，后成立SD協會(SDA)。SD卡數據傳送和物理規范由MMC發展而來，與MMC卡保持向上兼容。即MMC可以被SD設備存取，但SD卡不能被MMC設備存取。SD卡2.6.3存儲卡各種存儲卡的比較32MCF,128MSD,1GminiSD,2GMicroSD的體積對比2.6.4硬盤存儲器1.ATA接口IDE和ATA實際上是同樣的通用接口，IDE是集成設備電路的縮寫，ATA表示AT附加設備，其意義可追溯到IBMPC/AT時代，描述了一種與硬盤連接的設備接口。ATA接口數據傳輸是以并行方式工作。2.SATA(串行ATA)接口SATA是把并行ATA數據接口串行化了，從而減少了電噪聲，提高了性能并允許使用較長的屏蔽線。SATA主要定位與PC市場，現在正慢慢進入嵌入式應用領域。2.6.4硬盤存儲器3.SCSI接口SCSI接口用于小型計算機系統，其性能超過ATA高端接口，也更復雜。SCSI接口在嵌入式設備領域比較少見。4.微型驅動器微型驅動器是一種外形與CF卡相當的小型硬盤。與CF卡相比，微型驅動器模仿傳統的基于磁體的硬盤驅動，只是盤片小些。2.6.4硬盤存儲器5.閃存硬盤/固態硬盤閃存硬盤或稱固態硬盤（SolidStateDisk或SolidStateDrive，縮寫為SSD），也稱作電子硬盤或者固態電子盤，是由控制單元和固態存儲單元（DRAM或FLASH芯片）組成的硬盤。固態硬盤的接口規范和定義、功能及使用方法上與普通硬盤的相同，在產品外形和尺寸上也與普通硬盤一致。由于固態硬盤沒有普通硬盤的旋轉介質，因而抗震性極佳。固態硬盤的存儲介質分為兩種，一種是采用閃存作為存儲介質，另外一種是采用DRAM作為存儲介質。前者最大的優點是數據保護不受電源控制，但使用年限不長；后者是一種高性能存儲器，使用壽命較長，但需要獨立電源來保護數據安全SSD在諸如MID等嵌入式設備中取代傳統機械式硬盤傳統硬盤的替代物接口與硬盤一樣（但內部用NANDFlash、DRAM等作為存儲部件）。SSDvs傳統硬盤優點沿用經典的硬盤接口，系統集成方便，可直接使用硬盤驅動程序沒有移動機械部件，所以可靠性高。適用于高振動（如車載）的惡劣環境數據讀比傳統硬盤快，無需尋道時間體積小缺點價格仍然較貴。2008年數據，$1.5/GBvs$0.38/GB寫比傳統硬盤慢，即使寫一個字節也要先擦除一個4KB的頁在最新的上網本、超薄筆記本上得到較多應用華碩EeePC-8GBSSD蘋果MacAir–64GBSSD華碩EeePC上網本中使用的SSD硬盤正是使用了SSD硬盤，才可以讓蘋果的MacAir如此薄2.7輸入輸出設備常用嵌入式輸入輸出設備鍵盤、按鈕(按鍵)紅外遙控觸摸輸入器件，如觸摸屏（包括虛擬鍵盤等）傳感器模數轉換器（Analog-to-DigitalConverter/ADC）圖像傳感器2.7.1鍵盤、按鈕嵌入式設備很少配備桌面計算機所使用的全鍵盤體積限制有限的操作模式常用數字鍵盤（類似電話）自定義按鈕（比如MP3播放器上的按鈕）MotorolaSLVRL9i手機鍵盤MP4按鈕嵌入式系統按鍵一般的接口方式用處理器的GeneralPurposeIO（GPIO）接口實現GPIO指處理器的某些輸入、輸出引腳，其邏輯狀態可以由指令指定或讀取按鈕觸點組織成2維形式，以節省IO引腳2.7.2紅外遙控將數字信號調制到紅外線信號上調制方式PhilipsRC-5格式–歐美廠商常用載波為36Khz的紅外脈沖序列0–32個脈沖跟32個空；1-32個空跟32個脈沖，所謂脈沖位置調制（PPM）/Data/datasheet/RC5IRProtocl.html

NEC格式–日本廠商常用38Khz載波采用所謂脈沖寬度調制（PWM）0-0.56ms的高+0.56ms的低1–0.56ms的高+1.69ms的低參考/lianyaa1/blog/item/dae39df6ec66032a720eec9b.html

2.7.3觸摸輸入器件按工作原理電阻式電容式表面電容式投射電容式表面波式紅外式按物理形態觸摸板與顯示屏獨立布置觸摸位置為相對位置觸摸屏復合在顯示屏上觸摸位置為絕對位置觸摸技術在嵌入式系統中的應用例子IPod的基于觸摸板技術的按鍵任天堂DS游戲機的底部屏幕為觸摸屏觸摸技術在嵌入式系統中的應用例子iPhone的MultiTouch觸摸技術在嵌入式系統中的應用例子屏幕鍵盤（On-screenKeyboard）又稱虛擬鍵盤或軟鍵盤，它在顯示器的屏幕上顯示一個虛擬的鍵盤，用戶可以通過點擊虛擬的鍵進行輸入，其中點擊操作需借助鼠標、觸摸屏、指示筆等指向設備來完成。屏幕鍵盤用來完成鍵盤的功能，只不過是用軟件來實現的，顯示是在屏幕上，而不是實際的物理鍵盤上。屏幕鍵盤一般在觸摸屏硬件上來實現。一款手機上的屏幕鍵盤例子各種觸摸器比較電阻式好處–價格便宜、精度高缺點–不耐用，透光性差表面電容式好處-透光性好，耐用缺點–精度低、會受出汗、溫度等因素會影響投射電容式解決了表面電容式精度低的問題，同時可支持多點觸摸（Multi-touch)另外，電容式只有人手觸摸才反應好處是不易誤觸缺點是不能用筆2.7.4傳感器將環境的物理量→電信號一般是模擬的電信號，需要用ADC轉為數字信號亮度傳感器–采集環境光照情況溫度傳感器濕度傳感器加速度傳感器（Accelerometer）可以獲得3維的加速度值，用來確定設備的方位和運動方向高端智能手機、手持設備的最新配置圖像傳感器（攝像頭）Nokia6681上的亮度傳感器可以根據環境亮度調整顯示屏背光強度利用N95內置加速度傳感器實現的玩具車控制演示視頻/gadgets/cellphones/n95-accelerometer-used-to-control-rc-car-begs-to-be-ported-to-the-iphone-328072.php

iBeer–利用iPhone中的加速度傳感器的虛擬啤酒杯演示視頻/watch?v=A3MfQIswl3k2.7.5模數轉換器ADC模數轉換器（Analog-to-DigitalConverter/ADC）將CPU不能直接處理、計算的模擬量轉換為時間和值都離散的數字量比如時間和數值連續的聲波信號→麥克風→時間和數值連續的電壓信號→ADC→時間和數值都離散的一串數值（即PCM編碼）主要指標采樣率，時間離散的程度根據Shannon-Nyquist定律，起碼要高于被采樣信號的最高頻率的2倍分辨率，數值離散的程度，一般用多少bit表示分辨率越高，量化誤差越低創新SoundBlasterX-Fi聲卡上的ADC型號WolfsonWM8775SEDS4通道96Khz采樣率24bit分辨率2.7.6圖像傳感器（攝像頭）按工作原理CCD（Charge-CoupledDevice）CMOS按像素組織一維–用于掃描儀、傳真機二維–攝像頭按顏色灰度（黑白）彩色CCD圖像傳感器CCD本質上是一種模擬信號的移位寄存器技術。原理曝光每個單元都會在光照下獨立積聚電荷電荷量與照度成正比移位在時鐘統一控制下，每個單元向下轉移電荷在緩沖行中再從右至左移位CCD圖像傳感器的形象比喻CMOS圖像傳感器與CCD最關鍵的區別是每個單元有自己獨立的電荷→電壓轉換電路CCD需要用模擬集成電路工藝制造，CMOS完全基于數字集成電路工業制造→價格優勢CCD和CMOS的優缺點比較CMOS–目前手機攝像頭和USB攝像頭上的主流價格便宜–直接利用CMS集成電路生產線讀取速度快（用于攝像時，可以支持更高幀率）感光度高無需復雜的接口電路CCD–普遍認為圖像質量更高信噪比高動態范圍大像素一致性好 更詳細的比較參考/public/corp/Photonics_Spectra_CCDvsCMOS_Litwiller.pdf2.7輸入輸出設備常用嵌入式輸出設備將電信號→物理環境中的聲、光、機械數模轉換器(Digital-to-AnalogConverter/DAC)聲音輸出器件(語音輸出)機械動作輸出器件顯示器件，LCD顯示2.7.7數模轉換器(DAC)數模轉換器（Digtal-to-AnalogConverter/DAC）將時間和值都離散的數字信號→時間和值連續的模擬信號一般還需要濾波進行平滑（去掉方波的高頻部分）DAC濾波主要指標類似ADC分辨率采樣率創新SoundBlasterX-Fi聲卡上的DAC型號CirrusLogicCS43628通道192Khz采樣率24bit分辨率2.7.8聲音輸出器件揚聲器–豐富的聲頻的呈現，體積較大蜂鳴器–單音調，體積小，響度高，用作報警壓電陶瓷片–基本無低音，體積小2.7.9機械動作輸出器件步進電機–精確控制位置，如數碼相機的鏡頭對焦繼電器–控制強電電器的開關2.7.10顯示部件LED分離式LED指示段式LED字符顯示LCD按顯示形式段式LCD字符顯示點陣式LCD模塊按顯示原理STN（偽彩色）便宜，運動響應差，容易出現像素模糊（blur）TFT（真彩色）相對成本高，運動響應好，每個像素的亮度不會互相影響2.7.10顯示部件從LCD驅動方式來分，有：一種是帶有驅動電路的LCD顯示模塊，這種LCD可以方便地與各種低檔單片機進行接口。另一種是LCD顯示屏，沒有驅動電路，需要與驅動電路配合使用。從背光來分類，分為透射式、反射式、半反半透式液晶。2.8接口技術CPU與外部設備、存儲器的連接與數據交換都需要通過接口設備來實現，主要的接口有：串口和UART(UniversalAsynchronousReceiver/Transmitter)通用異步收發器2根線實現1對1雙向收發（不包含地，下同）I2C(Inter-IntegratedCircuit）飛利浦發明2根線實現多對多雙向收發SPI(SerialPeripheralInterface)Motorola發明4根線實現1對多雙向收發2.8接口技術USB：通用串行總線(UniversalSerialBus)USBForum定義USB1.1的最大數據吞吐量為12Mb/s，而USB2.0的最高速度為480Mb/s。串聯接口，4線（3根線實現1對多雙向收發），支持熱拔插。紅外線接口：IrDA無線傳輸，速度可達4Mb/s，用于短距離雙機通信。

IEEE1394串聯接口，支持熱拔插允許每臺設備最高傳輸速率達400Mb/s2.8.1串口和UARTUART(UniversalAsynchronousReceiver/Transmitter)通用異步收發器十分經典而簡單的串行I/O標準除了地信號外，每個方向上只需要一個數據信號線，即2條數據線。低表示0，習慣稱為space；高表示1，習慣稱為mark收發雙方沒有時鐘信號的傳輸所以需要雙方約定一個共同的數據信號頻率（波特率），比如9600或115200最高速率通常在115.2kbps異步傳輸是指一個數據傳輸單元可以在任何時間開始相對的同步傳輸中，收發雙方根據一個公共的時鐘信號來約定一個時隙的劃分，數據傳輸單元必須在特定的時隙開始。2.8.1串口和UARTUART作用：并行與串行轉換因為計算機內部采用并行數據，不能直接把數據發到外設（如：Modem），必須經過UART整理才能進行異步傳輸。其過程為：CPU先把準備寫入串行設備的數據放到UART的寄存器（臨時內存塊）中，再通過FIFO（FirstInputFirstOutput，先入先出隊列）傳送到串行設備，若是沒有FIFO，信息將變得雜亂無章，不可能傳送到外設。UART發一個字節的過程數據線idle時為高發端在需要開始發數據時，將其拉低一個數據信號時間單元然后根據閱讀波特率，以此送出這個字節的第0到第7位可選的，再送出一位奇偶校驗位最后將數據線拉高至少一個數據信號時間單元，稱為stop信號2.8.1串口和UART2.8.1串口和UARTUART和RS232（串口）的關系兩者經常被混淆如果系統內部的兩個器件需要通過串行的方式通信，只要把兩個器件的UART端口直接連接。TTL(Transistor-transistorLogic,5V)電平常用與嵌入式系統中GSM/藍牙模塊與嵌入式處理器間的連接如果兩個分隔較遠（>1米）的系統需要通過串行的方式通信，則還需要將串行信號進行線路編碼（比如轉化為電流信號，或者電平更高端信號）RS232就是定義了這樣一種線路編碼和相應的接插件的標準+/-12v或+/-25v(要對UART進行電平轉換)除了數據信號以外的其它一些控制信號線RS232接口2.8.2I2CI2C(Inter-IntegratedCircuit,現場總線)與UART的聯系和區別都是異步串行接口，2根線實現多對多雙向收發。多了時鐘信號（SCL）UART收、發用不同的信號線(Rx和Tx），I2C通過時分復用在同一根信號線（SDA)上實現收、發支持同樣的一組信號上，多個主設備和多個從設備的連接和通信（也就是總線結構）。相對的UART只能一對一OpenDrain設計，必須加外置上拉電阻！主、從設備都可驅動SCL和SDAI2C總線典型結構同一I2C總線上，理論最多可掛接126個設備實際上還取決于總線電驅動能力支持100kbps和10kbps兩種模式新的擴展可以支持更高速率常用于速率要求不高，但是希望器件體積盡量小的場合PC內存條上的SPDEEPROM，系統可以從中讀取該內存條的配置參數并相應自動配置內存控制器PC主板上的SMBus（系統管理總線）實際上是I2C的變種連接風扇速度傳感器、CPU溫度傳感器、電池充電狀態傳感器、CPU電壓傳感器等手機中各種芯片的互聯，比如手機中使用的A/D，D/A，LCD顯示屏控制使用I2C的SPDEEPROMI2C的時序總是發端先將SCLK拉低，在SDA上送出信號，然后停止拉低SCLK，收端在SCLK上跳沿采樣SDA除了Start和Stop信號總是由主設備發起一次讀寫操作，SDA的下跳標志一次操作開始主設備先送出7位地址，然后1位讀/寫標志，被尋址到的從設備送出0表示確認同意進行這次操作從設備（讀時）或主設備（寫時）送出一字節數據，然后對端設備發出ACK位，0表示成功接收主設備可以決定是否接著進行后續的字節讀或寫，如果不需要了，用SDA的上跳標志這次總線操作結束SDA多個主設備的情況需要考慮它們同時發起傳輸請求時的沖突問題I2C用了一個非常簡單而聰明的方法哪個主設備發現SDA信號目前的狀態不是自己在驅動的值，那個主設備就知道自己在和別人競爭總線，從而主動放棄，并等待下一個STOP狀態到來。對那個勝出的主設備來講它完全意識不到競爭的發生。類似于計算機網絡中的載波偵聽2.8.3SPISPI(SerialPeripheralInterface,串行外設接口)同步串行傳輸，包含四根信號線，實現1對多雙向收發SCLK–時鐘總是由主設備驅動不需要傳輸數據時不驅動，處于idle狀態SS–從設備片選信號MOSI–發數據信號（從主設備來看）MISO-收數據信號（從從設備來看）SPI工作時序每個時鐘上跳變(或者下跳)沿，同時主設備送出一位數據到MOSI，從設備讀取從設備送出一位數據到MOSI，主設備讀取可以形象的理解為主，從設備中有兩個移位寄存器通過MOSI和MISO形成一個大的移位寄存器一次傳輸后，兩個寄存器中的內容對調SPI的總線配置最多掛一個主設備，但是可以掛多個從設備兩種組織方式獨立SS信號雛菊鏈（DaisyChain）方式DaisyChain的形象解釋SPI的用途MMC、SD卡的接口的一種工作模式就是SPI嵌入式應用中常用的audiocodec器件、DAC器件與嵌入式處理器接口USB接口芯片與嵌入式處理器

接口802.11接口芯片與嵌入式處理器

接口佳能EOS相機的鏡頭焦距控制2.8.4USB可以說是迄今為止最成功的一種設備IO標準甚至被用作一種標準的供電接口比如中國主導的基于USB接口的統一手機充電器接口標準各種匪夷所思的應用！2.8.4USB總線結構層次的星型結構一個HostController通過Hub可以連接多個Slave設備Hub下又可以掛Hub，最多5層2.8.4USB物理通道Vcc–5V，最大500mAD-/D+，差分信號，時鐘和數據混合編碼GND–地邏輯通道通過一套十分復雜的傳輸幀結構和協議實現USBHost控制器可以獨立的訪問每個USB從設備USB從設備之間無法直接通信大略上，一次操作Host總是通過廣播的形式發出自己希望對話的USB從設備的編號（地址），然后被選中的USB設備就可以獲得總線，其它從設備保持靜默2.8.4USB一個物理的USB設備上可以包含多個虛擬的USB設備，稱為功能（Function）。這樣的設備稱為復合設備（CompositeDevice）傳輸速率USB1.1LowSpeed模式–1.5MbpsFullSpeed模式–12MbpsUSB2.0增加了HighSpeed模式–480MbpsUSB3.0–2008年剛制定的標準增加了SuperSpeed模式–4.8GbpsUSBOTG（On-The-Go)傳統USB中一個設備要么是Slave，要么是Host比如一般的數碼相機上的USB口是Slave口，無法插入U盤，或者外接打印機OTG一個設備可以工作在Host或者Slave模式比如一個實現了OTG的數碼相機，就可以接到PC，傳輸照片（PC作為host，相機作為Slave）外接打印機直接打?。ㄏ鄼C作為Host，打印機作為Slave)LogoUSBOTG例子：支持USBOTG的NokiaN8102.9總線總線就是各種信號線的集合，是計算機各部件之間傳送數據、地址和控制信息的公共通路。計算機中，典型地如主板上分布，有數據總線、地址總線和控制總線?？偩€的主要參數有：帶寬位寬工作時鐘頻率2.9總線1.ISAISA是工業標準架構（IndustryStandardArchitecture）的縮寫，是以IBMPC/AT總線為基礎，于1980s年代初制定的總線標準。(數據)總線寬度為8/16位，工作頻率為8MHz，24位地址線可尋址范圍為16MB，最高傳輸速率16MB/s。ISA接口2.9總線2.PCIPCI是外圍部件互連專業組（PeripheralComponentInterconnectSpecialInterestGroup）總線，由Intel1992年推出，是局部總線的標準。PCI總線有32位(5V)、64位(3.3V)之分；從總線速度上分有33.3MHz、66MHz兩種。32位PCI有124個引腳，62位有188個引腳。最大傳輸率為133MB/s，與CPU及時鐘頻率無關，支持10臺外設，并能自動識別外設。支持設備即插即用，中斷共享。改良的PCI系統PCI-X，最高可達到64位、133MHz，超過1GB/s的數據傳輸率。2.9總線3.PC104總線PC104信號定義與PC/AT基本一致，但電氣和機械規范完全不同，是一種優化的、小型、堆棧式結構的嵌入式控制系統總線。PC104有兩個版本：8位和16位，分別與PC和PC/AT相對應。PC104Plus是專門為PCI總線設計，可以連接高速外接設備。PC104Plus包括了PCI規范2.1版本要求的所有信號，并向下兼容PC104。因此PC104Plus規范包含了兩種總線標準：ISA和PCI，可以兩總線并存。2.9總線前端總線、北橋、南橋FSB(前端總線，FrontSideBus)，又稱CPU總線，或處理器總線，它直接連接處理器，將處理器與處理器工作所必需的設備，如內存、顯卡交換數據連接起來。北橋、南橋北橋、南橋是主板上芯片組中最重要的兩塊了，它們都是總線控制器，是總線控制芯片。北橋（northbridge）是CPU（處理器）總線到PCI總線的橋接器（簡稱Host/PCI橋），負責CPU和內存、AGP顯卡之間的數據交換。北橋又稱主橋。南橋（southbidge）是PCI總線到ISA總線的橋接器（簡稱PCI/ISA橋），負責CPU和PCI總線以及外部設備的數據交換。南橋又稱標準總線橋路。2.9總線典型的計算機系統例子2.9總線芯片組(Chipset)芯片組是計算機主板的核心組成部分，它把主板復雜的電路和元件最大限度地集成在幾顆芯片內形成的芯片組。芯片組決定了主板的功能、級別和檔次。如果芯片組不能與處理器良好地協同工作，將嚴重地影響計算機的整體性能甚至不能正常工作。主要的芯片組包括：北橋芯片：實現北橋功能。南橋芯片：實現南橋功能。其他芯片：有些芯片組納入了3D加速顯示（集成顯示芯片）、AC’97聲音解碼等功能，還有一些芯片組產品整合了網絡、SATA等功能。2.9總線Atom的芯片組Z系列使用代號為Paulsbo的SCH（SystemControllerHub）芯片組，其最大的特點在于將南北橋功能整合在一個單芯片中，這十分適合于應用在如移動互聯網設備MID等小型設備中。SCH芯片組還可提供兩條PCI-Ex1接口、一個ATA硬盤接口、三個SDIO和MCC存儲卡接口，內部集成了USB2.0控制器、內存控制器、高清晰度音頻控制器、圖形核心等眾多模塊。N系列使用了改進版的945GC芯片組。該芯片組采用基于Intel945GC的北橋芯片，而采用ICH7作為南橋芯片。Z系列N系列芯片組SCH芯片組(代號為Poulsbo)i945芯片組（945GC+ICH7）圖形處理器GMA500GMA9502.10嵌入式系統常用網絡接口網絡概述以太網WiFi藍牙WiMax2.10.1網絡概述有線網絡以太網無線網絡技術的分類PersonalAreaNetwork(PAN)LocalAreaNetwork(LAN)MetropolitanAreaNetwork(MAN)WideAreaNetwork(WAN)范圍<幾米<100米<幾十公里>幾十公里例子藍牙,Zigbee,UWB,WirelessUSBWiFiWiMax移動通信網（GSM,3G)2.10.2以太網IEEE802.3標準有不同的速率和傳輸介質的變種嵌入式系統上最常用的是100BasetTx，雙絞線介質，100Mbps速率介質自動協商機制（AutoNegotiation）10M、100M、1000M的選擇半雙工、全雙工的選擇一般會自動協商到Hub和設備都支持的最高速的模式