嵌入式系统硬件开发平台

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1、第2章嵌入式系统硬件开发平台教材：嵌入式系统设计与应用作者：张思民出版：清华大学出版社第2章嵌入式系统硬件开发平台2.1相关基础知识2.2嵌入式系统硬件平台2.3ARM微处理器体系2.4微处理器结构2.1相关基础知识嵌入式系统的组成处理器存储器输入输出操作系统应用程序软件结构硬件结构1、微处理器中央微处理器，简称CPU，它是计算机中最重要的一个部分，它决定嵌入式系统的主要功能特性。CPU又由运算器和控制器两大部分组成。2、寄存器所谓寄存器（register），是CPU内部用来存放数据的一些小型存储区域，用于暂时存放参与运算的数据和运算结果。寄存器是一种时序逻辑

2、电路，但这种时序逻辑电路只包含存储电路。寄存器的存储电路是由锁存器或触发器构成的，因为一个锁存器或触发器能存储1位二进制数，所以由N个锁存器或触发器可以构成N位寄存器。寄存器是CPU内部的元件，寄存器拥有非常高的读写速度，所以在寄存器之间的数据传送非常快。外部设备也有寄存器，是一种存储单元，其物理结构跟内存单元不一样，但作用跟内存单元一样，都能保存信息。在设计时，给外部设备的每个寄存器都分配一个地址，CPU可以根据地址访问某个寄存器，则该寄存器发生相应的动作：或接收数据总线上的数据（对应于写操作），或把自己的数据送到数据总线上（对应于读操作）。当CPU访问某个寄

3、存器时，同一个外设的其他寄存器和其他外设的寄存器由于没有CPU的指令不会发生动作。3、总线总线（BUS）是接口电路与CPU或者接口电路与I/O外部设备之间连接的主要形式，是各功能部件之间传送信息的公共通路。采用一组公共的信号线作为嵌入式系统各部件之间的通信线，这组公共信号线就称为总线。通信协议通信协议是指通信双方的一种约定。约定包括对数据格式、同步方式、传送速度、传送步骤等问题做出统一规定，通信双方必须共同遵守。（1）总线时序协议（2）异步时序协议的握手协议（3）总线仲裁方式（4）总线标准（1）总线时序协议同步时序：总线上所有事件共用同一时钟脉冲进行操作过程的控

4、制，所有事件都在时钟周期的开始发生。异步时序：操作由源或目的模块发出的特定信号确定。双方相互提供联络信号。（2）异步时序协议的握手协议握手协议是总线异步时序的基本构件。握手协议数据传送过程的4个周期：4、I/O端口I/O端口又称为I/O接口，它是微处理器对外控制和信息交换的必经之路，是CPU与外部设备连接的桥梁，它在CPU与外部设备之间起信息转换和匹配的作用。I/O端口有串行和并行之分，串行I/O端口一次只能传送一位二进制数信息，而并行I/O端口一次能传送一组二进制数信息。图2.3I/O接口电路的位置CPU对外设I/O端口物理地址的编址方式有两种：一种是I/O映

5、射方式（I/O－mapped）；另一种是内存映射方式（Memory－mapped）。具体采用哪一种则取决于CPU的体系结构。5、中断中断方式是指，当外部设备准备与CPU进行数据传输时，外部设备首先向CPU发出中断请求，CPU接收到中断请求并在一定条件下，暂时停止原来的程序并执行中断服务处理程序，执行完毕以后再返回原来的程序继续执行。图2.4中断处理的各个阶段6、数据编码设用微处理器控制一串彩灯（发光二极管）的亮灭。如图2.4所示。我们设不发光的口线（高电平）为1，发光的口线（低电平）为0。当彩灯L1发光时，PD0口线为低电平，而其余口线均为高电平。则可以表示为以

6、下对应值：PD7PD6PD5PD4PD3PD2PD1PD011111110用二进制数表示为：11111110。用十六进制编码，其值为：FEH。再如，要彩灯L8发光，其余均不发光，则有：用二进制数表示为：01111111。十六进制编码为：7FH。则可以表示为以下对应值：PD7PD6PD5PD4PD3PD2PD1PD001111111若希望两边亮，中间暗，则：十六进制编码为：7EH。PD7PD6PD5PD4PD3PD2PD1PD0011111102.2嵌入式系统硬件平台2.2嵌入式系统硬件平台嵌入式微处理器芯片自己是不可能独立工作的，需要必要的外围设备给它提供基本的

7、工作条件。所谓嵌入式硬件平台由嵌入式处理器和嵌入式系统外围设备组成，其结构如图2.5所示。图2.5嵌入式系统硬件结构1、嵌入式处理器嵌入式处理器通常包括几个部分：处理器内核、地址总线、数据总线、控制总线、片上I/O接口电路及辅助电路（如时钟、复位电路等）。嵌入式处理器可以分为3类：嵌入式微处理器、嵌入式微控制器、嵌入式DSP（DigitalSignalProcessor，数字信号处理器），嵌入式微处理器分类（1）嵌入式微控制器嵌入式微控制器的典型代表是单片机，这种８位的电子器件目前在嵌入式设备中仍然有着极其广泛的应用。单片机芯片内部集成ROM、RAM、总线、总线

8、逻辑、定时/计数器、看门