嵌入式系统 嵌入式系统硬件平台与接口设计.pptx

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1、会计学1嵌入式系统嵌入式系统 嵌入式系统硬件平台与接口嵌入式系统硬件平台与接口设计设计嵌入式系统的软嵌入式系统的软/硬件框架硬件框架第1页/共120页3第2页/共120页嵌入式系统的设计步骤第3页/共120页1 1）需求分析阶段）需求分析阶段1.1.分析用户的需求2.2.确定硬件软件3.3.检查需求分析的结果4.4.确定项目的约束条件5.5.概要设计第4页/共120页需求分析需求分析-罗列用户的需求罗列用户的需求（1）系统用于什么任务？（2）系统从用户或其他源接收什么输入？（3）系统从用户或其他源输出什么？（4）用户想要如何同系统打交道？（5）系统的重量和体积如何？（6）系统连接何种外设？（7

2、）系统是否需要运行某些现存的软件？（8）系统处理哪种类型的数据？（9）系统是否要与别的系统通讯？（10）系统是单机还是网络系统？第5页/共120页需求分析需求分析需求分析需求分析-罗列用户的需求罗列用户的需求罗列用户的需求罗列用户的需求（11）系统的响应时间是多少？（12）需要什么安全措施？（13）系统在什么样的环境下运行？（14）外部存储媒介和内存需要多大？（15）系统的可拆装性，可靠性和牢固性的期望值是什么（16）如何给系统供电？（17）系统如何向用户通报故障？（18）是否需要任何手动或机械代用装置？（19）系统是否将具有远程诊断或更正问题的功能？（20）其他问题第6页/共120页2 2）

3、体系结构设计）体系结构设计n n决定因素决定因素1.1.系统是硬实时系统还是软实时系统系统是硬实时系统还是软实时系统2.2.操作系统是否需要嵌入操作系统是否需要嵌入3.3.物理系统的成本、尺寸和耗电量是否是物理系统的成本、尺寸和耗电量是否是产品成功的关键因素产品成功的关键因素4.4.选择处理器和相关硬件选择处理器和相关硬件5.5.其他其他第7页/共120页3 3 3 3）详细设计阶段）详细设计阶段）详细设计阶段）详细设计阶段-硬件与软件划分硬件与软件划分硬件与软件划分硬件与软件划分决定哪些用硬件实现，哪些用软件实现？决定哪些用硬件实现，哪些用软件实现？例如：例如：1.1.浮点运算浮点运算2.2

4、.网络通信控制器实现的功能网络通信控制器实现的功能3.3.软调制解调器软调制解调器/硬调制解调器硬调制解调器4.4.软件压缩解压软件压缩解压/硬件压缩解压图像硬件压缩解压图像第8页/共120页详细设计阶段详细设计阶段详细设计阶段详细设计阶段-硬件设计硬件设计硬件设计硬件设计1.1.设计硬件子系统：设计硬件子系统：top-downtop-down方法方法1.1.分成模块分成模块2.2.设计框图设计框图3.3.例：例：CPUCPU子系统、存储器子系统等子系统、存储器子系统等2.2.定义硬件接口定义硬件接口1.1.I/OI/O端口端口2.2.硬件寄存器硬件寄存器3.3.共享内存共享内存4.4.硬件中

5、断硬件中断5.5.存储器空间分配存储器空间分配6.6.处理器的运行速度处理器的运行速度第9页/共120页详细设计阶段详细设计阶段-软件设计软件设计设计软件子系统设计软件子系统总体设计、模块设计定义软件接口定义软件接口模块接口、函数接口模块接口、函数接口第10页/共120页详细设计阶段详细设计阶段-检查设计检查设计n n小项目小项目n n自己审查设计文档自己审查设计文档n n中等项目中等项目n n拿给同事朋友并向他们解释你的设计拿给同事朋友并向他们解释你的设计 n n大型项目大型项目-审查会审查会n n设计者应作一个更正式的报告。由于这是设计者应作一个更正式的报告。由于这是一个设计审查会，召集一

6、群人，主要由工一个设计审查会，召集一群人，主要由工程师组成，并尽可能包括一些对项目有不程师组成，并尽可能包括一些对项目有不同看法角度的成员，如做市场的人员、最同看法角度的成员，如做市场的人员、最终用户终用户 第11页/共120页4 4）系统集成）系统集成把系统的软件、硬件和执行装置集成在一起，把系统的软件、硬件和执行装置集成在一起，进行调试，发现并改进设计过程中的错误。进行调试，发现并改进设计过程中的错误。5 5）系统测试）系统测试对设计好的系统进行测试，看其是否满足给对设计好的系统进行测试，看其是否满足给定的要求。定的要求。第12页/共120页嵌入式系统的硬件体系结构嵌入式系统的硬件体系结构

7、第13页/共120页基于基于ARM和和FPGA的嵌的嵌入式系统可重构设计入式系统可重构设计第14页/共120页S3C2410的内部结构第15页/共120页2410的存储器系统的存储器系统 可通过软件选择大小端 地址空间:每个Bank 128Mbytes(总共 1GB)共 8 个banksn n6 6个个BankBank用于控制用于控制 ROM,SRAM,ROM,SRAM,etc.etc.n n剩余的两个剩余的两个BankBank用于控制用于控制 ROM,ROM,SRAM,SDRAM,etc.SRAM,SDRAM,etc.除 bank0(16/32-bit)外，所有的Bank都可以通过编程选择总

8、线宽度=(8/16/32-bit)7个Bank固定起始地址；最后一个Bank可调整起始地址；最后两个Bank大小可编程所有Bank存储周期可编程控制；第16页/共120页S3C2410的存储器配置的存储器配置第17页/共120页实验平台的体系结构第18页/共120页基于基于ARM的嵌入式系统的嵌入式系统硬件结构设计硬件结构设计主要介绍基于主要介绍基于ARM7ARM7的嵌入式硬件开发的嵌入式硬件开发平台的设计方法，包括结构、主要接口、存储平台的设计方法，包括结构、主要接口、存储器选用方案以及外设、显示等方面的内容。器选用方案以及外设、显示等方面的内容。n n嵌入式硬件开发平台的体系结构嵌入式硬件

9、开发平台的体系结构n n外围存储器接口设计方法外围存储器接口设计方法n n键盘、键盘、LCDLCD等人机交互接口的设计等人机交互接口的设计n n触摸屏的设计触摸屏的设计n n以太网设计以太网设计第19页/共120页基于基于基于基于ARMARMARMARM的嵌入式硬件平台体系结构的嵌入式硬件平台体系结构的嵌入式硬件平台体系结构的嵌入式硬件平台体系结构第20页/共120页ARM实验平台与实验平台与PC机连接关系机连接关系框图框图第21页/共120页嵌入式开发板与嵌入式开发板与PCPC机的串行通讯机的串行通讯嵌入式开发板和嵌入式开发板和PCPC机的通讯电缆可以按照如机的通讯电缆可以按照如图所示的方式

10、连接。图所示的方式连接。第22页/共120页n nARMARM架架构构的的处处理理器器有有的的带带有有指指令令快快存存和和数数据据快快存存。但但是是片片内内都都不不带带有有RAMRAM和和ROMROM。系系统统所所需需的的RAMRAM和和ROMROM（包括闪存）都通过总线外接。（包括闪存）都通过总线外接。n n快快存存（CacheCache）是是一一种种小小容容量量、高高速速度度的的存存储储器器，用用于于处处理理器器与与主主存存之之间间存存放放当当前前被被使使用用的的主存内容，以减少访问主存的等待时间。主存内容，以减少访问主存的等待时间。第23页/共120页25 高速缓冲存储器工作原理高速缓冲

11、存储器工作原理第24页/共120页存储系统的构成分析存储系统的构成分析存储系统的构成分析存储系统的构成分析以基于S3C44B0X的存储系统为例：v支持数据存储的大/小端选择(通过外部引脚和程序进行选择)v地址空间：具有8个存储体，每个存储体可达32Mb，总共可达256MB。v对所有存储体的访问大小均可进行改变（8位16位32位）v8个Bank中，Bank0Bank5可支持ROM、SRAM；Bank6、Bank7可支持ROM、SRAM和EDOSDRAM等。第25页/共120页典型系统中存储体的分配情况典型系统中存储体的分配情况典型系统中存储体的分配情况典型系统中存储体的分配情况存储体与存储体的接

12、口Bank0BIOS 512K2FlashBank116M Flash 硬盘Bank2USB接口Bank3LCD显示模块Bank4保留Bank5保留Bank6系统内存SDRAMBank7保留第26页/共120页系统的存储空间分配系统的存储空间分配系统的存储空间分配系统的存储空间分配n nBank0:1Bank0:1片片2MB NOR Flash2MB NOR Flash，放置系统引导程序，系统，放置系统引导程序，系统上电复位后，上电复位后，PCPC指针自动指向指针自动指向Bank0Bank0的第一个单元，进的第一个单元，进行系统自举。以便从硬盘中将系统文件和用户应用程行系统自举。以便从硬盘中将

13、系统文件和用户应用程序复制到序复制到SDRAMSDRAM内存中执行。内存中执行。n nBank1Bank1：非线性寻址。：非线性寻址。Bank1Bank1上接上接16M NAND Flash16M NAND Flash，当，当做系统硬盘使用，可以构造文件系统，存放海量数据。做系统硬盘使用，可以构造文件系统，存放海量数据。n n用用SDRAMSDRAM当作系统内存，只有当作系统内存，只有Bank6/Bank7Bank6/Bank7能支持能支持SDRAMSDRAM，所以将，所以将SDRAMSDRAM接在接在Bank6Bank6上。上。n nBank2Bank2：PDIUSBD12PDIUSBD12

14、。USBUSB设备端接口芯片，占用系统外设备端接口芯片，占用系统外部中断部中断0 0。8 8位数据总线。位数据总线。第27页/共120页n nBank5Bank5：RTL8019ASRTL8019AS，ISAISA总线兼容的总线兼容的10M10M以太网（以太网（PHYPHYMACMAC层）控制芯片。占用系统外部中断层）控制芯片。占用系统外部中断1 1，1616位数据总位数据总线；扩展线；扩展IOIO口口n nBank6Bank6：SDRAMSDRAM，起始地址为，起始地址为0 xC0000000 xC000000。在。在SDRAMSDRAM中，中，前前512Kbyte512Kbyte的空间划分

15、出来，作为系统的的空间划分出来，作为系统的LCDLCD显示缓冲显示缓冲区使用（更新其中的数据，就可以更新区使用（更新其中的数据，就可以更新LCDLCD的显示）。的显示）。系统的程序存储空间从系统的程序存储空间从0 xC0800000 xC080000开始。也就是，引导开始。也就是，引导系统的时候，需要把系统的时候，需要把system.binsystem.bin文件复制到文件复制到0 xC0800000 xC080000开始的地址空间，把开始的地址空间，把PCPC指针指向指针指向0 xC0800000 xC080000。第28页/共120页3)Boot Loader3)Boot Loader3)

16、Boot Loader3)Boot Loader的任务的任务的任务的任务n nBoot LoaderBoot Loader是系统加电后首先运行的一段代码，完成是系统加电后首先运行的一段代码，完成整个系统的加载启动任务。它首先完成系统硬件的初整个系统的加载启动任务。它首先完成系统硬件的初始化，包括时钟的设置、存储器的映射等。并设置堆始化，包括时钟的设置、存储器的映射等。并设置堆栈指针，然后跳转到操作系统内核入口，如系统在加栈指针，然后跳转到操作系统内核入口，如系统在加电或复位时通常从地址电或复位时通常从地址0 x000000000 x00000000处开始执行，而在处开始执行，而在这个地址处安排

17、的通常就是系统的这个地址处安排的通常就是系统的Boot LoaderBoot Loader程序。程序。n n每种嵌入式微处理器体系结构都有不同的每种嵌入式微处理器体系结构都有不同的Boot LoaderBoot Loader。通常，通常，Boot LoaderBoot Loader只有几十只有几十KBKB的大小，其作用相当的大小，其作用相当于普通于普通pcpc机的机的BIOSBIOS，是在系统复位后执行的第一段代，是在系统复位后执行的第一段代码码第29页/共120页Boot Loader Boot Loader 的操作模式的操作模式启动加载模式启动加载模式（AutonomousAutonomo

18、us）：Boot Loader Boot Loader 从目标机的固体存储设备上将操作系统加载到从目标机的固体存储设备上将操作系统加载到RAMRAM中中运行，整个过程并没有用户的介入。这种模式是运行，整个过程并没有用户的介入。这种模式是 Boot Loader Boot Loader 的正常工作模式，因此在嵌入式产品的正常工作模式，因此在嵌入式产品发布的时侯，发布的时侯，Boot Loader Boot Loader 显然必须工作在这种模显然必须工作在这种模式下。式下。第30页/共120页下载模式：目标机中的下载模式：目标机中的Boot Loader Boot Loader 通过串通过串口或网

19、络连接等通信手段从宿主机上下载口或网络连接等通信手段从宿主机上下载文件，如操作系统的内核映像和根文件的文件，如操作系统的内核映像和根文件的映像等。从宿主级上下载的文件通常首先映像等。从宿主级上下载的文件通常首先被被Boot Loader Boot Loader 保存到目标机的保存到目标机的RAMRAM中，中，然后再被然后再被Boot Loader Boot Loader 写到目标机的写到目标机的FlashFlash中。这种模式通常在第中。这种模式通常在第1 1次安装操作次安装操作系统内核和根文件系统时被使用，另外系系统内核和根文件系统时被使用，另外系统更新时也会使用这种方式。统更新时也会使用这

20、种方式。第31页/共120页4 4 4 4）存储管理单元）存储管理单元）存储管理单元）存储管理单元MMUMMUMMUMMU 虚拟内存管理占用了相当一部分系统资源，因此虚拟内存管理占用了相当一部分系统资源，因此在系统资源非常有限的嵌入式系统中可不采用虚拟在系统资源非常有限的嵌入式系统中可不采用虚拟内存管理，使用不带有内存管理，使用不带有MMUMMU的微处理器。这样要采用的微处理器。这样要采用动态内存管理方式，即当程序的某一部分需要使用动态内存管理方式，即当程序的某一部分需要使用内存时，利用操作系统提供的分配函数来处理，一内存时，利用操作系统提供的分配函数来处理，一旦使用完毕，可通过释放函数来释放

21、所占用的内存，旦使用完毕，可通过释放函数来释放所占用的内存，这样内存就可以重复使用。这样内存就可以重复使用。第32页/共120页 但在具有但在具有MMUMMU的的ARMARM系统中，存储管理单元系统中，存储管理单元MMUMMU主要完成工作：主要完成工作：n n虚拟存储空间到物理存储空间的映射。在虚拟存储空间到物理存储空间的映射。在ARMARM中采用了页式虚拟存储管理。中采用了页式虚拟存储管理。n n存储器访问权限的控制。存储器访问权限的控制。n n设置虚拟存储空间的缓冲的特性。设置虚拟存储空间的缓冲的特性。第33页/共120页2410的UARTn n S3C2410A S3C2410A 的的U

22、ART(Universal Asynchronous Receiver UART(Universal Asynchronous Receiver and Transmitter)and Transmitter)提供了三个独立的异步串行提供了三个独立的异步串行I/OI/O口，口，每一个都可以工作在中断模式或每一个都可以工作在中断模式或DMADMA模式，即模式，即UARTUART可以产可以产生中断或生中断或DMADMA请求以在请求以在CPUCPU和和UARTUART之前传送数据，使用系之前传送数据，使用系统时钟，统时钟，UARTUART最高可以支持最高可以支持230.4K bps 230.4K b

23、ps 的位传输率。的位传输率。n n如果采用外部带时钟的如果采用外部带时钟的UARTUART，则，则UARTUART可以实现更度速度可以实现更度速度的传输；的传输；n n每个每个UARTUART包括包括2 2个个16Byte16Byte的接收的接收/发送发送FIFOFIFO。第34页/共120页UART控制框图第35页/共120页异步串行通讯简介n n在一条传输线上完成单向传输。在一条传输线上完成单向传输。n n将传输数据的字符一位接一位的传送。将传输数据的字符一位接一位的传送。n n接收方对于同一条线上的一连串连续数学信号，首先接收方对于同一条线上的一连串连续数学信号，首先将其分割成位，再按

24、位组成字符。将其分割成位，再按位组成字符。n n每个字符需要确定起始位和结束位，字符与字符间还每个字符需要确定起始位和结束位，字符与字符间还可能有长度不定的空闲时间，因此传输效率较低。可能有长度不定的空闲时间，因此传输效率较低。第36页/共120页字符串行输出格式：发送前：线路处于空闲状态，连续发送“1”开始发送：首先，发送一位起始位“0”然后，发送连续的二进制位，数据位可以为5、6、7、8 随后，紧跟一位奇偶校验位（可选择奇/偶/无校验）最后，发送停止位“1”，可以有1位、1.5位或2位停止位第37页/共120页串行通讯硬件规范及连接方法n nEIA RS-232CEIA RS-232C 物

25、理特征：物理特征：DB-25 DB-15 DB-9 DB-25 DB-15 DB-9 信号连线：保护地、信号连线：保护地、TXD/RXDTXD/RXD、RTS/CTSRTS/CTS、DCDDCD、DSRDSR、DTRDTR、R1R1 电平规定：电平规定：-5V -15V-5V -15V 之间的电平表示逻辑之间的电平表示逻辑“1”1”+5V +15V +5V +15V 之间的电平表示逻辑之间的电平表示逻辑“0”0”第38页/共120页第39页/共120页UART的操作串口初始化发送数据接收数据第40页/共120页人机交互接口人机交互接口人机交互接口人机交互接口第41页/共120页嵌入式开发板与P

26、C机的串行通讯嵌入式开发板和嵌入式开发板和PCPC机的通讯电缆可以按照如图所示的方式连接。机的通讯电缆可以按照如图所示的方式连接。第42页/共120页人机交互接口人机交互接口LCDLCD显示模块显示模块液晶显示是一种被动的显示，它不能发液晶显示是一种被动的显示，它不能发光，只能使用周围环境的光。它显示图案或光，只能使用周围环境的光。它显示图案或字符只需很小能量。液晶显示所用的液晶材字符只需很小能量。液晶显示所用的液晶材料是一种兼有液态和固体双重性质的有机物，料是一种兼有液态和固体双重性质的有机物，它的棒状结构在液晶盒内一般平行排列，但它的棒状结构在液晶盒内一般平行排列，但在电场作用下能改变其排

27、列方向在电场作用下能改变其排列方向第43页/共120页LCDLCDLCDLCD有三种显示方式有三种显示方式有三种显示方式有三种显示方式LCDLCD有有三三种种显显示示方方式式：反反射射型型，透透射射型型和和透反射型。透反射型。(1)(1)反反射射型型LCDLCD的的底底偏偏光光片片后后面面加加了了一一块块反反射板，它一般在户外和光线良好的办公室使用。射板，它一般在户外和光线良好的办公室使用。(2)(2)透透射射型型LCDLCD的的底底偏偏光光片片是是透透射射偏偏光光片片，它它需需要要连连续续使使用用背背光光源源，一一般般在在光光线线差差的的环环境境使使用。用。(3)(3)透透反反射射型型LCD

28、LCD是是处处于于以以上上两两者者之之间间，底底偏偏光光片片能能部部分分反反光光，一一般般也也带带背背光光源源，光光线线好好的的时时候候，可可关关掉掉背背光光源源；光光线线差差时时，可可点点亮亮背背光光源源使用使用LCDLCD。第44页/共120页反射型反射型LCD的结构的结构第45页/共120页n nLCDLCD显显示示方方式式还还分分正正性性和和负负性性。正正性性LCDLCD呈呈现现白白底底黑黑字字，在在反反射射和和透透反反射射型型LCDLCD中中显显示示最最佳佳；负负性性LCDLCD呈呈现现黑黑底底白白字字，一一般般用用于于透透射射型型LCDLCD，加加上上背背光光源源，字字体体清清晰晰

29、，易于阅读。易于阅读。正显模式（白底黑字)负显模式（黑底白字）第46页/共120页n nLCDLCD通常有两种方式，一种是带有驱动芯片的通常有两种方式，一种是带有驱动芯片的LCDLCD模块，基本模块，基本上属于半成品上属于半成品n n如果有需要，也可以直接使用芯片上的内置如果有需要，也可以直接使用芯片上的内置LCDLCD控制器来构造控制器来构造显示模块，它可以支持彩色显示模块，它可以支持彩色/灰度灰度/单色三种模式，灰度模式下可支持单色三种模式，灰度模式下可支持4 4级灰度和级灰度和1616级灰度，彩色模式下最多支持级灰度，彩色模式下最多支持256256色色.第47页/共120页嵌入式处理器与

30、嵌入式处理器与LCD的的连接连接嵌入式处理器LCD模块数据数据总线总线寄存器选择寄存器选择使能信号使能信号第48页/共120页键盘模块键盘模块键盘模块键盘模块n n键盘模块可以用来输入数字型数据或者键盘模块可以用来输入数字型数据或者选择控制设备的操作模式。选择控制设备的操作模式。n n键盘有两种方案：一是采用现有的一些键盘有两种方案：一是采用现有的一些芯片实现键盘扫描；再就是用软件实现键盘芯片实现键盘扫描；再就是用软件实现键盘扫描。嵌入式控制器的功能很强，能允分利扫描。嵌入式控制器的功能很强，能允分利用这一资源用这一资源。第49页/共120页简单键盘电路简单键盘电路按键抖动按键抖动第50页/共

31、120页一一 个个 瞬瞬 时时 接接触触开开关关（按按钮钮）放放置置在在每每一一行行与与线线一一列列的的交交叉叉点点。矩矩阵阵所所需需的的键键的的数数目目显显然然根根据据应应用用程程序序而而不不同同。每每一一行行由由一一个个输输出出端端口口的的一一位位驱驱动动，而而每每一一列列由由一一个个电电阻阻器器上上拉拉且且供给输入端口一位。供给输入端口一位。A1A2A3第51页/共120页A1A2A3第52页/共120页n n键盘扫描过程就是让微处理器按有规键盘扫描过程就是让微处理器按有规律的时间间隔查看键盘矩阵，以确定是否有律的时间间隔查看键盘矩阵，以确定是否有键被按下。每个键被分配一个称为扫描码的键

32、被按下。每个键被分配一个称为扫描码的唯一标识符。应用程序利用该扫描码，根据唯一标识符。应用程序利用该扫描码，根据按下的键来判定应该采取什么行动。按下的键来判定应该采取什么行动。第53页/共120页触摸屏设计触摸屏设计触摸屏设计触摸屏设计第54页/共120页触摸屏分类触摸屏分类n n电阻式触摸屏电阻式触摸屏 n n表面声波触摸屏表面声波触摸屏 n n红外式触摸屏红外式触摸屏 n n电容式触摸屏电容式触摸屏第55页/共120页电阻式触摸屏电阻式触摸屏n n电阻技术触摸屏是一种对外界完全隔离的工作环境，故不怕灰尘、水汽和油污，可以用任何物体来触摸，比较适合工业控制领域及办公室内使用。n n分为四线电

33、阻和五线电阻触摸屏第56页/共120页四线电阻触摸屏原理四线电阻触摸屏原理第57页/共120页测量原理测量原理n n在触摸点在触摸点X X、Y Y坐标的测量过程中，测量电压与测量点的等效电路图所示，坐标的测量过程中，测量电压与测量点的等效电路图所示，图中图中P P为测量点为测量点 XVYY第58页/共120页ARM JTAG调试调试第59页/共120页什么是什么是JTAG？n nJTAGJTAG是是Joint Test Action GroupJoint Test Action Group的缩写；的缩写；是是IEEE1149.1IEEE1149.1标准标准n nJTAGJTAG的建立使得集成电

34、路固定在的建立使得集成电路固定在PCBPCB上，只通过边界上，只通过边界扫描便可以被测试扫描便可以被测试n n在在ARM7TDMIARM7TDMI处理器中，可以通过处理器中，可以通过JTAGJTAG直接控制直接控制ARMARM的内部总线，的内部总线，IOIO口等信息，从而达到调试的目口等信息，从而达到调试的目的的第60页/共120页第61页/共120页几种常用的调试方法几种常用的调试方法n n指令集模拟器 一种利用PC机端的仿真开发软件模拟调试的方法。n n驻留监控软件 驻留监控程序运行在目标板上，PC机端调试软件可通过并口、串口、网口与之交互，以完成程序执行、存储器及寄存器读写、断点设置等任

35、务n nJTAG仿真器 通过ARM芯片的JTAG边界扫描口与ARM核进行通信，不占用目标板的资源，是目前使用最广泛的调试手段n n在线仿真器(In-Circuit Emulator，ICE)使用仿真头代替目标板上的CPU，可以完全仿真ARM芯片的行为。但结构较复杂，价格昂贵，通常用于ARM硬件开发中第62页/共120页ARM的的JTAG调试结构调试结构AngelJTAG第63页/共120页宿主机调试器宿主机调试器n n宿主机调试器通过固定的协议控制下位机（协议转换宿主机调试器通过固定的协议控制下位机（协议转换器）。比如，器）。比如，SDTSDT中通过中通过AngelAngel协议或者第三方调试

36、器协议或者第三方调试器所提供的协议所提供的协议n n宿主机调试器只发送宏观的命令，比如：宿主机调试器只发送宏观的命令，比如：程序运行、终止。读内存、程序运行、终止。读内存、ARMARM寄存器等寄存器等n n通讯的介质可以是串口、并口、以太网、通讯的介质可以是串口、并口、以太网、USBUSB等等第64页/共120页JTAG与与Angeln nJTAGJTAG调试：协议转换器解释上位机传送过来的命令，调试：协议转换器解释上位机传送过来的命令，通过通过JTAGJTAG控制控制ARMARM执行。执行。n nAngelAngel调试：协议转换器可以直接做为目标板的调试：协议转换器可以直接做为目标板的Fi

37、rmware(Firmware(固件固件)的一部分。直接执行从宿主机传送过的一部分。直接执行从宿主机传送过来的调试命令；并回送相应的数据。来的调试命令；并回送相应的数据。n nAngelAngel可以节省专门的可以节省专门的JTAGJTAG仿真器，但是，它需要软仿真器，但是，它需要软件，或者是嵌入式操作系统的支持，做不到完全的实件，或者是嵌入式操作系统的支持，做不到完全的实时仿真。而时仿真。而JTAGJTAG仿真是通过硬件和控制仿真是通过硬件和控制ARMARM的的EmbeddedICEEmbeddedICE实现的，可以做到实时仿真。实现的，可以做到实时仿真。第65页/共120页 实验二讲解第6

38、6页/共120页键盘及键盘及LED驱动实验驱动实验第67页/共120页第68页/共120页一、实验目的一、实验目的1 1学习键盘及学习键盘及LED LED 驱动原理。驱动原理。2 2掌握掌握zlg7289 zlg7289 芯片的使用方法。芯片的使用方法。二、实验内容二、实验内容 通过通过zlg7289 zlg7289 芯片驱动芯片驱动12 12 键（键（3 x 43 x 4）的键）的键盘和盘和8 8 个共阴极个共阴极LEDLED，将按键值在，将按键值在LED LED 上显示出来。上显示出来。第69页/共120页第70页/共120页第71页/共120页ZLG7289A的指令分为的指令分为三种类型

39、：纯指令、带三种类型：纯指令、带有数据的指令和读键盘有数据的指令和读键盘数据指令。数据指令。n n复位指令复位指令 WriteSDIO(0 xA4)WriteSDIO(0 xA4)n n测试指令测试指令 WriteSDIO(0 xBF)WriteSDIO(0 xBF)n n左移指令左移指令 WriteSDIO(0 xA1)WriteSDIO(0 xA1)n n右移指令右移指令 WriteSDIO(0 xA0)WriteSDIO(0 xA0)ZLG7289纯指令（单字节指令）第72页/共120页双字节指令双字节指令(长度为长度为16位位,分两次传送分两次传送)n n写数据指令写数据指令(方式方式

40、0 0译码）译码）WriteSDIO(0 x8?);WriteSDIO(0 x8?);?指定位，即在第几个数码管指定位，即在第几个数码管 上显示，开发板最左边管为上显示，开发板最左边管为 No.1,No.1,依次类推依次类推,见下表见下表WriteSDIO(?);WriteSDIO(?);?是欲显示的数字是欲显示的数字(09)(09)A2A1A0数码管编号数码管编号000No.1001No.2010No.3011No.4100No.5101No.6110No.7111No.8第73页/共120页n n写数据指令写数据指令(方式方式1 1译码）译码）WriteSDIO(0 xC?);WriteS

41、DIO(0 xC?);WriteSDIO(?);WriteSDIO(?);含义同上条指令含义同上条指令n n消隐指令消隐指令 WriteSDIO(0 x98);WriteSDIO(0 x98);WriteSDIO(0 x?);WriteSDIO(0 x?);?中的每一个二进制位均对应着一个数码管中的每一个二进制位均对应着一个数码管,0=,0=消隐消隐,1=,1=显示显示第74页/共120页n n闪烁指令闪烁指令 WriteSDIO(0 x88);WriteSDIO(0 x88);WriteSDIO(0 x?);WriteSDIO(0 x?);?中的每一个二进制位均对应着一个数码管中的每一个二进

42、制位均对应着一个数码管,0=,0=闪烁闪烁,1=,1=不不闪闪第75页/共120页需要动手编写的内容需要动手编写的内容需要动手编写的内容需要动手编写的内容:在在在在zlg7289.czlg7289.c中中中中72897289驱动函数驱动函数驱动函数驱动函数ZLG7289_ENABLE()发复位命令发复位命令 WriteSDIO(0 xA4)ZLG7289_DISABLE()延时延时Zlg 7289复位子函数流程图复位子函数流程图第76页/共120页从从7289读取键值流程图读取键值流程图ZLG7289_ENABLE()ZLG7289_DISABLE()读取键制值读取键制值ReadSDIO()发

43、送读取键值命令发送读取键值命令WriteSDIO(0 x15)第77页/共120页main.c中主函数流程图中主函数流程图开发板初始化开发板初始化7289复位复位键值读取键值读取延时延时开启开启7289发送个位数发送个位数延时延时键值键值9？发送十位数发送十位数显示十、个位数显示十、个位数只显示个位只显示个位关闭关闭7289是是否否第78页/共120页main.c中主函数流程图中主函数流程图开发板初始化7289复位键值读取延时开启7289发送个位数延时键值9？发送十位数显示十、个位数只显示个位关闭7289是否第79页/共120页7289命令字定义命令字定义第80页/共120页DEF.h中定义的

44、数据类型:#define U32 unsigned int#define BOOL int#define U16 unsigned short#define S32 int#define S16 short int#define U8 unsigned char#define S8 char#define u32 unsigned int#define u16 unsigned short#define s32 int#define s16 short int#define u8 unsigned char#define s8 char第81页/共120页嵌入式以太网设计嵌入式以太网设计嵌入式

45、以太网设计嵌入式以太网设计第82页/共120页以太网接口的基本知识以太网接口的基本知识 1 1、传输编码、传输编码n n曼彻斯特编码曼彻斯特编码n n差分曼彻斯特编码差分曼彻斯特编码第83页/共120页以太网协议以太网协议 n n以太网以太网MACMAC层物理传输帧层物理传输帧 （IEEE802.3 IEEE802.3）PRSDDASATYPEDATAPADFCS56位位8位位48位位48位位16位位不超过不超过1500字节字节可选可选32位位PR：同步位，收发双方的时钟同步，也指明传输的速率（10M、100M）SD：分隔位,表示下面跟着的是真正的数据,而不是同步时钟DA：目的地址,以太网的地

46、址为48位地址。如果为都为F,则是广播地址SA：源地址,48位,表明该帧的数据是哪个网卡发的,即发送端的网卡地址TYPE：类型字段，表明该帧的数据是什么类型的数据。如：0800H 表示数据为IP包，0806H表示数据为ARP包，814CH是SNMP包，8137H 为IPX/SPX包 DATA：数据段，该段数据不能超过1500字节。PAD：填充位。以太网帧传输的数据包最小不能小于60字节,当数据段不足46字节时，后面补000000.(当然也可以补其它值)FCS:32位CRC数据校验位。该校验由网卡自动完成第84页/共120页以太网的数据传输特点以太网的数据传输特点n nPR,SD,PAD,FCS

47、 这几个数据段是由网卡自动产生的；只需要理解DA、SA、TYPE、DATA四个段的内容n n所有数据位的传输由低位开始(传输的位流使用曼彻斯特编码)n n以太网的冲突退避算法是由硬件自动执行的n nDA+SA+TYPE+DATA+PAD 最小为60字节,最大为1514字节n n以太网卡可以接收三种地址的数据，一个是广播地位，一个是多播地址(在嵌入式的环境中一般不用)，一个是它自已的地址n n任何两个网卡的物理地址都是不一样的，是世界上唯一的，网卡地址由专门机构分配。第85页/共120页嵌入式的以太网方案嵌入式的以太网方案n n嵌入式处理器网卡芯片（RTL8019）n n对嵌入式处理器没有特殊要

48、求，通用性强对嵌入式处理器没有特殊要求，通用性强n n处理器和网络数据交换通过外部总线，速度慢，处理器和网络数据交换通过外部总线，速度慢，不适合于不适合于100M100M网络网络n n带有以太网络接口的嵌入式处理器n n处理器面向网络应用处理器面向网络应用n n处理器和网络数据交换通过内部总线，速度快处理器和网络数据交换通过内部总线，速度快第86页/共120页RTL8019的原理框图的原理框图第87页/共120页嵌入式网络接口的特点嵌入式网络接口的特点n n与常规的网卡设计思路不同的是，在嵌入式系统中，系统的精简一直是个主要的原则。RTL8019AS作为网卡，时需要一片EEPROM作为配置存储

49、器，来确定通讯的端口地址，中断地址，网卡的物理地址，工作模式，制造厂商等信息；n n而在嵌入式系统中，可以使用RTL8019AS的默认配置和一些管脚作为网卡的初始化方法。这样可以节省配置存储器，减小嵌入式硬件平台的体积。第88页/共120页基于基于RTL8019在嵌入式以太网设在嵌入式以太网设计计1 RTL8019AS的初始化 RTL8019支持即插即用模式和非即插即用模式。在嵌入式系统中，网卡的外设通常是不经常插拔的，所以，为了系统的精简，配置RTL8019为非即插即用模式。有着固定的中断，有着固定的端口地址，假设是端口是0 x300（这里的端口是相对于ISA总线来说的端口，对于ARM的总线

50、，需要重新计算地址）。这些配置可以通过RTL8019的外部管脚，在系统上电复位的时候，自动配置起来。第89页/共120页关于关于RTL8019的的RAMn nRTL8019含有16K字节的RAM，地址为0 x4000-0 x7fff(指的是RTL8019内部的存储地址，而不是ISA总线的地址，是RTL8019工作用的存储器，可以通过远程DMA访问），每256个字节称为一页，共有64页。页的地址就是地址的高8位，页地址为0 x40-0 x7f。这16k的ram的一部分用来存放接收的数据包，一部分用来存储待发送的数据包 第90页/共120页2 通过通过RTL8019AS发送数据发送数据 作为一个集