嵌入式系統(tǒng)設計與實例開發(fā)基于32位微處理器與實時操作課件

嵌入式系統(tǒng)設計與實例開發(fā)——基于32位微處理器與實時操作系統(tǒng)第七講基于ARM的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設計北京航空航天大學機器人研究所王田苗魏洪興本節(jié)提要132546基于ARM的硬件系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)存儲器接口設計網(wǎng)絡接口設計I/O接口設計人機交互接口設計其它通訊接口設計ARM920T內(nèi)核結(jié)構(gòu)S3C2410的內(nèi)部結(jié)構(gòu)實驗平臺的體系結(jié)構(gòu)2410核心資源總線隔離驅(qū)動168Pin擴展槽網(wǎng)卡設備LCD驅(qū)動音頻電路串口設備USB設備PCMCIAIDE/CF卡SD卡接口IO擴展電機等其他資源局部總線擴展總線讀寫總線的時序圖穩(wěn)態(tài)ReadWrite穩(wěn)態(tài)本節(jié)提要132546基于ARM的硬件系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)存儲器接口設計網(wǎng)絡接口設計I/O接口設計人機交互接口設計其它通訊接口設計2410的存儲器系統(tǒng)—可通過軟件選擇大小端—地址空間:每個Bank128Mbytes(總共1GB)—除bank0(16/32-bit)外，所有的Bank都可以通過編程選擇總線寬度=(8/16/32-bit)—共8個banks6個Bank用于控制ROM,SRAM,etc.剩余的兩個Bank用于控制ROM,SRAM,SDRAM,etc.—7個Bank固定起始地址；—最后一個Bank可調(diào)整起始地址；—最后兩個Bank大小可編程—所有Bank存儲周期可編程控制；S3C2410的存儲器配置Bank6/Bank7地址分布Bank0總線寬度配置與2片8位的ROM連接方法與1片16位的ROM連接S3C2410與2片8位FLASH的連接方法與1片16M的SDRAM的連接方法與2片16M的SDRAM的連接方法NAND和NOR——性能比較NOR和NAND是現(xiàn)在市場上兩種主要的非易失閃存技術(shù)NOR的讀速度比NAND稍快一些NAND的寫入速度比NOR快很多NAND的擦除速度遠比NOR的快大多數(shù)寫入操作需要先進行擦除操作NAND的擦除單元更小，相應的擦除電路更少接口差別NORflash帶有SRAM接口，線性尋址，可以很容易地存取其內(nèi)部的每一個字節(jié)NANDflash使用復用接口和控制IO多次尋址存取數(shù)據(jù)NAND讀和寫操作采用512字節(jié)的塊，這一點有點像硬盤管理，此類操作易于取代硬盤等類似的塊設備容量和成本NANDflash生產(chǎn)過程更為簡單，成本低常見的NORflash為128KB～16MB，而NAND

flash通常有8～128MBNOR主要應用在代碼存儲介質(zhì)中，NAND適合于數(shù)據(jù)存儲NAND在CompactFlash、SecureDigital、PCCards和MMC存儲卡市場上所占份額最大可靠性和耐用性在NAND中每塊的最大擦寫次數(shù)是100萬次，而NOR的擦寫次數(shù)是10萬次位交換的問題NANDflash中更突出，需要ECC糾錯NANDflash中壞塊隨機分布，需要通過軟件標定——產(chǎn)品量產(chǎn)的問題嵌入式系統(tǒng)中應用RAM的情況本節(jié)提要132546基于ARM的硬件系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)存儲器接口設計網(wǎng)絡接口設計I/O系統(tǒng)設計人機交互接口設計其它通訊接口設計I/O子系統(tǒng)的層次模型I/O子系統(tǒng)：I/O設備、相關(guān)的設備驅(qū)動程序和I/O子系統(tǒng)組成嵌入式I/O子系統(tǒng)。I/O子系統(tǒng)的目標是對RTOS和應用程序員隱藏設備特定的信息，并且對系統(tǒng)的外圍I/O設備提供一個統(tǒng)一的訪問方法。從不同角度看I/O系統(tǒng)從系統(tǒng)軟件開發(fā)者角度看，I/O操作意味著與設備的通信、對設備編程初始化和請示執(zhí)行設備與系統(tǒng)之間的實際數(shù)據(jù)傳輸以及操作完成后通知請求者。系統(tǒng)軟件工程師必須理解設備的物理特性，如寄存器的定義和設備的訪問方法。從RTOS的角度看，I/O操作意味著對I/O請求定位正確的設備，對設備定位正確的設備驅(qū)動程序，并解決對設備驅(qū)動程序的請求。有時要求RTOS保證對設備的同步訪問。RTOS必須進行抽象，對應用程序員隱含設備的特性。從應用程序員角度看，目標是找到一個簡單、統(tǒng)一和精練的方法與系統(tǒng)中出現(xiàn)的所有類型的設備通信。I/O接口的編址方式——端口映射

1）I/O接口獨立編址——端口映射方式這種編址方式是將存儲器地址空間和I/O接口地址空間分開設置，互不影響。設有專門的輸入指令（IN）和輸出指令（OUT）來完成I/O操作。主要優(yōu)點：內(nèi)存地址空間與I/O接口地址空間分開，互不影響，譯碼電路較簡單，并設有專門的I/O指令，所以編程序易于區(qū)分，且執(zhí)行時間短，快速性好。缺點：只用I/O指令訪問I/O端口，功能有限且要采用專用I/O周期和專用I/O控制線，使微處理器復雜化。I/O接口的編址方式——內(nèi)存映射

1）2）I/O接口與存儲器統(tǒng)一編址方式——內(nèi)存映射這種編址方式不區(qū)分存儲器地址空間和I/O接口地址空間，把所有的I/O接口的端口都當作是存儲器的一個單元對待，每個接口芯片都安排一個或幾個與存儲器統(tǒng)一編號的地址號。也不設專門的輸入/輸出指令，所有傳送和訪問存儲器的指令都可用來對I/O接口操作。主要優(yōu)點：訪問內(nèi)存的指令都可用于I/O操作，數(shù)據(jù)處理功能強；同時I/O接口可與存儲器部分共用譯碼和控制電路。缺點：一是I/O接口要占用存儲器地址空間的一部分；二是因不用專門的I/O指令，程序中較難區(qū)分I/O操作。

DMAI/ODMAI/ODMA允許設備直接訪問內(nèi)存而不用包含處理器，在數(shù)據(jù)傳輸操作開始之前，處理器設置DMA控制器，在數(shù)據(jù)傳輸期間，讀寫操作均不通過處理器。DMA傳輸速度取決于I/O設備的傳輸速度、內(nèi)存設備的速度和DMA控制器的速度。通過指定源地址、目的內(nèi)存地址和傳輸?shù)紻MA控制器長度，處理器建立傳輸操作。字符模式設備與塊模式設備根據(jù)設備如何處理與系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳輸方法可將設備分為字符模式設備和塊模式設備字符模式設備：允許非結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)傳輸?shù)湫偷夭捎么械男问?，每次一個字節(jié)；字符設備通常是簡單的設備，如串口、鍵盤等；當系統(tǒng)到設備的傳輸速率高于設備的處理速率時，設備驅(qū)動程序開設緩沖區(qū)，緩存這些數(shù)據(jù)；塊模式設備：每次傳輸一個數(shù)據(jù)塊。采用硬件方式控制數(shù)據(jù)塊的大小，有時需要采用固定的傳輸協(xié)議，如USB、以太網(wǎng)等設備建立通用的I/O接口函數(shù)Create()Open()Read()Write()Close()Loctl()Destroy()Driver_Create()Driver_Open()Driver_Read()Driver_Write()Driver_Close()Driver_Loctl()Driver_Destroy()I/O操作設備驅(qū)動程序應用設備I/O接口設計

I/O接口電路也簡稱接口電路。它是主機和外圍設備之間交換信息的連接部件（電路）。它在主機和外圍設備之間的信息交換中起著橋梁和紐帶作用。設置接口電路的必要性：a)解決CPU和外圍設備之間的時序配合和通信聯(lián)絡問題。b)解決CPU和外圍設備之間的數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換和匹配問題。c)解決CPU的負載能力和外圍設備端口選擇問題。通用設計原則（I/O設備）I/O接口接口的概念CPU與外部設備的接口（I/O適配器）接口的功能控制緩沖狀態(tài)轉(zhuǎn)換整理程序中斷

I/O接口3種寄存器數(shù)據(jù)寄存器、控制寄存器和狀態(tài)寄存器通用設計原則（I/O設備）數(shù)據(jù)寄存器狀態(tài)寄存器控制寄存器I/O接口芯片去I/O設備去CPU通用設計原則（I/O設備）I/O設備尋址I/O尋址定位I/O設備內(nèi)部的寄存器（或一小塊存儲器）與存儲器共享總線存儲器映像法混合編址CPU存儲器地址總線數(shù)據(jù)總線讀信號寫總線譯碼I/O接口譯碼通用設計原則（I/O設備）I/O設備尋址I/O隔離法獨立編址信號線MERQ/IORQ地址空間CPU存儲器地址總線數(shù)據(jù)總線讀信號寫總線I/O接口MERQ/IORQI/O設備的數(shù)據(jù)輸入/輸出輸入過程CPU把一個地址值放在地址總線上，這一步將選擇某一輸入設備;CPU等候輸入設備的數(shù)據(jù)成為有效；CPU從數(shù)據(jù)總線讀入數(shù)據(jù)，并放在一個相應的寄存器中。輸出過程CPU把一個地址值放在地址總線上，選擇輸出設備；CPU把數(shù)據(jù)放在數(shù)據(jù)總線上；輸出設備認為數(shù)據(jù)有效，從而把數(shù)據(jù)取走。究竟什么時候數(shù)據(jù)才成為有效?

通用設計原則（I/O設備）I/O設備的定時方式簡單的外圍設備機械開關(guān)、二極管（無需定時機制，CPU只要接收或發(fā)送數(shù)據(jù)就可以了）慢速或中速的外圍設備速度和CPU速度不在一個數(shù)量級，或不規(guī)則時間間隔操作(鍵盤)異步定時方式中斷方式查詢方式高速的外圍設備以相等的時間間隔操作，采樣同步定時方式時鐘脈沖控制DMA通用設計原則（I/O設備）通用設計原則（I/O設備）I/O控制方式低速設備程序查詢方式程序中斷方式高速設備DMA通道方式外圍處理機（PPU）方式I/O接口程序查詢方式讀操作流程1.CPU測試I/O設備狀態(tài)，等待空閑2.CPU下達讀命令，測試狀態(tài)寄存器3.把數(shù)據(jù)寄存器中的數(shù)據(jù)讀入到CPU中4.重復執(zhí)行以上各步寫操作流程1.CPU測試I/O設備狀態(tài)，等待空閑2.把數(shù)據(jù)傳輸?shù)絀/O接口芯片的數(shù)據(jù)寄存器中3.CPU下達寫命令4.重復執(zhí)行以上各步通用設計原則（I/O設備）CPUI/O設備通用設計原則（I/O設備）I/O接口中斷一種實現(xiàn)CPU和I/O設備間異步操作的機制通用設計原則（I/O設備）I/O接口中斷響應時間（現(xiàn)場保存）中斷優(yōu)先級可屏蔽中斷不可屏蔽中斷中斷向量（地址）固定/不固定CPUPC

設備狀態(tài)寄存器數(shù)據(jù)寄存器中斷請求中斷應答數(shù)據(jù)/地址通用設計原則（I/O設備）中斷處理I/O接口DMAI/O設備和存儲器直接進行數(shù)據(jù)傳輸使用場合速度快，適用于數(shù)據(jù)連續(xù)傳輸?shù)母咚僭O備基本操作過程從外圍設備發(fā)出DMA請求；CPU響應請求，把CPU工作改成DMA操作方式，DMA控制器從CPU接管總線的控制；由DMA控制器對內(nèi)存尋址，并執(zhí)行數(shù)據(jù)傳送的操作；向CPU報告DMA操作的結(jié)束。通用設計原則（I/O設備）通用設計原則（I/O設備）I/O接口DMA傳輸方式停止CPU訪問內(nèi)存通用設計原則（I/O設備）I/O接口DMA傳輸方式周期挪用通用設計原則（I/O設備）I/O接口DMA傳輸方式DMA與CPU交替訪問內(nèi)存嵌入式軟件的開發(fā)過程ARM的JTAG調(diào)試結(jié)構(gòu)AngelJTAG宿主機調(diào)試器宿主機調(diào)試器通過固定的協(xié)議控制下位機（協(xié)議轉(zhuǎn)換器）。比如，SDT中通過Angel協(xié)議或者第三方調(diào)試器所提供的協(xié)議宿主機調(diào)試器只發(fā)送宏觀的命令，比如：

程序運行、終止。讀內(nèi)存、ARM寄存器等通訊的介質(zhì)可以是串口、并口、以太網(wǎng)、USB等JTAG與AngelJTAG調(diào)試：協(xié)議轉(zhuǎn)換器解釋上位機傳送過來的命令，通過JTAG控制ARM執(zhí)行。Angel調(diào)試：協(xié)議轉(zhuǎn)換器可以直接做為目標板的Firmware的一部分。直接執(zhí)行從宿主機傳送過來的調(diào)試命令；并回送相應的數(shù)據(jù)。Angel可以節(jié)省專門的JTAG仿真器，但是，它需要軟件，或者是嵌入式操作系統(tǒng)的支持，做不到完全的實時仿真。而JTAG仿真是通過硬件和控制ARM的EmbeddedICE實現(xiàn)的，可以做到實時仿真。什么是JTAG？JTAG是JointTestActionGroup的縮寫是IEEE1149.1標準JTAG的建立使得集成電路固定在PCB上，只通過邊界掃描便可以被測試在ARM7TDMI處理器中，可以通過JTAG直接控制ARM的內(nèi)部總線，IO口等信息，從而達到調(diào)試的目的JTAG的典型接口TMS：測試模式選擇（TestModeSelect），通過TMS信號控制JTAG狀態(tài)機的狀態(tài)TCK：JTAG的時鐘信號TDI：數(shù)據(jù)輸入信號TDO：數(shù)據(jù)輸出信號nTRST：JTAG復位信號，復位JTAG的狀態(tài)機和內(nèi)部的宏單元（Macrocell）JTAG的狀態(tài)機（TAP）JTAG鏈的組成ARM7TDMI的JTAG標準鏈（1）ARM7TDMI的JTAG標準鏈（2）ScanChain0：包括ARM核的所有的IO和總線的輸入輸出控制信號ScanChain1：包括ARM核的數(shù)據(jù)總線和一個斷點控制信號。通過控制這個條鏈，可以控制ARM核執(zhí)行指定的指令。ScanChain2：通過控制EmbeddedICE宏單元，實現(xiàn)對ARM執(zhí)行指令的斷點、觀察點的控制EmbeddedICE的結(jié)構(gòu)ARM7TDMI中斷點的設置設置EmbeddedICE的兩個watchpoint單元

主要包括：地址、數(shù)據(jù)、控制信號等當一個（或者兩個）watchpoint中的地址（也可以包括數(shù)據(jù)）和ARM所執(zhí)行的當前的指令相同的時候，ARM就從運行狀態(tài)進入Debug狀態(tài)硬件斷點：在ARM中直接設定watchpoint中的地址，當ARM運行到指定的地址時，就進入Debug狀態(tài)軟件斷點：改變存儲器中的ARM指令為一個特殊的數(shù)據(jù)X（ARM的未定義指令），同時，設置watchpoint中的斷點數(shù)據(jù)也為X，當ARM把X數(shù)據(jù)作為指令讀入的時候，ARM就進入Debug狀態(tài)硬件斷點和軟件斷點的優(yōu)缺點硬件斷點：數(shù)目受EmbeddedICE中的Watchpoint數(shù)目的限制；但是，可以在任何地方設置斷點軟件斷點：數(shù)目不受限制，但是，軟件斷點是通過替換系統(tǒng)的斷點地址的指令實現(xiàn)的，所以，軟件斷點只能在可寫的存儲器的地址中設置（比如：RAM），而不能在ROM（比如：Flash）中設置嵌入式開發(fā)板與PC機的串行通訊嵌入式開發(fā)板和PC機的通訊電纜可以按照如圖所示的方式連接。2410的UARTS3C2410A的UART(UniversalAsynchronousReceiverandTransmitter)提供了三個獨立的異步串行I/O口，每一個都可以工作在中斷模式或DMA模式，即UART可以產(chǎn)生中斷或DMA請求以在CPU和UART之前傳送數(shù)據(jù)，使用系統(tǒng)時鐘，UART最高可以支持230.4Kbps的位傳輸率。如果采用外部帶時鐘的UART，則UART可以實現(xiàn)更度速度的傳輸；每個UART包括2個16Byte的接收/發(fā)送FIFO。UART控制框圖異步串行通訊簡介在一條傳輸線上完成單向傳輸。將傳輸數(shù)據(jù)的字符一位接一位的傳送。接收方對于同一條線上的一連串連續(xù)數(shù)學信號，首先將其分割成位，再按位組成字符。每個字符需要確定起始位和結(jié)束位，字符與字符間還可能有長度不定的空閑時間，因此傳輸效率較低。字符串行輸出格式：發(fā)送前：線路處于空閑狀態(tài)，連續(xù)發(fā)送“1”開始發(fā)送：首先，發(fā)送一位起始位“0”然后，發(fā)送連續(xù)的二進制位，數(shù)據(jù)位可以為5、6、7、8隨后，緊跟一位奇偶校驗位（可選擇奇/偶/無校驗）最后，發(fā)送停止位“1”，可以有1位、1.5位或2位停止位串行通訊硬件規(guī)范及連接方法EIARS-232C

物理特征：DB-25DB-15DB-9信號連線：保護地、TXD/RXD、RTS/CTS、DCD、DSR、DTR、R1電平規(guī)定：-5V~-15V之間的電平表示邏輯“1”+5V~+15V之間的電平表示邏輯“0”UART的操作串口初始化發(fā)送數(shù)據(jù)接收數(shù)據(jù)顯示設備單個LED顯示器一個發(fā)光二極管，亮/滅代表著一個二進制數(shù)典型電流5～20mACPU數(shù)據(jù)線通過驅(qū)動反相(或同相)驅(qū)動器驅(qū)動通用設計原則（I/O設備）I/O端口D7D0VCC與CPU相連鍵盤接口設計鍵盤模塊可能用來輸入數(shù)字型數(shù)據(jù)或者選擇控制設備的操作模式。鍵盤有兩種方案：一是采用現(xiàn)有的一些芯片實現(xiàn)鍵盤掃描；再就是用軟件實現(xiàn)鍵盤掃描。嵌入式控制器的功能很強，可能允分利用這一資源。兩組信號線：輸出信號線（行線），輸入信號線（列線）。列信號線一般通過電阻與電源正極相連。通用設計原則（I/O設備）D0D1D2D3D4D5D6D7RRRRVcc0123456789ABCDEF4×4陣列的鍵盤鍵盤的行信號線和列信號線均由CPU通過數(shù)據(jù)線加以控制，CPU通過數(shù)據(jù)線向行信號線上輸出全“0”信號，然后通過數(shù)據(jù)線讀取列信號，若鍵盤陣列中無任何鍵按下，則讀到的列信號必然是全“1”信號，否則就是非全“1”信號。若是非全“1”信號時，CPU再在行信號線上輸出“步進的0”信號，既逐行輸出“0”信號，來判斷被按下的鍵具體在哪一行上，然后產(chǎn)生對應的鍵碼。一個瞬時接觸開關(guān)（按鈕）放置在每一行與線一列的交叉點。矩陣所需的鍵的數(shù)目顯然根據(jù)應用程序而不同。每一行由一個輸出端口的一位驅(qū)動，而每一列由一個電阻器上拉且供給輸入端口一位。鍵盤掃描陣列鍵盤掃描過程就是讓微處理器按有規(guī)律的時間間隔查看鍵盤矩陣，以確定是否有鍵被按下。每個鍵被分配一個稱為掃描碼的唯一標識符。應用程序利用該掃描碼，根據(jù)按下的鍵來判定應該采取什么行動。

消抖算法：組合鍵處理鍵盤掃描方法本節(jié)提要132546基于ARM的硬件系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)存儲器接口設計網(wǎng)絡接口設計I/O接口設計人機交互接口設計其它通訊接口設計LCD接口設計LCD顯示模塊液晶顯示是一種被動的顯示，它不能發(fā)光，只能使用周圍環(huán)境的光。它顯示圖案或字符只需很小能量。液晶顯示所用的液晶材料是一種兼有液態(tài)和固體雙重性質(zhì)的有機物，它的棒狀結(jié)構(gòu)在液晶盒內(nèi)一般平行排列，但在電場作用下能改變其排列方向。LCD的背光：EL（場致發(fā)光）：2000-3000小時和LED光源：字符模式，50000小時LCD的顯示方式反射型LCD：底偏光片后面加了一塊反射板，它一般在戶外和光線良好的辦公室使用。透射型LCD：底偏光片是透射偏光片，它需要連續(xù)使用背光源，一般在光線差的環(huán)境使用。透反射型LCD：是處于以上兩者之間，底偏光片能部分反光，一般也帶背光源，光線好的時候，可關(guān)掉背光源；光線差時，可點亮背光源使用LCD。反射型LCD的結(jié)構(gòu)LCD通常由兩種方式，一種是帶有驅(qū)動芯片的LCD模塊，基本上屬于半成品一些新型的嵌入式處理器也可以直接使用芯片上的內(nèi)置LCD控制器來構(gòu)造顯示模塊，比如：s3c2410可以支持STN的彩色/灰度/單色三種模式和TFT模式，灰度模式下可支持4級灰度和16級灰度，彩色模式下最多支持256色，LCD的實際尺寸可支持到640X480。LCD的驅(qū)動方式總線驅(qū)動方式一般帶有驅(qū)動模塊的LCD顯示屏使用這種驅(qū)動方式，由于LCD已經(jīng)帶有驅(qū)動硬件電路，因此模塊給出的是總線接口，便于與單片機的總線進行接口。驅(qū)動模塊具有八位數(shù)據(jù)總線，外加一些電源接口和控制信號。而且自帶顯示緩存，只需要將要顯示的內(nèi)容送到顯示緩存中就可以實現(xiàn)內(nèi)容的顯示。由于只有八條數(shù)據(jù)線，因此常常通過引腳信號來實現(xiàn)地址與數(shù)據(jù)線復用，以達到把相應數(shù)據(jù)送到相應顯示緩存的目的?？刂破鲯呙璺绞絊3C2410X中具有內(nèi)置的LCD控制器，它具有將顯示緩存（在系統(tǒng)存儲器中）中的LCD圖象數(shù)據(jù)傳輸?shù)酵獠縇CD驅(qū)動電路的邏輯功能。S3C2410X中內(nèi)置的LCD控制器可支持灰度LCD和彩色LCD。在灰度LCD上，使用基于時間的抖動算法（time-basedditheringalgorithm）和FRC(FrameRateControl)方法，可以支持單色、4級灰度和16級灰度模式的灰度LCD。在彩色LCD上，可以支持256級彩色。對于不同尺寸的LCD，具有不同數(shù)量的垂直和水平象素、數(shù)據(jù)接口的數(shù)據(jù)寬度、接口時間及刷新率，而LCD控制器可以進行編程控制相應的寄存器值，以適應不同的LCD顯示板。嵌入式處理器與LCD的連接嵌入式處理器LCD模塊數(shù)據(jù)總線寄存器選擇使能信號有LCD控制器的嵌入式處理器LCDLCD控制信號線

從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上來講，由于顯示器模塊中已經(jīng)有顯示存儲器。顯存中的每一個單元對應LCD上的一個點，只要顯存中的內(nèi)容改變，顯示結(jié)果便進行刷新。于是便存在兩種刷新：1．直接根據(jù)系統(tǒng)要求對顯存進行修改，一種是只需修改相應的局部就可以，不需要判斷覆蓋等；另一種就是有覆蓋問題，計算起來比較復雜，而且每做一點小的屏幕改變就進行刷新，將增加系統(tǒng)負擔。2．專門開辟顯示內(nèi)存，在需要刷新時候由程序進行顯示更新。這樣，不但可以減輕總線負荷，而且也比較合理，在有需要的時候進行統(tǒng)一的顯示更新，界面也可以比較美觀，不致由于無法預料的刷新動作導致顯示界面閃爍。LCD模塊的顯示控制前后臺雙重顯示緩存的顯示模塊結(jié)構(gòu)集成了LCD控制器的嵌入式處理器體系結(jié)構(gòu)LCD接口設計1、實現(xiàn)過程簡述：就是將要顯示的數(shù)據(jù)放到一個特定的地址，這個特定的地址就是framememory（幀存儲器），這塊空間是在系統(tǒng)內(nèi)存中。然后LCD控制器將這些數(shù)據(jù)配合控制信號送到LCD驅(qū)動器完成顯示。有相應的寄存器來設定這個地址及其大小。與顯示數(shù)據(jù)相配合完成顯示的控制信號時序也是由相應的寄存器來完成的。這些寄存器都在LCD的控制器中。LCD控制器框圖REGBANK是LCD控制器的寄存器組，用來對LCD控制器的各項參數(shù)進行設置。而LCDCDMA則是LCD控制器專用的DMA信道，負責將視頻資料從系統(tǒng)總線（SystemBus）上取來，通過VIDPRCS從VD[23:0]發(fā)送給LCD屏。同時TIMEGEN和LPC3600負責產(chǎn)生LCD屏所需要的控制時序，例如VSYNC、HSYNC、VCLK、VDEN，然后從VIDEOMUX送給LCD屏。主要的寄存器LCD控制寄存器（5個）幀緩沖開始地址寄存器（3個）臨時調(diào)色板寄存器（TempPaletteRegister）LCD中斷屏蔽寄存器（LCDInterruptMaskRegister）LPC3600控制寄存器（LPC3600ControlRegister）LCD圖形顯示方式LCD顯示模塊由S3C2410的LCD控制器和64K色彩色LCD顯示器組成。其顯示方式以直接操作顯示緩沖區(qū)的內(nèi)容進行，LCD控制器會通過DMA從顯示緩沖區(qū)中獲取數(shù)據(jù)，不需要CPU干預。本系統(tǒng)采用的LCD分辨率為640X480，工作在64k色彩色顯示模式，在該模式下，顯示緩沖區(qū)中的2個字節(jié)數(shù)據(jù)代表LCD上的一個點的顏色信息，因此，所需要的顯示緩沖區(qū)大小為640X480X2字節(jié)。LCD控制器初始化初始化LCD端口，由于LCD控制端口與CPU的GPIO端口是復用的，因此必須設置相應寄存器為LCD驅(qū)動控制端口申請顯示緩沖區(qū)，大小為640X480X2字節(jié)初始化LCD控制寄存器，包括設置LCD分辨率，掃描頻率，顯示緩沖區(qū)等。觸摸屏接口設計觸摸屏的分類電阻式觸摸屏表面聲波觸摸屏紅外式觸摸屏電容式觸摸屏電阻式觸摸屏電阻技術(shù)觸摸屏是一種對外界完全隔離的工作環(huán)境，故不怕灰塵、水汽和油污，可以用任何物體來觸摸，比較適合工業(yè)控制領(lǐng)域及辦公室內(nèi)有限人的使用。分為四線電阻和五線電阻觸摸屏四線電阻觸摸屏原理測量原理在觸摸點X、Y坐標的測量過程中，測量電壓與測量點的等效電路圖所示，圖中P為測量點XVYY觸摸屏芯片F(xiàn)M(ADS)7843的特點實現(xiàn)觸摸屏的驅(qū)動選擇控制（X、Y通道）對于輸入電壓或附加電壓進行AD轉(zhuǎn)換同步串行接口最大轉(zhuǎn)換速率125KHz可編程控制8位或者12位轉(zhuǎn)換模式工作電壓2.7V-5.0V兩個附加的輸入端口FM7843與ARM的連接AD7843的工作時序同步串口（SIO）向ADS7843發(fā)送控制字轉(zhuǎn)換完成后從ADS7843串口讀出電壓轉(zhuǎn)換值A/D轉(zhuǎn)換時序（每次轉(zhuǎn)換需要24個時鐘周期）觸摸屏與LCD的配合FM7843送回控制器的X與Y值僅是對當前觸摸點的電壓值的A/D轉(zhuǎn)換值，它不具有實用價值。這個值的大小不但與觸摸屏的分辨率有關(guān)，而且也與觸摸屏與LCD貼合的情況有關(guān)。而且，LCD分辨率與觸摸屏的分辨率一般來說是不一樣，坐標也不一樣，因此，如果想得到體現(xiàn)LCD坐標的觸摸屏位置，還需要在程序中進行轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換公式如下:x=(x-TchScr_Xmin)*LCDWIDTH/(TchScr_Xmax-TchScr_Xmin)y=(y-TchScr_Ymin)*LCDHEIGHT/(TchScr_Ymax-TchScr_Ymin)其中，TchScr_Xmax、TchScr_Xmin、TchScr_Ymax和TchScr_Ymin是觸摸屏返回電壓值x、y軸的范圍，LCDWIDTH、LCDHEIGHT是液晶屏的寬度與高度。觸摸屏（鍵盤）驅(qū)動程序結(jié)構(gòu)觸摸屏的驅(qū)動#defineADS7843_CTRL_START 0x80#defineADS7843_GET_X 0x50#defineADS7843_GET_Y 0x10#defineADS7843_CTRL_12MODE 0x0#defineADS7843_CTRL_8MODE 0x8#defineADS7843_CTRL_SER 0x4#defineADS7843_CTRL_DFR 0x0#defineADS7843_CTRL_DISPWD 0x3 //Disablepowerdown#defineADS7843_CTRL_ENPWD 0x0 //enablepowerdown#defineADS7843_PIN_CS (1<<6) //GPF6#defineADS7843_PIN_PEN (1<<5) //GPG5//#defineADS7843_PIN_BUSY (1<<6)/////////觸摸屏動作////////#defineTCHSCR_ACTION_NULL 0 #defineTCHSCR_ACTION_CLICK 1 //觸摸屏單擊#defineTCHSCR_ACTION_DBCLICK 2 //觸摸屏雙擊#defineTCHSCR_ACTION_DOWN 3 //觸摸屏按下#defineTCHSCR_ACTION_UP 4 //觸摸屏抬起#defineTCHSCR_ACTION_MOVE 5 //觸摸屏移動#defineTCHSCR_IsPenNotDown() (rPDATG&ADS7843_PIN_PEN)voidTchScr_init(void);voidTchScr_GetScrXY(int*x,int*y);函數(shù)TchScrGetScrXY(int*x,int*y)的結(jié)構(gòu)讀取觸摸點坐標本節(jié)提要132546基于ARM的硬件系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)存儲器接口設計網(wǎng)絡接口設計I/O接口設計人機交互接口設計其它通訊接口設計以太網(wǎng)接口的基本知識1、傳輸編碼曼徹斯特編碼差分曼徹斯特編碼以太網(wǎng)協(xié)議以太網(wǎng)MAC層物理傳輸幀（IEEE802.3）PRSDDASATYPEDATAPADFCS56位8位48位48位16位不超過1500字節(jié)可選32位PR： 同步位，收發(fā)雙方的時鐘同步，也指明傳輸?shù)乃俾剩?0M、100M）SD： 分隔位,表示下面跟著的是真正的數(shù)據(jù),而不是同步時鐘DA： 目的地址,以太網(wǎng)的地址為48位地址。如果為都為F,則是廣播地址SA： 源地址,48位,表明該幀的數(shù)據(jù)是哪個網(wǎng)卡發(fā)的,即發(fā)送端網(wǎng)卡地址

TYPE：類型字段，表明該幀的數(shù)據(jù)是什么類型。如：0800H表示數(shù)據(jù)為IP包，0806H表示數(shù)據(jù)為ARP包，814CH是SNMP包，8137H為IPX/SPX包

DATA：數(shù)據(jù)段，該段數(shù)據(jù)不能超過1500字節(jié)。PAD：填充位。以太網(wǎng)幀傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包最小不能小于60字節(jié),當數(shù)據(jù)段不足46字節(jié)時，后面補000000.....(當然也可以補其它值)

FCS:32位CRC數(shù)據(jù)校驗位。該校驗由網(wǎng)卡自動完成以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸特點PR,SD,PAD,FCS這幾個數(shù)據(jù)段是由網(wǎng)卡自動產(chǎn)生的；只需要理解DA、SA、TYPE、DATA四個段的內(nèi)容所有數(shù)據(jù)位的傳輸由低位開始(傳輸?shù)奈涣魇褂寐鼜厮固鼐幋a)以太網(wǎng)的沖突退避算法是由硬件自動執(zhí)行的DA+SA+TYPE+DATA+PAD最小為60字節(jié),最大為1514字節(jié)以太網(wǎng)卡可以接收三種地址的數(shù)據(jù)，一個是廣播地位，一個是多播地址(在嵌入式的環(huán)境中一般不用)，一個是它自已的地址任何兩個網(wǎng)卡的物理地址都是不一樣的，是世界上唯一的，網(wǎng)卡地址由專門機構(gòu)分配。嵌入式的以太網(wǎng)方案嵌入式處理器＋網(wǎng)卡芯片（RTL8019）對嵌入式處理器沒有特殊要求，通用性強處理器和網(wǎng)絡數(shù)據(jù)交換通過外部總線，速度慢，不適合于100M網(wǎng)絡帶有以太網(wǎng)絡接口的嵌入式處理器處理器面向網(wǎng)絡應用處理器和網(wǎng)絡數(shù)據(jù)交換通過內(nèi)部總線，速度快RTL8019的原理框圖嵌入式網(wǎng)絡接口的特點與常規(guī)的網(wǎng)卡設計思路不同的是，在嵌入式系統(tǒng)中，系統(tǒng)的精簡一直是個主要的原則。RTL8019AS作為網(wǎng)卡，時需要一片EEPROM作為配置存儲器，來確定通訊的端口地址，中斷地址，網(wǎng)卡的物理地址，工作模式，制造廠商等信息；而在嵌入式系統(tǒng)中，可以使用RTL8019AS的默認配置和一些管腳作為網(wǎng)卡的初始化方法。這樣可以節(jié)省配置存儲器，減小嵌入式硬件平臺的體積。基于RTL8019的嵌入式以太網(wǎng)設計1RTL8019AS的初始化RTL8019支持即插即用模式和非即插即用模式。在嵌入式系統(tǒng)中，網(wǎng)卡的外設通常是不經(jīng)常插拔的，所以，為了系統(tǒng)的精簡，配置RTL8019為非即插即用模式。有著固定的中斷，有著固定的端口地址，假設是端口是0x300（這里的端口是相對于ISA總線來說的端口，對于ARM的總線，需要重新計算地址）。這些配置可以通過RTL8019的外部管腳，在系統(tǒng)上電復位的時候，自動配置起來。關(guān)于RTL8019的RAMRTL8019含有16K字節(jié)的RAM，地址為0x4000-0x7fff(指的是RTL8019內(nèi)部的存儲地址，是RTL8019工作用的存儲器，可以通過遠程DMA訪問），每256個字節(jié)稱為一頁，共有64頁。頁的地址就是地址的高8位，頁地址為0x40--0x7f。這16k的ram的一部分用來存放接收的數(shù)據(jù)包，一部分用來存儲待發(fā)送的數(shù)據(jù)包2通過RTL8019AS發(fā)送數(shù)據(jù)

作為一個集成的以太網(wǎng)芯片，數(shù)據(jù)的發(fā)送校驗，總線數(shù)據(jù)包的碰撞檢測與避免是由芯片自己完成的。我們只需要配置發(fā)送數(shù)據(jù)的物理層地址的源地址、目的地址、數(shù)據(jù)包類型以及發(fā)送的數(shù)據(jù)就可以了。3、通過RTL8019AS接收數(shù)據(jù)

在RTL8019的初始化程序中已經(jīng)設置好了接收緩沖區(qū)的位置，并且配置好了中斷的模式。當有一個正確的數(shù)據(jù)包到達的時候，RTL8019會產(chǎn)生一個中斷信號，在ARM中斷處理程序中，接收數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)的接收比較簡單，即通過遠端DMA把數(shù)據(jù)從RTL8019的RAM空間讀回ARM中處理。TCP/IP協(xié)議的層次應用層(Application)BSD套接字(BSDSockets)傳輸層(Transport)TCP、UDP網(wǎng)絡層(Network)IP、ARP、ICMP、IGMP數(shù)據(jù)鏈路層(DataLink)IEEE802.3EthernetMAC物理層(Physical)嵌入式以太網(wǎng)中主要處理的協(xié)議ARP(AddressResolationProtocol)

地址解析協(xié)議ICMP(InternetControlMessagesProtocol)

網(wǎng)絡控制報文協(xié)議（用來與其它主機交換錯誤報文和其它重要信息，常用的網(wǎng)絡診斷工具ping和traceroute)IP(InternetProtocol)網(wǎng)際協(xié)議TCP(TransferControlProtocol)

傳輸控制協(xié)議UDP(UserDatagramProtocol)

用戶數(shù)據(jù)包協(xié)議ARP地址解析協(xié)議網(wǎng)絡層用32bit的IP地址來標識不同的主機，而鏈路層使用48bit的物理（MAC）地址來標識不同的以太網(wǎng)接口。只知道目的主機的IP地址并不能發(fā)送數(shù)據(jù)幀給它，必須知道目的主機網(wǎng)絡接口的MAC地址才能發(fā)送數(shù)據(jù)幀。ARP的功能是實現(xiàn)從IP地址到對應物理地址的轉(zhuǎn)換。

源主機發(fā)送一份包含目的主機IP地址的ARP請求數(shù)據(jù)幀給網(wǎng)上的每個主機,稱作ARP廣播，目的主機的ARP收到這份廣播報文后，識別出這是發(fā)送端在尋問它的IP地址，于是發(fā)送一個包含目的主機IP地址及對應的MAC地址的ARP回答給源主機。每臺主機上都有一個ARP高速緩存，存放最近的IP地址到硬件地址之間的映射記錄。通常每一項的生存時間為20分鐘ICMP網(wǎng)絡控制報文協(xié)議IP層的附屬協(xié)議，IP層用它來與其他主機或路由器交換錯誤報文和其他重要控制信息。ICMP報文是在IP數(shù)據(jù)包內(nèi)部被傳輸?shù)?。兩個實用的網(wǎng)絡診斷工具，Ping和Traceroute(Tracert)，都是利用該協(xié)議工作的。IP網(wǎng)際協(xié)議IP工作在網(wǎng)絡層，是TCP/IP協(xié)議族中最為核心的協(xié)議。所有的TCP，UDP，ICMP以及IGMP數(shù)據(jù)都以IP數(shù)據(jù)包格式傳輸。IP數(shù)據(jù)包最長可達65535字節(jié),其中報頭占32bit的數(shù)目。包含各32bit的源IP地址和目的IP地址。在嵌入式應用中，簡化設計，IP數(shù)據(jù)包長度等于數(shù)據(jù)鏈路層的數(shù)據(jù)長度。TCP傳輸控制協(xié)議TCP是一個面向連接的可靠的傳輸層協(xié)議。TCP為兩臺主機提供高可靠性的端到端數(shù)據(jù)通信。主要包括:發(fā)送方把應用程序交給它的數(shù)據(jù)分成合適的小塊，并添加附加信息（TCP頭），包括順序號，源、目的端口，控制、糾錯信息等字段，稱為TCP數(shù)據(jù)包。并將TCP數(shù)據(jù)包交給下面的網(wǎng)絡層處理。接受方確認接收到的TCP數(shù)據(jù)包，重組并將數(shù)據(jù)送往高層。UDP協(xié)議UDP是一種無連接不可靠的傳輸層協(xié)議。把應用程序傳來的數(shù)據(jù)加上UDP頭（包括端口號，段長等字段），作為UDP數(shù)據(jù)包發(fā)送出去，但是并不保證它們能到達目的地?？煽啃杂蓱脤觼硖峁?。就象發(fā)送一封寫有地址的一般信件，卻不保證它能到達?；贏RM和uCOS-II的TCP/IP協(xié)議向ARM和uC/OS移植一個TCP/IP協(xié)議棧采用uC/OS自帶的TCP/IP協(xié)議棧BSD套接字(BSDSockets)BSDSockets使用的最廣泛的網(wǎng)絡程序編程方法，主要用于應用程序的編寫，用于網(wǎng)絡上主機與主機之間的相互通信UNIX,Linux,VxWorks均支持BSDSocket