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1、第5章 嵌入式系統(tǒng)的外圍設(shè)備和I/O接口5.1 外圍設(shè)備5.2 常見(jiàn)輸入輸出接口類(lèi)型5.3 I/O接口原理基礎(chǔ)5.4 小結(jié) 主要內(nèi)容基本輸入/輸出設(shè)備的結(jié)構(gòu)輸入設(shè)備：鍵盤(pán)、觸摸屏；輸出設(shè)備：LED、LCDI/O接口和總線(xiàn)的工作原理常見(jiàn)的輸入輸出接口類(lèi)型總線(xiàn)接口：I2C、I2S、CAN、以太網(wǎng)并行接口串行接口：RS-232、IEEE1394、USB無(wú)線(xiàn)接口：紅外線(xiàn)、藍(lán)牙、IEEE802.11、GPRS、CDMAI/O接口的數(shù)據(jù)交換方式DMA、查詢(xún)、中斷使用芯片內(nèi)部總線(xiàn)把接口集成在嵌入式處理器內(nèi)部，或者應(yīng)用各種擴(kuò)展方法在處理器外部以接口芯片的形式出現(xiàn)。 5.1 外圍設(shè)備5.1.1 輸入設(shè)備：小型鍵

2、盤(pán)、觸摸屏5.1.2 輸出設(shè)備：LED、LCD5.1.3 擴(kuò)充設(shè)備：PCMCIA、CF、SD、MS5.1.4 便攜式嵌入式系統(tǒng)的電源1.智能型電源管理設(shè)備2.智能型電池 輸入設(shè)備輸入設(shè)備用來(lái)將外部信息輸入主機(jī)，一般是將用戶(hù)（或廣義的應(yīng)用環(huán)境）所提供的原始信息，轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)所能識(shí)別的二進(jìn)制代碼。符號(hào)信息，如字符、數(shù)字代碼等。非符號(hào)信息，如圖形、圖像、聲音、物理信號(hào)等。輸入設(shè)備往往需要具備信息轉(zhuǎn)換功能與數(shù)據(jù)傳送功能。常見(jiàn)的輸入設(shè)備鍵盤(pán)、穿孔輸入設(shè)備、數(shù)據(jù)錄入站、圖形數(shù)字化儀、字符輸入與識(shí)別裝置、語(yǔ)音輸入與識(shí)別裝置、光筆、鼠標(biāo)、跟 蹤球、操縱桿等。 輸入設(shè)備（常見(jiàn)的輸入設(shè)備）鍵盤(pán)能將擊鍵動(dòng)作轉(zhuǎn)換成字

3、符代碼，然后輸入計(jì)算機(jī)。穿孔輸入設(shè)備用有孔、無(wú)孔表示1 、0。數(shù)字化儀能輸入像點(diǎn)的絕對(duì)坐標(biāo)值，從而將圖形轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制代碼。光筆、鼠標(biāo)、跟蹤球、操縱桿等輸入坐標(biāo)相對(duì)移動(dòng)值來(lái)操縱顯示器光標(biāo)移動(dòng)。掃描儀、攝像機(jī)等可將圖像信息轉(zhuǎn)換為像點(diǎn)代碼，從而輸入圖像。音頻信號(hào)采集裝置能將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，再通過(guò)模擬量/數(shù)字量（A/D）轉(zhuǎn)換，輸入計(jì)算機(jī)。 鍵帽恢復(fù)彈簧鍵桿鍵塊觸點(diǎn)磁鐵密封玻管薄膜襯墊基底直接作用式機(jī)械鍵干簧管間接作用式薄膜式短行程觸摸鍵接觸式按鍵的基本結(jié)構(gòu)從結(jié)構(gòu)上可以分為兩類(lèi)：接觸式、非接觸式。從按鍵操作方式上可以分為兩類(lèi)：機(jī)械動(dòng)作式、觸摸式。閱讀：鍵的結(jié)構(gòu) 閱讀：非接觸式鍵非接觸式鍵將擊鍵動(dòng)

4、作引起的其他物理量變化間接轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，以避開(kāi)接觸式鍵存在的觸點(diǎn)導(dǎo)通可靠性問(wèn)題。常用的非接觸式鍵電容式感應(yīng)式感應(yīng)式鍵是真正的無(wú)行程觸摸鍵。常見(jiàn)的有靜電感應(yīng)式、壓感式、光遮斷式等。 靜電感應(yīng)式鍵有一個(gè)裸露的金屬板，當(dāng)手指接觸它時(shí)，人體所帶的靜電或感應(yīng)所產(chǎn)生的交流電信號(hào)，通過(guò)它傳給放大器放大，產(chǎn)生按鍵信號(hào)。易受電磁場(chǎng)干擾。壓感式鍵一般由一塊壓電陶瓷構(gòu)成，當(dāng)它受到外界壓力時(shí)，會(huì)變形并產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)。 小型鍵盤(pán) 鍵盤(pán)與鍵盤(pán)控制器電路工作原理示意 16個(gè)按鍵輸入分別接到鍵盤(pán)控制器的4條行輸出X0X3和4條列輸入Y0Y3上，構(gòu)成矩陣鍵盤(pán)，以節(jié)省占用的控制器I/O端口資源。 小型鍵盤(pán)的工作過(guò)程/原理當(dāng)鍵盤(pán)按鍵

5、按下時(shí)，某一行與某一列的輸入電路之間形成通路，因此可由輸入的引腳信號(hào)變化得知哪一個(gè)按鍵被按下，按鍵的值將存儲(chǔ)在鍵盤(pán)控制器的寄存器中。一般由鍵盤(pán)控制器內(nèi)部自動(dòng)完成按鍵的輸入掃描、譯碼和去抖動(dòng)處理功能。當(dāng)鍵盤(pán)控制器檢測(cè)到矩陣鍵盤(pán)中有按鍵被按下時(shí)，鍵盤(pán)控制器的Key引腳將由低電平變?yōu)楦唠娖剑⒁恢北３值桨存I值被讀取為止。嵌入式處理器從Key引腳得知目前有按鍵被按下時(shí)，將鍵盤(pán)控制器的CS引腳設(shè)為低電平，存儲(chǔ)在鍵盤(pán)控制器的寄存器中的按鍵值將從鍵盤(pán)控制器的DIO引腳依次輸出給嵌入式處理器。 當(dāng)所有按鍵數(shù)值傳送完畢后，Key重新變?yōu)榈碗娖健?鍵盤(pán)控制器的工作方式鍵盤(pán)控制器通知嵌入式處理器按鍵消息的工作方式輪

6、詢(xún)（Polling）方式由處理器每隔一段時(shí)間檢測(cè)鍵盤(pán)控制器的Key引腳是否為高電平，若是高電平則表示有按鍵被按下。中斷（Interrupt）方式由Key引腳直接發(fā)出中斷請(qǐng)求信號(hào)給處理器，處理器因?yàn)橹袛嘈盘?hào)觸發(fā)得知目前有按鍵被按下。 矩陣掃描式鍵盤(pán)構(gòu)成行驅(qū)動(dòng)L0L1L 2L3 Vcc列輸入緩沖C0 C1 C2 C3 閱讀：掃描式鍵盤(pán)通過(guò)行驅(qū)動(dòng)電路，使各行線(xiàn)L0Ln依次為0（每次一根行線(xiàn)為0）。每當(dāng)某行為0時(shí)，就讀回各列線(xiàn)狀態(tài)C0Cm， 判斷出各鍵的通斷狀態(tài)。 同時(shí)按下兩個(gè)以上的鍵時(shí)，也能通過(guò)一遍掃描識(shí)別出來(lái)。當(dāng)Li=0，Cj=0時(shí)，說(shuō)明第i行、第j列的鍵被按下，此時(shí)可獲得該鍵的位置碼(i，j)。

7、 閱讀：非掃描式鍵盤(pán)當(dāng)無(wú)任何鍵按下時(shí)，所有輸入線(xiàn)均為1；當(dāng)按下某個(gè)鍵時(shí)，其對(duì)應(yīng)輸入線(xiàn)變?yōu)?，通過(guò)與非門(mén)產(chǎn)生中斷請(qǐng)求IRQ。CPU 響應(yīng)后，在中斷處理程序中將各個(gè)輸入寄存器的內(nèi)容取回，判斷是哪個(gè)鍵或哪幾個(gè)鍵被按下，其程序結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單。非掃描式鍵盤(pán)的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，速度快，但當(dāng)鍵數(shù)較多時(shí)， 硬件代價(jià)高，因此適用于鍵數(shù)較少的場(chǎng)合。地址譯碼控制邏輯IRQ驅(qū)動(dòng)器輸入寄存器輸入寄存器系統(tǒng)總線(xiàn)非掃描式鍵盤(pán)及其中斷接口結(jié)構(gòu)邏輯框圖直接連接式非掃描式鍵盤(pán)直接將各鍵的輸出送往鍵盤(pán)接口的輸入寄存器。 觸摸屏傳統(tǒng)的用戶(hù)輸入設(shè)備（如鼠標(biāo)、標(biāo)準(zhǔn)鍵盤(pán)等）體積大，不符合可攜式嵌入設(shè)備所強(qiáng)調(diào)的輕薄短小特性要求。通過(guò)在液晶屏上疊加

8、一片觸摸屏，用戶(hù)可在液晶屏上用觸控筆或手指頭直接點(diǎn)選按鍵或輸入文字，因此觸摸屏在嵌入式系統(tǒng)中已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。 觸摸屏的種類(lèi)1.電容式2.電阻式3.表面聲波式4. XGT（Extreme Glass Technology）式 電容式觸摸屏的工作原理電容式觸摸屏利用人體的電流感應(yīng)進(jìn)行工作用戶(hù)觸摸屏幕時(shí)，由于人體電場(chǎng)，用戶(hù)和觸摸屏表面形成一個(gè)耦合電容。對(duì)于高頻電流而言，電容是直接導(dǎo)體，于是手指從接觸點(diǎn)吸走很小的電流。這個(gè)電流會(huì)從觸摸屏的四個(gè)角上的電極中流出，并且流經(jīng)電極的電流與手指到四個(gè)角的距離成正比，控制器通過(guò)對(duì)這四個(gè)電流比例的精確計(jì)算，得出觸摸點(diǎn)的位置。 電容式觸摸屏的特點(diǎn)1.對(duì)大多數(shù)環(huán)境污染

9、物有抵抗力。2.人體成為電流回路的一部分，因而漂移現(xiàn)象比較嚴(yán)重。3.人體戴手套后不起作用。4.需經(jīng)常校正。5.不適用于金屬機(jī)柜。6.外界存在電感或磁感的時(shí)候，觸摸屏失靈。 電阻式觸摸屏工作原理電阻式觸摸屏有兩層透明導(dǎo)電薄膜，薄膜間保持一定的間隔，且上層薄膜具可伸縮性。當(dāng)上層薄膜受到外力施壓時(shí)，上層薄 膜會(huì)觸碰到下層薄膜，這樣造成上下電極導(dǎo)通。 利用三維空間的電壓計(jì)測(cè)量面板上不同位置的電平差，由此決定面板哪個(gè)位置受到外力施壓。 電阻式觸摸屏的特點(diǎn)1.高解析度，高速傳輸反應(yīng)。2.做過(guò)表面硬度處理，減少擦傷、刮傷及防化學(xué)處理。3.具有光面及霧面處理。4.一次校正，穩(wěn)定性高，永不漂移。 表面聲波式觸摸

10、屏表面聲波式觸摸屏利用聲波在物體的表面進(jìn)行傳輸。當(dāng)有物體觸摸到表面時(shí)，阻礙聲波的傳輸，換能器偵測(cè)到這個(gè)變化，反映給計(jì)算機(jī)，進(jìn)而進(jìn)行鼠標(biāo)的模擬。表面聲波式觸摸屏的特點(diǎn)清晰度高，透光性好。高度耐久，抗刮傷性良好。一次校正永不漂移。需要經(jīng)常維護(hù)，適合于環(huán)境比較清潔的場(chǎng)所。 因?yàn)榛覊m、油污甚至飲料的液體玷污在屏的表面，都會(huì)阻塞觸摸屏表面的導(dǎo)波槽，使聲波不能正常反射，或使波形改變而控制器無(wú)法正常識(shí)別。 XGT式觸摸屏XGT式觸摸屏采用純玻璃面板，與透明導(dǎo)電薄膜相比，透光率提高了15%左右。使用XGT時(shí)，將電壓連到玻璃基板的四個(gè)角落，此時(shí)玻璃基板會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電場(chǎng)。在輸入數(shù)據(jù)時(shí)，通過(guò)特殊的有線(xiàn)觸控筆去觸控輸入

11、，其他實(shí)體觸碰不會(huì)有反應(yīng)，觸控筆所觸碰的位置可以通過(guò)電場(chǎng)的變化得知。XGT式觸摸屏的特點(diǎn)XGT結(jié)合了電阻式和表面聲波式觸摸屏的優(yōu)點(diǎn)。平均使用壽命大概是前類(lèi)產(chǎn)品的100倍。防水、防火、防塵、防刮、抗菌?？梢詰?yīng)用在高溫、低溫以及環(huán)境惡劣的狀況下。 觸摸屏與LCD的配合一般觸摸屏將觸摸時(shí)的X、Y方向的電壓值傳到A/D轉(zhuǎn)換口，經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換后的X、Y值僅是對(duì)當(dāng)前觸摸點(diǎn)的電壓值的A/D轉(zhuǎn)換值。但它不具有實(shí)用價(jià)值，因?yàn)檫@個(gè)值的大小不但與觸摸屏的分辨率有關(guān)，而且與觸摸屏與LCD貼合的情況有關(guān)。LCD分辨率與觸摸屏的分辨率一般不同，坐標(biāo)系也不一樣，因此，如果想得到在LCD坐標(biāo)系中的觸摸屏位置值，還需要在程序中

12、進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 輸出設(shè)備發(fā)光二極管Light-Emitting-Diode，LED液晶顯示器Liquid Crystal Display，LCD 半導(dǎo)體發(fā)光器件半導(dǎo)體發(fā)光部件被廣泛應(yīng)用于各種電子儀器和電子設(shè)備中，可作為電源指示燈、電平指示、工作狀態(tài)顯示或微光源之用。紅外發(fā)光管常被用于電視機(jī)、錄像機(jī)等的遙控器中。紅綠雙色發(fā)光管用于指示PC或筆記本電腦中的硬盤(pán)工作狀態(tài)。數(shù)碼管、符號(hào)管、米字管及點(diǎn)陣顯示屏（矩陣管）中的每個(gè)發(fā)光單元均為發(fā)光二極管（Light-Emitting-Diode，LED）。 LED基本結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管是由 -族化合物（如砷化鎵、磷化嫁、磷砷化鎵）等半導(dǎo)體制成的，核心是一個(gè)PN結(jié)。工

13、作原理LED具有一般P-N結(jié)的正向?qū)ā⒎聪蚪刂?擊穿的特性。具有發(fā)光特性，在正向電壓下，電子由N區(qū)注入P區(qū)，空穴由P區(qū)注入N區(qū)，進(jìn)入對(duì)方區(qū)域的少數(shù)載流子（少子）一部分與多數(shù)載流子（多子）復(fù)合而發(fā)光。LED的優(yōu)點(diǎn)耗電少、成本低、配置簡(jiǎn)單靈活、安裝方便、耐振動(dòng)、壽命長(zhǎng)、。 LED的類(lèi)型按發(fā)光管發(fā)光顏色，LED可分為紅色、橙色、綠色、藍(lán)色等，有的發(fā)光二極管中包含兩種或三種顏色的芯片。根據(jù)發(fā)光二極管出光處是否摻散射劑、有色、無(wú)色，上述各種顏色的發(fā)光二極管還可分成有色透明、無(wú)色透明、有色散射和無(wú)色散射。按發(fā)光管出光面特征，LED分為圓燈、方燈、矩形、面發(fā)光管、側(cè)向管、表面安裝用微型管等。按發(fā)光角度分，

14、LED分為高指向型、標(biāo)準(zhǔn)型和散射型。按發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)分，LED分為全環(huán)氧包封、金屬底座環(huán)氧封裝、陶瓷底座環(huán)氧封裝及玻璃封裝等。 發(fā)光二極管的性能：顏色、尺寸、形狀、發(fā)光強(qiáng)度及透明情況 七段數(shù)碼管結(jié)構(gòu)原理基本的數(shù)碼管由7段條狀發(fā)光二極管按“日”字型排列而成，可實(shí)現(xiàn)數(shù)字09、部分字母和小數(shù)點(diǎn)的顯示。發(fā)光段電極的連接方式 共陰極方式：各段發(fā)光管的陰極是公共的，而陽(yáng)極是互相隔離的。共陽(yáng)極方式：各段發(fā)光管的陽(yáng)極是公共的，而陰極互相隔離。一般地，共陰極接法不需外接電阻，共陽(yáng)極接法必須外接電阻。管腳配制外形圖 共陰極連接 共陽(yáng)極連接 共陰極7段LED顯示字型編碼說(shuō)明：共陰極LED，被選中的段為高電平有效，

15、熄滅的段碼為00H；共陽(yáng)極LED，選中的段為低電平有效，熄滅的段碼為FFH。 數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)控制數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)級(jí)的控制電路（也稱(chēng)為驅(qū)動(dòng)電路）靜態(tài)驅(qū)動(dòng)每個(gè)數(shù)碼管各用一個(gè)并口驅(qū)動(dòng)。動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)當(dāng)多個(gè)數(shù)碼管需要同時(shí)顯示時(shí)，為簡(jiǎn)化電路和降低成本，采用動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)方式，即對(duì)所有數(shù)碼管使用一個(gè)專(zhuān)門(mén)的并口進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。各數(shù)碼管分時(shí)輪流選通受控顯示，當(dāng)輪詢(xún)掃描速度足夠快時(shí)，利用人眼的視覺(jué)暫留現(xiàn)象，顯示的數(shù)字將不會(huì)產(chǎn)生閃爍現(xiàn)象，顯示效果與靜態(tài)驅(qū)動(dòng)基本相同。動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)方式的數(shù)碼管接口電路中不宜接太多的數(shù)碼管，一般在8個(gè) 以?xún)?nèi)。個(gè)數(shù)較多時(shí)，應(yīng)采取措施增加驅(qū)動(dòng)能力，以提高顯示亮度。 米字管、符號(hào)管米字管可以顯示包括英文字母在內(nèi)的多種符號(hào)

16、。符號(hào)管主要用來(lái)顯示+、-或號(hào)等。米字管、符號(hào)管的結(jié)構(gòu)原理與7段數(shù)碼管類(lèi)似，因此驅(qū)動(dòng)方式也基本相同，只是字符的編碼方式與7段數(shù)碼管不同。 點(diǎn)陣顯示屏原理若干獨(dú)立的發(fā)光二極管封為點(diǎn)陣形式構(gòu)成點(diǎn)陣顯示屏。每個(gè)發(fā)光二極管排列在陣列中行列線(xiàn)的各交點(diǎn)處，微處理器通過(guò)總線(xiàn)操作完成對(duì)點(diǎn)陣顯示屏中每個(gè)LED的亮、暗控制。 點(diǎn)陣顯示屏不僅可以顯示數(shù)字，也可以顯示所有西文字母和符號(hào)。如果將多塊組合，可以構(gòu)成大屏幕顯示屏，用于漢字、 圖形、圖表等的顯示。點(diǎn)陣顯示 發(fā)光二極管排列 液晶顯示器（Liquid Crystal Display，LCD） LCD利用液晶的特性來(lái)處理顯示的效果。液晶是一種介于固態(tài)與液態(tài)之間的物

17、質(zhì)，它具備固態(tài)晶體的光學(xué)特性，同時(shí)也具有液態(tài)物質(zhì)的流動(dòng)特性。當(dāng)液晶被通上電壓后，液晶的內(nèi)部結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生扭曲，穿過(guò)液晶物質(zhì)的光線(xiàn)也會(huì)因此被改變?cè)拘羞M(jìn)的角度。液晶屏幕顯示器上具有一大堆的液晶物質(zhì)陣列，每一個(gè)像素用一個(gè)液晶單元表示，當(dāng)一個(gè)像素需要改變顯示狀態(tài)時(shí)，就對(duì)這一個(gè)液晶單元施以電壓，它就會(huì)對(duì)于背光所發(fā)射穿透液晶單元的光線(xiàn)做顯示角度的改變，因而可以控制所顯示的光線(xiàn)明暗。 LCD結(jié)構(gòu)原理LCD屏幕的結(jié)構(gòu)背光板、偏光板、液晶陣列以及彩色濾光膜等。 LCD的工作原理/過(guò)程背光板作為光源產(chǎn)生器，產(chǎn)生光線(xiàn)。第一塊偏光板的方向性使得一部分光線(xiàn)被過(guò)濾掉。液晶陣列根據(jù)LCD控制器所給予的不同電壓將內(nèi)部的液晶結(jié)構(gòu)

18、改變，光線(xiàn)隨之改變行進(jìn)方向。光線(xiàn)經(jīng)過(guò)彩色濾光膜后，顯示出所指定的三原色色彩RGB。最后一塊偏光板與第一塊偏光板呈90垂直。若是將這兩塊偏光板疊合起來(lái)，所有照射在這兩塊偏光板的光線(xiàn)都會(huì)被遮擋下來(lái)，但是在兩塊偏光板中間的光線(xiàn)經(jīng)過(guò)液晶陣列對(duì)光線(xiàn)角度改變后，原本該擋下來(lái)的光線(xiàn)會(huì)因?yàn)榻嵌鹊母淖兌ㄟ^(guò)第二塊偏光板，這樣就可以將不需要顯示的光線(xiàn)巧妙地?fù)踝?，不?huì)顯示在液晶屏幕上。 LCD的類(lèi)型及異同點(diǎn)被動(dòng)式LCD控制電壓組件設(shè)計(jì)在面板的四周，因此反應(yīng)時(shí)間較慢，而且光線(xiàn)輸出量較少，造成顯示動(dòng)態(tài)影像與一般顯示器效果差距很大，而且可視角度較窄，容易出現(xiàn)殘影的現(xiàn)象。主動(dòng)式LCD在每個(gè)液晶單元內(nèi)植入控制電壓的組件，如此

19、可以增加光輸出量，也可以提高反應(yīng)速度，提供鮮艷的色彩與較好的動(dòng)態(tài)影像。制造成本較高，尺寸越大，液晶面板的優(yōu)良率低。 LCD的應(yīng)用比較高檔的嵌入式系統(tǒng)才會(huì)采用主動(dòng)式LCD。彩色的個(gè)人數(shù)字助理、信息家電、。一般的嵌入式系統(tǒng)，從成本和實(shí)用性角度考慮，大多數(shù)采用被動(dòng)式LCD。普通的移動(dòng)電話(huà)、。 擴(kuò)充設(shè)備內(nèi)置設(shè)備的缺點(diǎn)內(nèi)置大容量?jī)?nèi)存、調(diào)制解調(diào)器、多媒體播放設(shè)備或者是數(shù)碼相機(jī)等的嵌入式系統(tǒng)，成本一定很高，所占體積也很大，而且沒(méi)有什么變動(dòng)的可伸縮性因此現(xiàn)在高級(jí)的嵌入式系統(tǒng)都會(huì)預(yù)留擴(kuò)充的接口，以便在特別需求時(shí)，可以直接購(gòu)買(mǎi)符合擴(kuò)充接口規(guī)格的設(shè)備，直接接上嵌入式系統(tǒng)使用。 PCMCIA CF SD MS 便攜式

20、嵌入式系統(tǒng)的電源【需求問(wèn)題】嵌入式系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)它的可移植性，力求外觀(guān)的小型化、重量的輕質(zhì)化以及電源使用的延長(zhǎng)化。鎳氫電池、鋰電池的重量都很大，若想要有較多的蓄電量，就必須使用比較大型的電池，這樣會(huì)造成便攜式嵌入系統(tǒng)搭載上電池后，變得又大又笨重。 智能型電源管理設(shè)備便攜式嵌入系統(tǒng)采用智能型電源管理設(shè)備，檢測(cè)系統(tǒng)真正需要使用電源的時(shí)間，確保電源不會(huì)浪費(fèi)在無(wú)謂的等待時(shí)間。需要用到電源時(shí)，智能型電源管理設(shè)備會(huì)將電源打開(kāi)。不需要使用到電源時(shí)，會(huì)關(guān)閉電源開(kāi)關(guān)。混合電壓設(shè)計(jì)針對(duì)各個(gè)不同的組件所需要提供的最低操作電壓，給予不同的電壓驅(qū)動(dòng)，使功率消耗分配更有效率。例如，微處理器部分大多數(shù)為2.5V就可以驅(qū)動(dòng)；輸入輸

21、出控制組件則需要3.3V左右。因此，設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮到電源整流器、電源控制 器以及電源監(jiān)控IC等的合適組件，用于驅(qū)動(dòng)電路及監(jiān)控系統(tǒng)。 智能型電池系統(tǒng)（Smart Battery System）【問(wèn)題】對(duì)于用戶(hù)來(lái)說(shuō)，只提供電源供應(yīng)，而沒(méi)有提供電池本身的相關(guān)信息（剩余電量及電壓等的信息）很不方便。當(dāng)所使用的系統(tǒng)電池電量突然用完，而系統(tǒng)正在處理重要數(shù)據(jù)時(shí)遭受到突然的斷電，會(huì)造成數(shù)據(jù)的流失或系統(tǒng)的損毀?！窘鉀Q方案】智能型電池系統(tǒng)是Intel和Duracell公司開(kāi)發(fā)的一種電池規(guī)格。符合智能型電池系統(tǒng)規(guī)格的電池除了具備供電的電源接頭外，還具備兩個(gè)信號(hào)接頭，可以通過(guò)電池系統(tǒng)管理總線(xiàn)（System Manag

22、ement Bus）和系統(tǒng)進(jìn)行連通，讓系統(tǒng)“知道”目前電池所剩余的電量。系統(tǒng)通過(guò)電池系統(tǒng)管理總線(xiàn)得知目前電力不足時(shí)，可以提示用戶(hù)更換新電池或是對(duì)電池充電。當(dāng)充電器對(duì)電池充滿(mǎn)后，系統(tǒng)也可以“知道”己經(jīng)不需要再充電了，于是停止充電器對(duì)電池充電，以免電池被持續(xù)過(guò)量充電而損壞。 5.2 常見(jiàn)輸入輸出接口類(lèi)型5.2.1 總線(xiàn)接口5.2.2 并行接口5.2.3 串行接口5.2.4 無(wú)線(xiàn)接入技術(shù)I 2C、 I2S、 USB、 IEEE1394等 串 行 外 設(shè) 接 口 線(xiàn) 路 簡(jiǎn) 單 、 抗 干 擾 能力 強(qiáng) ， 但 控 制 也 相 對(duì) 復(fù) 雜 。 總線(xiàn)接口常見(jiàn)的總線(xiàn)接口I2C（Inter-Integrat

23、ed Circuit） I2S（Inter-IC Sound）CAN（Controller Area Network）以太網(wǎng)（Ethernet） I2CI2C是一種雙向兩線(xiàn)制的串行數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)總線(xiàn)。I2C通過(guò)串行數(shù)據(jù)線(xiàn)（SDL）及串行時(shí)鐘線(xiàn)（SCL）兩根導(dǎo)線(xiàn)連接嵌入式處理器和外設(shè)。數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣纫话銥?00kbit/s，最高可達(dá)到400kbit/s。采用I2C總線(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)器件的內(nèi)部不僅具有I2C接口電路，而且將內(nèi)部各單元電路按功能劃分為若干相對(duì)獨(dú)立的模塊，通過(guò)軟件尋址實(shí)現(xiàn)片選（模塊選擇），減少了器件片選線(xiàn)的連接。CPU不僅能通過(guò)指令將某個(gè)功能單元接入和脫離總線(xiàn)，還可以對(duì)功能單元的工作狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)

24、，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)硬件系統(tǒng)簡(jiǎn)單靈活的擴(kuò)展與控制。 I2C（續(xù)）傳統(tǒng)的單片機(jī)串行接口的發(fā)送和接收一般都各用一條線(xiàn)。例如，MCS 51系列的TXD和RXD。I2C中的SDL和SCL均為雙向I/O線(xiàn)。I2C總線(xiàn)根據(jù)器件的功能通過(guò)軟件程序使其工作于發(fā)送和接收方式。發(fā)送器（主器件）：向總線(xiàn)發(fā)送消息的器件。接收器（從器件）：從總線(xiàn)上接收信息的器件。主器件用于啟動(dòng)總線(xiàn)傳送數(shù)據(jù)并產(chǎn)生時(shí)鐘以開(kāi)放傳送的器件，此時(shí)任何被尋址的器件均被認(rèn)為是從器件。I 2C總線(xiàn)的控制完全由掛接在總線(xiàn)上的主器件送出的地址和數(shù)據(jù)決定。在該總線(xiàn)上，既沒(méi)有中心機(jī)，也沒(méi)有優(yōu)先級(jí)。 I2C（續(xù)）總線(xiàn)競(jìng)爭(zhēng)：總線(xiàn)上可能掛接有多個(gè)器件，有時(shí)會(huì)發(fā)生兩個(gè)或多個(gè)

25、主器件同時(shí)想占用總線(xiàn)的情況。例如，多個(gè)單片機(jī)組成的系統(tǒng)中，可能在某一時(shí)刻有兩個(gè)單片機(jī)要同時(shí)向總線(xiàn)發(fā)送數(shù)據(jù)。I2C總線(xiàn)具有多主控制能力，可以對(duì)發(fā)生在SDL線(xiàn)上的總線(xiàn)競(jìng)爭(zhēng)進(jìn)行仲裁。 I2C（續(xù)）仲裁原則當(dāng)多個(gè)主器件同時(shí)想占用總線(xiàn)時(shí)，如果某個(gè)主器件發(fā)送高電平，而另一個(gè)主器件發(fā)送低電平，則發(fā)送電平與此時(shí)SDL總線(xiàn)電平不符的那個(gè)器件將自動(dòng)關(guān)閉其輸出線(xiàn)?？偩€(xiàn)競(jìng)爭(zhēng)的仲裁地址位的比較如果主器件尋址同一個(gè)從器件，則進(jìn)入數(shù)據(jù)位的比較，從而確保了競(jìng)爭(zhēng)仲裁的可靠性。利用I 2C總線(xiàn)上的信息進(jìn)行仲裁，因此不會(huì)造成信息的丟失。 I2C總線(xiàn)的一次典型工作流程（1）開(kāi)始：信號(hào)表明傳輸開(kāi)始。（2）地址：主設(shè)備發(fā)送地址信息，包含

26、7位從設(shè)備地址和1位指示位（表明讀、寫(xiě)或數(shù)據(jù)流的方向）。（3）數(shù)據(jù)：根據(jù)指示位，數(shù)據(jù)在主設(shè)備和從設(shè)備之間傳輸：數(shù)據(jù)一般以8位傳輸，具體傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量沒(méi)有限制；接收器上用一位的ACK（回答信號(hào)）表明一個(gè)字節(jié)己收到；傳輸可以被終止或重新開(kāi)始。（4）停止：信號(hào)結(jié)束傳輸。 I2SI2S是一種串行總線(xiàn)接口標(biāo)準(zhǔn)，主要應(yīng)用于數(shù)字音頻處理設(shè)備。例如，便攜CD機(jī)、數(shù)字音頻處理器等。I2S將音頻數(shù)據(jù)與時(shí)鐘信號(hào)分離，避免由時(shí)鐘帶來(lái)的抖動(dòng)問(wèn)題，因此系統(tǒng)中不再需要消除抖動(dòng)的器件。I2S總線(xiàn)僅處理音頻數(shù)據(jù)，對(duì)其他信號(hào)（如控制信號(hào)等）單獨(dú)傳送。I2S總線(xiàn)只由3根串行線(xiàn)組成分時(shí)復(fù)用的數(shù)據(jù)通道線(xiàn)（Serial Data，SD）字

27、選擇線(xiàn)（Word Select，WS）時(shí)鐘線(xiàn)（Continuous Serial Clock，CSK） I2SWS信號(hào)線(xiàn)指示左通道或右通道的數(shù)據(jù)將被傳輸。SD信號(hào)線(xiàn)按高有效位MSB到低有效位LSB的順序傳送字長(zhǎng)的音頻數(shù)據(jù)。MSB總在WS切換后的第一個(gè)時(shí)鐘發(fā)送。如果數(shù)據(jù)長(zhǎng)度不匹配，那么接收器和發(fā)送器將對(duì)其自動(dòng)截取或填充。 I2S總線(xiàn)接口的基本時(shí)序 CANCAN是一種實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用的串行通信協(xié)議。CAN通信協(xié)議的穩(wěn)定性不錯(cuò)，因此常被嵌入式系統(tǒng)用到電子組件間數(shù)據(jù)傳遞的應(yīng)用上。CAN的數(shù)據(jù)傳輸速率最高可到達(dá)1Mbit/s位，并且具備錯(cuò)誤檢測(cè)的功能。在硬件線(xiàn)路結(jié)構(gòu)上，一般采用雙絞線(xiàn)作為數(shù)據(jù)傳輸總線(xiàn)。每

28、一個(gè)連到CAN總線(xiàn)的電子組件稱(chēng)為節(jié)點(diǎn)（Node），各自擁有自己的傳送與接收電路，作為數(shù)據(jù)輸入輸出之用。CAN總線(xiàn)在數(shù)據(jù)連接上采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的方式（Peer to Peer），如果連接在總線(xiàn)中一個(gè)電子組件發(fā)生問(wèn)題，無(wú)法進(jìn)行數(shù)據(jù)溝通時(shí)，其他連接在總線(xiàn)的電子組件仍然可以繼續(xù)執(zhí)行數(shù) 據(jù)傳輸?shù)墓ぷ?，總線(xiàn)不會(huì)因此而全面癱瘓。 CAN工作原理在節(jié)點(diǎn)在數(shù)據(jù)傳送時(shí)，設(shè)置為顯性模式和隱性模式，在邏輯上分別代表0以及1。當(dāng)總線(xiàn)沒(méi)有任何數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，是隱性狀態(tài)（Recessive Level），這個(gè)時(shí)候連接在總線(xiàn)的任何節(jié)點(diǎn)都可以發(fā)送數(shù)據(jù)。當(dāng)某一節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，總線(xiàn)會(huì)處在顯性狀態(tài)（Dominant Level），數(shù)據(jù)的發(fā)送是

29、以包的方式傳送。 CAN工作原理仲裁字段內(nèi)定義了數(shù)據(jù)發(fā)送的目的地。控制字段內(nèi)定義數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度。ACK字段用來(lái)確定數(shù)據(jù)是否被正確地接收，發(fā)送端會(huì)在ACK字段中設(shè)置一個(gè)隱性位（Recessive Bit），邏輯上為1，當(dāng)接收端的節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸有錯(cuò)誤時(shí)，會(huì)將ACK字段設(shè)置為顯性位，邏輯上為0，當(dāng)發(fā)送端得知ACK字段被改為0時(shí)，就知道數(shù)據(jù)發(fā)送錯(cuò)誤，必須再重新傳送數(shù)據(jù)。 如果總線(xiàn)同時(shí)有兩筆數(shù)據(jù)要傳送，則總線(xiàn)會(huì)根據(jù)仲裁位中的識(shí)別ID比較優(yōu)先級(jí)，決定哪筆數(shù)據(jù)先發(fā)送。 CAN總線(xiàn)數(shù)據(jù)包 以太網(wǎng)以太網(wǎng)是目前局域網(wǎng)中最通用的一種通信總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)。在以太網(wǎng)中，所有通信節(jié)點(diǎn)被連接在一條電纜上，采用CSMA/CD（載波監(jiān)聽(tīng)

30、/沖突檢測(cè)）的訪(fǎng)問(wèn)方法和競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制。在星型或總線(xiàn)型配置結(jié)構(gòu)中，集線(xiàn)器/交換機(jī)/網(wǎng)橋通過(guò)電纜使各通信節(jié)點(diǎn)彼此之間相互連接。以太網(wǎng)通信協(xié)議遵循IEEE802.3系列標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。IEEE802.3：10Base Ethernet，通信速率10Mbit/s通信標(biāo)準(zhǔn)。IEEE802.3u：Fast Ethernet，通信速率100Mbit/s通信標(biāo)準(zhǔn)。IEEE802.3z：Gigabit Ethernet，1000Mbit/s通信標(biāo)準(zhǔn)。IEEE802.3ae：10Gigabit Ethernet，10000Mbit/s通信標(biāo)準(zhǔn)。 IEEE802.3的4種通信介質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)10Base5通常被稱(chēng)為“粗以太網(wǎng)（Thi

31、ck Ethernet）電纜”，建議為黃色，每隔2.5m一個(gè)標(biāo)志，標(biāo)明分接頭插入處，連接處通常采用插入式分接頭，將其觸針小心地插入到同軸電纜的內(nèi)芯。名稱(chēng)10Base5表示的意思是：工作速率為10Mbit/s，采用基帶信號(hào)，最大支持段長(zhǎng)為500m，每段節(jié)點(diǎn)數(shù)為100。10Base2稱(chēng)為“細(xì)以太網(wǎng)（Thin Ethernet）”電纜，很容易彎曲，其接頭處采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的BNC連接器組成T型插座，使用靈活，可靠性高?！凹?xì)以太網(wǎng)”電纜價(jià)格低廉，安裝方便，但是使用范圍只有200m，并且每個(gè)電纜段內(nèi)接點(diǎn)容量為30。 IEEE802.3的4種通信介質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)10Base-T所有站點(diǎn)均連接到一個(gè)中心集線(xiàn)器（Hub）

32、上，通常這些連線(xiàn)是電話(huà)公司的雙絞線(xiàn)，其每段節(jié)點(diǎn)數(shù)為1024。增添或移去節(jié)點(diǎn)變得十分簡(jiǎn)單，并且很容易檢測(cè)到電纜故障。電纜的最大有效長(zhǎng)度為距集線(xiàn)器100m，即使是高質(zhì)量的雙絞線(xiàn)（5類(lèi)線(xiàn)），最大長(zhǎng)度可能也只有150m，大集線(xiàn)器的價(jià)格也較高。10Base-F采用光纖介質(zhì)連接器和終止器的價(jià)格十分昂貴，有極好的抗干擾性，常用于辦公大樓或相距較遠(yuǎn)的集線(xiàn)器間的連接，電纜的最大 有效長(zhǎng)度為距集線(xiàn)器2000m，每段節(jié)點(diǎn)數(shù)為1024。 并行接口采用并行協(xié)議的傳送方式：兩個(gè)電子設(shè)備在數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，通過(guò)由多條數(shù)據(jù)線(xiàn)組成的總線(xiàn)，一次可以同時(shí)傳送多位數(shù)據(jù)。典型的并行協(xié)議的應(yīng)用是微機(jī)系統(tǒng)的打印機(jī)接口，稱(chēng)為打印機(jī)的并行端口（Pa

33、rallel Port，簡(jiǎn)稱(chēng)并口），并口將數(shù)據(jù)以一次多個(gè)位的方式通過(guò)并行傳輸線(xiàn)，傳送到打印機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的譯碼，之后打印出來(lái)。并行接口的特點(diǎn)并行接口傳輸數(shù)據(jù)量大、速度快、控制簡(jiǎn)單。傳輸長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)時(shí)，電子線(xiàn)路間將產(chǎn)生電容效應(yīng)，因此數(shù)據(jù)傳輸總線(xiàn)的長(zhǎng)度受到一定限制，抗干擾能力差，影響數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_率。 串行接口1. RS-2322. IEEE13943. USB4. RS-232RS-232是由EIA所制定的一個(gè)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的串行異步通信標(biāo)準(zhǔn)，包括機(jī)械特性規(guī)范和電氣特性規(guī)范。RS-232的物理接口形式：DB-9、DB-25。 RS-232端口DB-9引腳定義 RS-232RS-232通信信號(hào)電平為515V，采用

34、負(fù)邏輯，即-15V-5V表示“1”，+5V+15V表示“0”。負(fù)邏輯不同于數(shù)字電路的03V或05V，因此以RS-232的方式進(jìn)行通信，需要進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。比特率是用來(lái)決定位傳送與接收的速度，RS-232常用的比特率為240019200bit/s。數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，RS-232的雙方電子設(shè)備必須事先設(shè)置好比特率，才可以順利完成數(shù)據(jù)的收發(fā)工作。RS-232的控制傳輸部分稱(chēng)為UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter）接口。 RS-232實(shí)現(xiàn)RS-232傳輸?shù)腢ART芯片包含有接收器與發(fā)送器。接收器會(huì)持續(xù)不斷監(jiān)控RX（Receive）引腳，檢查是否有數(shù)據(jù)

35、的起始位，通常信號(hào)由高電平轉(zhuǎn)變?yōu)榈碗娖奖硎緸槠鹗嘉?。?dāng)檢測(cè)到起始位后，接收器對(duì)RX引腳以設(shè)置的比特率進(jìn)行信號(hào)采樣，將接收到的信號(hào)存入寄存器中。數(shù)據(jù)接收完畢后，通知其他需要數(shù)據(jù)的電子組件將UART芯片中的數(shù)據(jù)由寄存器取出。常見(jiàn)的UART芯片，最高比特率可以達(dá)到1152kbit/s，擁有64字節(jié)的接收寄存器。許多嵌入式處理器己內(nèi)置了UART功能模塊，只要利用為處理器提供的指令集設(shè)置通信比特率、流量控制方式、奇偶校驗(yàn) 位等到相應(yīng)寄存器中，即可方便地實(shí)現(xiàn)RS-232的通信功能。 UART的功能將計(jì)算機(jī)內(nèi)部傳送過(guò)來(lái)的并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為輸出的串行數(shù)據(jù)流。將計(jì)算機(jī)外部傳來(lái)的串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為字節(jié)，供給計(jì)算機(jī)內(nèi)部使用

36、并行數(shù)據(jù)的器件。在輸出的串行數(shù)據(jù)流中加入奇偶校驗(yàn)位，并對(duì)從外部接收的數(shù)據(jù)流進(jìn)行奇偶校驗(yàn)。在輸出數(shù)據(jù)流中加入啟/停標(biāo)記，并從接收數(shù)據(jù)流中刪除啟/停標(biāo)記。處理由鍵盤(pán)或鼠標(biāo)發(fā)出的中斷信號(hào)（鍵盤(pán)和鼠標(biāo)也是串行設(shè)備）。處理計(jì)算機(jī)與外部串行設(shè)備的同步管理問(wèn)題。 通用串行總線(xiàn)（Universal Serial Bus，USB） USB為PC的外設(shè)擴(kuò)充提供了一個(gè)很好的解決方案所有的外設(shè)都在機(jī)箱外連接，連接外設(shè)不必再打開(kāi)機(jī)箱。允許外設(shè)熱插拔，而不必關(guān)閉主機(jī)電源。采用“級(jí)聯(lián)”方式。每個(gè)USB設(shè)備用一個(gè)USB插頭連接到一個(gè)外設(shè)的USB插座上，而其本身又提供一個(gè)USB插座供下一個(gè)USB外設(shè)連接使用，通過(guò)這種類(lèi)似菊花鏈

37、式的連接，一個(gè)USB控制器可以連接多達(dá)127個(gè)外設(shè)。外設(shè)間的距離（線(xiàn)纜長(zhǎng)度）可達(dá)5m。USB能夠智能識(shí)別USB鏈上外圍設(shè)備的插入和拆卸。 USB的主要特性（1）速度快USB2.0最高傳輸速率480Mbit/s。（2）使用方便可以帶電插拔各種硬件，不用擔(dān)心硬件是否會(huì)因此損壞。支持多個(gè)不同設(shè)備的級(jí)聯(lián)，一個(gè)USB接口最多可以連接127個(gè)USB設(shè)備沒(méi)有IRQ沖突的問(wèn)題。單獨(dú)使用自己的保留中斷，因此不會(huì)額外占用電腦有限的資源。（3）自取電不需要用單獨(dú)的供電系統(tǒng)，接口內(nèi)置了取電裝置，可以向 低壓設(shè)備提供5V電源。 USB的主要結(jié)構(gòu)控制器接收和執(zhí)行由系統(tǒng)向USB發(fā)出的各種命令?？刂破黩?qū)動(dòng)程序向控制器發(fā)送各種

38、命令和向系統(tǒng)回饋各種信息。USB芯片驅(qū)動(dòng)程序使操作系統(tǒng)能夠?qū)SB進(jìn)行支持。USB設(shè)備是各種與PC的USB接口相連的設(shè)備。USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序是使操作系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)USB誼箏的程序。 USB的傳輸方式（1）實(shí)時(shí)傳輸方式有固定的傳輸速率，雙方USB設(shè)備必須先協(xié)議好一個(gè)固定的數(shù)據(jù)傳輸速率。適用于多媒體影音設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸。（2）中斷傳輸方式USB不支持硬件的中斷方式，因此USB所提供的中斷傳輸方式實(shí)質(zhì)是一種周期性檢查，檢查設(shè)備是否有數(shù)據(jù)傳輸。適合于USB接口的鍵盤(pán)、鼠標(biāo)或者是搖桿。 USB的傳輸方式（3）批量傳輸方式?jīng)]有固定的傳輸速率。適合于需傳輸大批量數(shù)據(jù)的場(chǎng)合。例如，打印機(jī)、掃描儀等設(shè)備。（4）控制傳輸

39、方式一種雙向的數(shù)據(jù)傳輸模式。包含了三種控制類(lèi)型：讀取、寫(xiě)入、無(wú)數(shù)據(jù)控制。數(shù)據(jù)在傳輸時(shí)，控制器會(huì)以CRC（循環(huán)冗余校驗(yàn)碼）做數(shù)據(jù)正確性的檢查，當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤且無(wú)法復(fù)原時(shí)，數(shù)據(jù)將被重傳。 USB連接器A類(lèi)連接器主要應(yīng)用于USB設(shè)備將數(shù)據(jù)傳輸?shù)街髟O(shè)備（Host）的場(chǎng)合。B類(lèi)連接器主要應(yīng)用于主設(shè)備將數(shù)據(jù)傳輸?shù)経SB設(shè)備（Client）的場(chǎng)合。 IEEE1394IEEE1394是一種高速串行總線(xiàn)，亦稱(chēng)為火線(xiàn)（Fire wire）。IEEE1394與USB的共同點(diǎn)都是一種通用外接設(shè)備接口都可以快速傳輸大量數(shù)據(jù)都能連接多個(gè)不同設(shè)備都支持熱插拔都可以不用外部電源 IEEE1394（與USB的區(qū)別）（1）傳輸速

40、率不同USB2.0一般用于連接低速設(shè)備；IEEE1394主要應(yīng)用于需要高速率的設(shè)備。（2）連接方式不同USB采用主從連接方式，必需Hub（集線(xiàn)器）實(shí)現(xiàn)互連，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中最多可連接127臺(tái)設(shè)備；IEEE1394采用多主方式，不需要Hub，可以用網(wǎng)橋連接多個(gè)IEEE1394網(wǎng)絡(luò)，在用IEEE1394實(shí)現(xiàn)了63臺(tái)IEEEl394設(shè)備之后還可以用網(wǎng)橋?qū)⑵渌腎EEE1394網(wǎng)絡(luò)連接起來(lái)，達(dá)到無(wú)限制連接。（3）智能化不同USB以Hub來(lái)判斷連接設(shè)備的增減；IEEE1394網(wǎng)絡(luò)可以在 其設(shè)備進(jìn)行增減時(shí)自動(dòng)重設(shè)網(wǎng)絡(luò)。 無(wú)線(xiàn)接入技術(shù)常見(jiàn)的無(wú)線(xiàn)協(xié)議紅外線(xiàn)藍(lán)牙GPRSIEEE802.11CDMA 紅外線(xiàn)紅外線(xiàn)收發(fā)模

41、塊紅外線(xiàn)發(fā)光二級(jí)管就是發(fā)射紅外線(xiàn)波的單元，所發(fā)射的紅外線(xiàn)波長(zhǎng)在0.850.90m。硅晶PIN光敏二極管是接收紅外線(xiàn)信號(hào)的單元，所接收到的信號(hào)會(huì)傳送到控制電路中。IrDA1.0采用波長(zhǎng)0.850.90m的紅外線(xiàn)傳輸，傳輸速度為115.2kbit/s，有效距離在1m之內(nèi)，發(fā)射接收角度在30之內(nèi)；FIR1.1的傳輸速度達(dá)到4Mbit/s；VFIR的傳輸速度可達(dá)16Mbit/s，有效距離達(dá)到8m。 藍(lán)牙藍(lán)牙模塊是一個(gè)無(wú)線(xiàn)通信的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。藍(lán)牙模塊的無(wú)線(xiàn)通信頻率在一個(gè)不需要額外向管理單位提出申請(qǐng)的無(wú)線(xiàn)電通信頻帶（Industrial Scientific Medical-ISM ）內(nèi)，其頻帶頻率范圍大約在

42、2.4022.480GHz。藍(lán)牙模塊所發(fā)射的信號(hào)，可以在很多無(wú)線(xiàn)噪聲的環(huán)境下仍然保持它的準(zhǔn)確性，并將數(shù)據(jù)正確地傳輸?shù)剿{(lán)牙接收模塊中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理工作。 藍(lán)牙（模塊）藍(lán)牙無(wú)線(xiàn)信號(hào)經(jīng)無(wú)線(xiàn)傳輸收發(fā)單元接收后，會(huì)將信號(hào)數(shù)據(jù)傳送到基頻處理單元，進(jìn)行無(wú)線(xiàn)信號(hào)處理的工作，處理好的數(shù)字信號(hào)通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸接口，傳送到微處理器中進(jìn)行數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)處理工作。 藍(lán)牙模塊和紅外線(xiàn)收發(fā)模塊的比較藍(lán)牙模塊紅外線(xiàn)收發(fā)模塊傳輸距離10m 1m傳輸特性可以在任何角度進(jìn)行傳輸操作只能在特定角度范圍內(nèi)進(jìn)行直接的傳輸操作安全機(jī)制具有完整安全機(jī)制安全性低 移動(dòng)性可以在嵌入式系統(tǒng)移動(dòng)時(shí)進(jìn)行傳輸操作需要在靜止?fàn)顟B(tài)下進(jìn)行傳輸操作傳輸速度1Mbit/s

43、4Mbit/s價(jià)格 IEEE802.11無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)通信標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.11是為了讓各個(gè)廠(chǎng)商的無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)設(shè)備彼此兼容并且穩(wěn)定地進(jìn)行無(wú)線(xiàn)傳輸而設(shè)計(jì)的。IEEE802.11無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)是一種短距離無(wú)線(xiàn)通信方式，一般只在家庭范圍內(nèi)使用，避免了接線(xiàn)的麻煩。最多是以大功率無(wú)線(xiàn)橋接器實(shí)現(xiàn)小區(qū)內(nèi)覆蓋，要在整個(gè)城市或者更大范圍實(shí)現(xiàn)覆蓋，成本太高。IEEE802.11系列無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)主要還是針對(duì)小范圍內(nèi)的無(wú)線(xiàn)接入。例如，在一些條件好的機(jī)場(chǎng)、酒店、餐廳和商鋪已開(kāi)始提供該項(xiàng)無(wú)線(xiàn)接入服務(wù)。 IEEE802.11（續(xù)）無(wú)線(xiàn)傳輸協(xié)議IEEE802.11a及802.11bIEEE802.11a是設(shè)置在5.8GHz的頻帶進(jìn)行無(wú)線(xiàn)傳

44、輸，帶寬（相當(dāng)于速率）為54Mbit/s。 IEEE802.11b是在2.4GHz的頻帶中進(jìn)行傳輸，帶寬為11Mbit/s，具有基本的加密機(jī)制（Wired Equivalent Privacy Mechanism），可以用來(lái)確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?，并且還可確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾?。?nèi)置了IEEE802.11b筆記本電腦，用戶(hù)可以將PCMCIA接口的IEEE802.11b無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡插在具有PCMCIA擴(kuò)充槽上，如果在300m范圍有無(wú)線(xiàn)橋接器（Wireless Access Points），就可以連接上網(wǎng)。802.11g可以看作是802.11b的高速版。為了實(shí)現(xiàn)54Mbit/s的傳輸速度，采用了與802.

45、11b不同的OFDM（正交頻分復(fù)用）調(diào) 制方式。 GPRS、CDMA以及3G通信廣域網(wǎng)移動(dòng)通信通?？煞譃槿旱谝淮悄M的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)。第二代是數(shù)字通信，包括GSM、CDMA等。第三代是分組型的移動(dòng)業(yè)務(wù)，稱(chēng)為3G。 GPRSGPRS（General Packet Radio System，通用分組無(wú)線(xiàn)業(yè)務(wù)）是介于第二代和第三代之間的一種技術(shù)，通常稱(chēng)為2.5G。GPRS是一個(gè)混合體，采用TDMA方式傳輸語(yǔ)音，采用分組的方式傳輸數(shù)據(jù)，遵循歐洲電信協(xié)會(huì)GSM系統(tǒng)中有關(guān)分組數(shù)據(jù)所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，提供115.2kbit/s的空中接口傳輸速度。 CDMACDMA（Code Division Multiple A

46、ccess，碼分多址）是一種擴(kuò)展頻譜多址數(shù)據(jù)通信技術(shù)。 3G （3rd Generation）第三代數(shù)字通信3G 與前兩代的主要區(qū)別是傳輸聲音和數(shù)據(jù)的速度有所提升，它能夠處理圖像、音樂(lè)、視頻流等多種媒體形式，提供包括網(wǎng)頁(yè)瀏覽、電話(huà)會(huì)議、電子商務(wù)等多種信息服務(wù)。3G數(shù)據(jù)速率要求在低速或靜止?fàn)顟B(tài)下能夠達(dá)到2Mbit/s，在高速車(chē)載環(huán)境下達(dá)到384kbit/s，因此能夠更好地滿(mǎn)足用戶(hù)的各種通信需求。 幾種無(wú)線(xiàn)接入技術(shù)的比較 5.3 I/O接口原理基礎(chǔ)5.3.1 嵌入式最小系統(tǒng)的擴(kuò)展5.3.2 總線(xiàn)原理5.3.3 I/O接口結(jié)構(gòu)、功能及尋址5.3.4 數(shù)據(jù)交換方式 嵌入式最小系統(tǒng)的擴(kuò)展嵌入式最小系統(tǒng)嵌

47、入式系統(tǒng)的硬件擴(kuò)展嵌入式處理器的外圍硬件的擴(kuò)展方式內(nèi)部模塊擴(kuò)展總線(xiàn)擴(kuò)展GPIO擴(kuò)展綜合擴(kuò)展常用外圍芯片類(lèi)型 內(nèi)存類(lèi)芯片網(wǎng)絡(luò)芯片USB芯片 嵌入式最小系統(tǒng)嵌入式最小系統(tǒng)是指以某處理器為核心，可以運(yùn)轉(zhuǎn)起來(lái)的最簡(jiǎn)單的硬件設(shè)施。最簡(jiǎn)單的嵌入式系統(tǒng)由幾個(gè)相關(guān)的部分組成（1）處理器（2）內(nèi)存（3）時(shí)鐘（4）電源和復(fù)位任何一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的最基本的運(yùn)行都是處理器執(zhí)行指令。處理器在每一個(gè)時(shí)鐘周期從內(nèi)存中取出指令，譯碼、執(zhí)行。處理器必需電源供電才能運(yùn)行。 處理器的指令需要存入內(nèi)存中。 嵌入式最小系統(tǒng)（續(xù)）（1）處理器處理器是（計(jì)算機(jī)）系統(tǒng)的核心。整個(gè)系統(tǒng)是靠處理器的指令工作的。（2）內(nèi)存嵌入式系統(tǒng)的運(yùn)行的指令必須

48、放入一定的存儲(chǔ)空間內(nèi)，運(yùn)行的時(shí)候也需要存儲(chǔ)臨時(shí)數(shù)據(jù)的空間，因此，內(nèi)存是必不可少的。在嵌入式系統(tǒng)中，一般的內(nèi)存包括可以固化代碼的FLASH和可以隨機(jī)讀寫(xiě)的RAM。（3）時(shí)鐘處理器的運(yùn)行是需要時(shí)鐘周期的。一般來(lái)說(shuō)，處理器在一個(gè)或幾個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)執(zhí)行一條指令。時(shí)鐘單元的核心是晶振，它可以提供一定的頻率，處理器在使用該頻率的時(shí)候 可能還需要倍頻處理。 嵌入式最小系統(tǒng)（續(xù)）（4）電源和復(fù)位電源是為處理器提供能源的部件，在嵌入式系統(tǒng)中一般使用直流電源。復(fù)位電路連接處理器的復(fù)位引腳，實(shí)現(xiàn)通過(guò)外部電平讓處理器復(fù)位的目的。 嵌入式最小系統(tǒng)的一個(gè)示例 嵌入式系統(tǒng)的硬件擴(kuò)展 作為嵌入式系統(tǒng)的核心，嵌入式的處理器一般集

49、成了很多的外圍器件，但是由于應(yīng)用要求的差別，往往不會(huì)把系統(tǒng)的所有功能都集成在處理器芯片的內(nèi)部，因此，還需要在最小系統(tǒng)的基礎(chǔ)上擴(kuò)展必要的外圍芯片，以形成整個(gè)系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ)。 嵌入式處理器的（外圍）硬件擴(kuò)展方式內(nèi)部模塊擴(kuò)展總線(xiàn)擴(kuò)展GPIO擴(kuò)展 （1）內(nèi)部模塊擴(kuò)展通過(guò)增加外部電路，完成處理器內(nèi)部模塊提供的功能。由于處理器設(shè)計(jì)的限制，不可能把模塊中所有的硬件都集成到處理器的內(nèi)部。內(nèi)部模塊擴(kuò)展就是完成這部分硬件的擴(kuò)展。處理器時(shí)鐘模塊不可能集成晶振UART模塊不可能集成電平轉(zhuǎn)換的功能。 （1）內(nèi)部模塊擴(kuò)展（續(xù)）內(nèi)部模塊的使用方法，一般不會(huì)受外圍電路設(shè)計(jì)的影響。內(nèi)部模塊擴(kuò)展一般只是搭建外部的電路，提供硬件運(yùn)

50、行的條件。在邏輯上，外部擴(kuò)展的硬件和整個(gè)處理器的控制沒(méi)有直接的關(guān)系。內(nèi)部模塊的使用其實(shí)就是讀寫(xiě)內(nèi)部模塊的功能寄存器。外圍擴(kuò)展電路不會(huì)改變處理器的寄存器，因此不會(huì)影響處理器內(nèi)部模塊的使用。 （2）總線(xiàn)擴(kuò)展利用外部總線(xiàn)控制器（又稱(chēng)為內(nèi)存控制器）擴(kuò)展內(nèi)存類(lèi)芯片。擁有外部總線(xiàn)的處理器的外部總線(xiàn)地址總線(xiàn)數(shù)據(jù)總線(xiàn)控制信號(hào)和片選信號(hào)總線(xiàn)擴(kuò)展不僅僅用于內(nèi)存芯片，也可以用于網(wǎng)絡(luò)芯片、USB、AD/DA、LCM等類(lèi)似內(nèi)存的芯片。擴(kuò)展后的芯片的使用方式與內(nèi)存芯片類(lèi)似，都是通過(guò)地址來(lái)讀、寫(xiě)操作。 （2）總線(xiàn)擴(kuò)展（續(xù)）總線(xiàn)擴(kuò)展可以為處理器擴(kuò)展根據(jù)總線(xiàn)讀寫(xiě)的外部?jī)?nèi)存（外部）內(nèi)存ROM、NOR FLASH、SRAM、SDR

51、AM、NAND FLASH、（外部）內(nèi)存都必需地址總線(xiàn)和數(shù)據(jù)總線(xiàn)。不同的內(nèi)存需要不同的控制信號(hào)一般來(lái)說(shuō)，某種處理器支持SDRAM的含義就是該處理器可以提供SDRAM所需要的控制信號(hào)。 （2）總線(xiàn)擴(kuò)展（續(xù)）如果選用多個(gè)內(nèi)存芯片擴(kuò)展內(nèi)存，那么這些內(nèi)存芯片必需片選信號(hào)（芯片選擇信號(hào)，也叫芯片使能信號(hào)）。使用處理器的片選信號(hào)連接芯片的片選信號(hào)，可以方便地為各個(gè)芯片分配不同的地址空間。在讀寫(xiě)操作時(shí)，處理器自動(dòng)選通對(duì)應(yīng)的片選信號(hào)，片選信號(hào)有效的那些芯片就會(huì)起作用，而其他芯片都無(wú)效。片選信號(hào)不是總線(xiàn)擴(kuò)展所必需的如果沒(méi)有片選信號(hào)，則可以通過(guò)地址總線(xiàn)+譯碼器實(shí)現(xiàn)片選的功能，或者直接使用地址總線(xiàn)片選（當(dāng)然這樣會(huì)浪

52、費(fèi)地址空間）。 （3）GPIO擴(kuò)展 輸出功能輸入功能矩陣鍵盤(pán)功能總線(xiàn)信號(hào)模擬功能通信信號(hào)模擬功能 （3）GPIO擴(kuò)展 輸出功能當(dāng)使用輸出功能的時(shí)候，需要將GPIO引腳設(shè)置為輸出模式。通過(guò)寫(xiě)GPIO的相關(guān)寄存器，改變GPIO引腳的狀態(tài)，從而控制外部的信號(hào)。輸出功能的典型應(yīng)用點(diǎn)亮LED利用一個(gè)GPIO引腳連接一個(gè)LED。通過(guò)控制GPIO引腳的高低電平可以控制LED的亮滅。如圖5.11所示。 （3）GPIO擴(kuò)展 輸入功能當(dāng)使用輸入功能的時(shí)候，需要將GPIO引腳設(shè)置為輸入模式。通過(guò)讀GPIO的相關(guān)寄存器，獲知GPIO引腳的狀態(tài)，從而得到外部輸入的信息。輸入功能的典型應(yīng)用按鍵通過(guò)程序查詢(xún)的方式，獲取按鍵

53、的狀態(tài)，從而獲取外部輸入的指示和命令。在獲取按鍵狀態(tài)的時(shí)候可能需要消除抖動(dòng)（可通過(guò)延時(shí)程序?qū)崿F(xiàn)去抖動(dòng)）。 （3）GPIO擴(kuò)展 NN矩陣鍵盤(pán)功能利用GPIO的2N個(gè)引腳，使用N2個(gè)按鍵。NN矩陣鍵盤(pán)可使用多種掃描方式獲取類(lèi)似的功能，也可以通過(guò)GPIO和中斷協(xié)同完成該功能。通信信號(hào)模擬功能通過(guò)GPIO可以模擬一些簡(jiǎn)單的時(shí)序。如，SPI、IIC等。 （3）GPIO擴(kuò)展 總線(xiàn)信號(hào)模擬功能當(dāng)處理器沒(méi)有外部總線(xiàn)信號(hào)（地址總線(xiàn)和數(shù)據(jù)總線(xiàn)）時(shí)，如果確實(shí)需要使用內(nèi)存，則可以利用GPIO模擬總線(xiàn)信號(hào)。也就是說(shuō)，將一部分GPIO線(xiàn)作為地址線(xiàn)使用，一部分GPIO線(xiàn)作為數(shù)據(jù)線(xiàn)使用。GPIO模擬總線(xiàn)信號(hào)需要同時(shí)考慮地址總

54、線(xiàn)和數(shù)據(jù)總線(xiàn)地址總線(xiàn)是單向輸出的，數(shù)據(jù)總線(xiàn)包含輸出和輸入的功能。在內(nèi)存類(lèi)的芯片中，一般GPIO可以用于NOR FLASH和SRAM信號(hào)的模擬，NAND FLASH本身可以不用總線(xiàn)信號(hào)擴(kuò)展，而SDRAM的控制信號(hào)非常復(fù)雜，基本上不可能用GPIO模擬。 （4）綜合擴(kuò)展總線(xiàn)擴(kuò)展部件與GPIO某些連接總線(xiàn)的模塊還具有其他的控制引腳，這些引腳并不能通過(guò)地址總線(xiàn)和數(shù)據(jù)總線(xiàn)連接，因此要使模塊的功能完善，還需要使用可編程引腳（GPIO）。內(nèi)部模塊與GPIO內(nèi)部的模塊的電路引出后，有時(shí)功能還是不夠完善，同樣需要GPIO的協(xié)助?？偩€(xiàn)擴(kuò)展部件與中斷源在一些總線(xiàn)擴(kuò)展芯片中可以使用中斷。將芯片相關(guān)引腳與處理器的外部中斷

55、引腳相連，外部芯片可以觸發(fā)處理器的中斷，提供更高的性能。 （4）綜合擴(kuò)展（續(xù)）模塊的擴(kuò)展復(fù)用在系統(tǒng)的一些模塊中，可能使用共同的外部芯片。在ARM處理器的整體硬件設(shè)計(jì)中，一般還包括以下內(nèi)容：地址空間合理分配中斷源分配板級(jí)規(guī)劃 常用外圍芯片類(lèi)型嵌入式系統(tǒng)中的常用芯片主要是通過(guò)處理器的外部總線(xiàn)進(jìn)行擴(kuò)展，某些芯片也可以通過(guò)可編程引腳（即GPIO）進(jìn)行擴(kuò)展。常用的擴(kuò)展模塊（芯片）內(nèi)存類(lèi)SRAM、NOR FLASH、SDRAM、NAND FLASH。通信類(lèi)網(wǎng)絡(luò)芯片、USB芯片、CAN總線(xiàn)芯片、IIC接口芯片。其他類(lèi) AD/DA、傳感器、LCD/LCM。 （1）內(nèi)存類(lèi)芯片高端的處理器必須通過(guò)外部擴(kuò)展內(nèi)存滿(mǎn)足

56、系統(tǒng)內(nèi)存使用的要求。具有外部總線(xiàn)的控制器一般都需要使用內(nèi)存類(lèi)擴(kuò)展芯片。 常用內(nèi)存擴(kuò)展芯片 （2）網(wǎng)絡(luò)芯片在嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域，引入網(wǎng)絡(luò)芯片可以提供和通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中類(lèi)似的網(wǎng)絡(luò)功能讓眾多的主機(jī)實(shí)現(xiàn)互聯(lián) 。嵌入式系統(tǒng)使用網(wǎng)絡(luò)的條件嵌入式的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧（軟件）網(wǎng)絡(luò)接口芯片（硬件基礎(chǔ)）在嵌入式系統(tǒng)中，往往是將網(wǎng)絡(luò)芯片連接到處理器的外部總線(xiàn)上。 （3）通用串行總線(xiàn)（Universal Serial Bus，USB）USB用來(lái)解決個(gè)人計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備的連接問(wèn)題。高達(dá)480Mbit/s的速度USB在嵌入式系統(tǒng)中的典型應(yīng)用使用嵌入式系統(tǒng)作為USB設(shè)備端。嵌入式系統(tǒng)可以像U盤(pán)、打印機(jī)一樣和PC系統(tǒng)通信。將嵌入式系統(tǒng)作

57、為USB主機(jī)。嵌入式系統(tǒng)可以像PC一樣使用USB設(shè)備。兩個(gè)嵌入式系統(tǒng)可以分別使用USB主機(jī)和設(shè)備接口實(shí)現(xiàn)互聯(lián)。 USB在嵌入式系統(tǒng)中的使用 （3）USB在嵌入式系統(tǒng)中需要使用特定的USB芯片才能實(shí)現(xiàn)USB通信的功能。不少嵌入式處理器芯片中都內(nèi)置了USB控制器，可以直接使用USB功能。對(duì)于沒(méi)有USB控制器的嵌入式芯片，外接USB控制器是一種通用的手段。 總線(xiàn)原理總線(xiàn)是微處理器核心對(duì)外聯(lián)絡(luò)溝通的通道。微處理器核心必須通過(guò)總線(xiàn)將電氣信號(hào)傳遞出去，控制內(nèi)存、外設(shè)的邏輯。內(nèi)存、外設(shè)通過(guò)總線(xiàn)接收電氣信號(hào)，了解微處理器核心的命令，提供適當(dāng)?shù)捻憫?yīng)。 總線(xiàn)協(xié)議總線(xiàn)協(xié)議不同的總線(xiàn)協(xié)議之間需要橋接器（bridge）

58、或是特殊的控制器來(lái)進(jìn)行串聯(lián)?？偩€(xiàn)協(xié)議包含有各種不同的信號(hào)線(xiàn)。信號(hào)的溝通方式也不盡相同。數(shù)據(jù)（data）、地址（address）、控制（control）。 Pentium系統(tǒng)的總線(xiàn)結(jié)構(gòu)系 統(tǒng) 總 線(xiàn) ： Processor/memory總 線(xiàn) I/O總 線(xiàn) ： PCI和 ISA總 線(xiàn) 嵌入式微處理器的總線(xiàn)結(jié)構(gòu) IXP422系統(tǒng)的總線(xiàn)結(jié)構(gòu) 總線(xiàn)類(lèi)型在傳輸協(xié)議中是否有參考時(shí)鐘（clock）不同的總線(xiàn)同步（synchronous）協(xié)議在協(xié)議中有參考時(shí)鐘，所有數(shù)據(jù)的傳送都必須根據(jù)時(shí)鐘進(jìn)行。所有事件都會(huì)根據(jù)時(shí)鐘來(lái)排定。異步（asynchronous）協(xié)議在協(xié)議中并不包含時(shí)鐘，完全以握手（hand shak

59、e）的方式來(lái)溝通。在信號(hào)中通常會(huì)伴隨著req、ack、ready等信號(hào) 同步協(xié)議范例 異步協(xié)議范例 總線(xiàn)存取方式系統(tǒng)總線(xiàn)協(xié)議通常會(huì)把連接上的設(shè)備分成主組件與從組件。主組件可以主動(dòng)使用總線(xiàn)，可以先拉起相關(guān)的控制信號(hào)。主組件需要主動(dòng)去移動(dòng)數(shù)據(jù)。從組件等主組件的通知，才能使用總線(xiàn)。哪個(gè)主組件可以先使用總線(xiàn)關(guān)系到使用總線(xiàn)的優(yōu)先級(jí)的問(wèn)題。在某一總線(xiàn)的協(xié)議上通常會(huì)定義一個(gè)仲裁器的設(shè)備，用來(lái)管理總線(xiàn)使用權(quán)的問(wèn)題。一個(gè)仲裁器通常會(huì)有g(shù)ranted與request信號(hào)。 granted用來(lái)通知哪一個(gè)主組件可以使用總線(xiàn)，request則是主組件用來(lái)向仲裁器提出使用要求的信號(hào)。 系 統(tǒng) 總 線(xiàn) 協(xié) 議 對(duì) 掛 接

60、在 總 線(xiàn) 上 的 組 件 的 管 理 機(jī) 制 菊鏈?zhǔn)街俨媒Y(jié)構(gòu)仲裁器依次詢(xún)問(wèn)設(shè)備（從1到n）是否需要使用總線(xiàn)，直至找到需要使用總線(xiàn)的設(shè)備。菊鏈?zhǔn)街俨媒Y(jié)構(gòu)己經(jīng)考慮了設(shè)備使用總線(xiàn)的優(yōu)先級(jí)。從設(shè)備1到n，使用總線(xiàn)的優(yōu)先級(jí)依次降低。 并行式仲裁結(jié)構(gòu)每個(gè)設(shè)備有屬于自己的granted與request的控制信號(hào)，因此，仲裁器必須內(nèi)置仲裁的算法。仲裁算法與操作系統(tǒng)核心給各任務(wù)分享CPU時(shí)間的優(yōu)先調(diào)度算法基本上是相通的。例如，有些仲裁器就使用round robin優(yōu)先級(jí)調(diào)度的算法。 I/O接口結(jié)構(gòu)、功能及尋址I/O接口的基本結(jié)構(gòu) I/O接口的功能I/O接口芯片的尋址 I/O接口的基本結(jié)構(gòu) I/O接口與嵌入式處

61、理器之間通過(guò)內(nèi)部總線(xiàn)交換信息 I/O接口的設(shè)計(jì)微處理器如何尋址外設(shè)的問(wèn)題I/O接口如何通過(guò)系統(tǒng)總線(xiàn)（DB、AB、CB）與微處理器連接，以便使微處理器能夠識(shí)別多個(gè)不同外設(shè)的問(wèn)題。微處理器如何與外設(shè)連接的問(wèn)題I/O接口如何與外設(shè)連接，以便使微處理器能夠與外設(shè)進(jìn)行數(shù)據(jù)信息、狀態(tài)信息和控制信息交換的問(wèn)題。 I/O外設(shè)與CPU之間交換的信息1數(shù)據(jù)信息2狀態(tài)信息3控制信息數(shù)據(jù)信息、控制信息和狀態(tài)信息的含義各不相同，應(yīng)分別傳送。但實(shí)際傳送中，都是用輸入、輸出指令在系統(tǒng)數(shù)據(jù)線(xiàn)上傳送的。狀態(tài)信息作為一種輸入數(shù)據(jù)，控制信息作為一種輸出數(shù)據(jù)。把狀態(tài)信息和控制信息當(dāng)成一種特殊的數(shù)據(jù)信息通過(guò)數(shù)據(jù)總線(xiàn)在 CPU與I/O接

62、口之間傳送。 1數(shù)據(jù)信息數(shù)字量以二進(jìn)制代碼形式表示的數(shù)或以ASCII碼表示的數(shù)或字符。如，由鍵盤(pán)、CRT、打印機(jī)及磁盤(pán)等I/O外設(shè)與CPU交換的信息。模擬量模擬量是隨時(shí)間變化的連續(xù)量。如，溫度、壓力、電流、位移等。當(dāng)計(jì)算機(jī)用于控制系統(tǒng)時(shí)，大量的現(xiàn)場(chǎng)信息經(jīng)過(guò)傳感器把非電量轉(zhuǎn)換成電量，并經(jīng)過(guò)放大處理得到模擬電壓或電流，經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后輸入計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)輸出的（數(shù)字）控制信號(hào)經(jīng)過(guò)D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn) 換成模擬量才能去控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)。開(kāi)關(guān)量 1數(shù)據(jù)信息（續(xù)）數(shù)字量模擬量開(kāi)關(guān)量由兩個(gè)狀態(tài)組成的量。如，開(kāi)關(guān)的斷開(kāi)和閉合、機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)與停止、閥門(mén)的打開(kāi)與關(guān)閉等。開(kāi)關(guān)量用一位二進(jìn)制即可表示，故對(duì)于字長(zhǎng)為8位（或1

63、6位）的計(jì)算機(jī)，一次可輸入或輸出8個(gè)（或16個(gè)）開(kāi)關(guān)量。 2狀態(tài)信息狀態(tài)信號(hào)是反映外設(shè)或接口電路當(dāng)前工作狀態(tài)的聯(lián)絡(luò)信號(hào)。狀態(tài)信號(hào)是CPU與I/O外設(shè)正確進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的重要條件。CPU通過(guò)對(duì)外設(shè)狀態(tài)信號(hào)的讀取，可得知其工作狀態(tài)。如，輸入設(shè)備的數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)備好，輸出是否空閑。 3控制信息控制信號(hào)是CPU用來(lái)控制I/O外設(shè)（包括I/O接口）工作的各種命令信息。如，CPU發(fā)出的讀/寫(xiě)信號(hào)。 I/O接口的基本結(jié)構(gòu)I/O接口的基本部件：數(shù)據(jù)寄存器、狀態(tài)寄存器、控制寄存器、內(nèi)部定時(shí)與控制邏輯。數(shù)據(jù)寄存器用于寄存CPU與外設(shè)之間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息，對(duì)數(shù)據(jù)信息的傳輸起緩沖的作用。狀態(tài)寄存器用于寄存外設(shè)向CPU發(fā)出的狀

64、態(tài)信息，以便于CPU查詢(xún)，使CPU能夠了解外設(shè)的當(dāng)前工作狀態(tài)?？刂萍拇嫫饔糜诩拇鍯PU向外設(shè)發(fā)出的控制信息，控制信息可以決定I/O接口的工作方式，可以啟動(dòng)或停止外設(shè)的工作等。 I/O接口的功能（1/6）（1）數(shù)據(jù)緩沖和鎖存功能為了協(xié)調(diào)高速主機(jī)與低速外設(shè)間的速度不匹配問(wèn)題，避免數(shù)據(jù)丟失，接口電路中一般都設(shè)有數(shù)據(jù)鎖存器或緩沖器。在輸出接口中，一般都要安排鎖存環(huán)節(jié)（如鎖存器），以便鎖存輸出數(shù)據(jù)，使較慢的外設(shè)有足夠的時(shí)間進(jìn)行處理，而CPU和總線(xiàn)可以去忙自己的其他工作。在輸入接口中，一般要安排緩沖隔離環(huán)節(jié)（如三態(tài)門(mén)），只有當(dāng)CPU選通時(shí)，才允許某個(gè)選定的輸入設(shè)備將數(shù)據(jù)送到系統(tǒng)總線(xiàn)，其他的輸入設(shè)備此時(shí)與數(shù)

65、據(jù)總線(xiàn)隔離。 I/O接口的功能（2/6）（2）信號(hào)轉(zhuǎn)換功能外設(shè)所需要的控制信號(hào)和它所能提供的狀態(tài)信號(hào)往往和微機(jī)的總線(xiàn)信號(hào)不兼容，外設(shè)的電平和CPU規(guī)定的0、1電平不一致，因此，需要信號(hào)的轉(zhuǎn)換。信號(hào)轉(zhuǎn)換包括CPU的信號(hào)與外設(shè)的信號(hào)在邏輯上、時(shí)序配合上以及電平匹配上的轉(zhuǎn)換，這些是接口電路應(yīng)完成的重要任務(wù)之一。 I/O接口的功能（3/6）（3）數(shù)據(jù)格式變換功能CPU處理的數(shù)據(jù)均是8位、16位或32位的井行二進(jìn)制數(shù)據(jù)，而外設(shè)的數(shù)據(jù)位寬度不一定與CPU總線(xiàn)保持一致，如串行通信設(shè)備只能處理串行數(shù)據(jù)。接口電路應(yīng)具有相應(yīng)的數(shù)據(jù)變換功能。 I/O接口的功能（4/6）（4）接收和執(zhí)行CPU命令的功能一般CPU對(duì)外

66、設(shè)的控制命令是以代碼形式發(fā)送到接口電路的控制寄存器中的，再由接口電路對(duì)命令代碼進(jìn)行識(shí)別和分析，并產(chǎn)生若干與所連外設(shè)相適應(yīng)的控制信號(hào)，并傳送到I/O設(shè)備，使其產(chǎn)生相應(yīng)的具體操作。 I/O接口的功能（5/6）（5）設(shè)備選擇功能微機(jī)系統(tǒng)中一般接有多臺(tái)外設(shè)，一種外設(shè)又往往要與CPU交換幾種信息，因而一個(gè)外設(shè)接口中通常包含若干個(gè)端口，而CPU在同一時(shí)間內(nèi)只能與一個(gè)端口交換信息，這時(shí)就要借助于接口電路中的地址譯碼電路對(duì)外設(shè)進(jìn)行選擇。只有被選中的設(shè)備或部件才能與CPU進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。 I/O接口的功能（6/6）（6）中斷管理功能當(dāng)外設(shè)需要及時(shí)得到CPU服務(wù)時(shí)，特別是在出現(xiàn)故障應(yīng)得到CPU立即處理時(shí)，就要求在接口中設(shè)有中斷控制器或優(yōu)先級(jí)管理電路，使CPU能處理有關(guān)的中斷事務(wù)，中斷管理功能不僅使微機(jī)系統(tǒng)對(duì)外具有實(shí)時(shí)響應(yīng)功能，又使CPU與外設(shè)并行工作，提高了CPU的工作效率。 I/O接口類(lèi)型接口電路應(yīng)根據(jù)所連的外設(shè)的功能進(jìn)行設(shè)計(jì)。I/O接口按功能分類(lèi)與主機(jī)配套的接口中斷控制、DMA控制、總線(xiàn)裁決、存儲(chǔ)管理、。專(zhuān)用外設(shè)接口軟盤(pán)控制、硬盤(pán)控制、顯示器控制、鍵盤(pán)控制、。通用I/O控制 定時(shí)器、并行I/O接口、串行