1、1嵌入式系統嵌入式系統第五講第五講 基于基于ARMARM的硬件系統結構設計的硬件系統結構設計2本節提要本節提要基于基于ARM的硬件系統體系結構的硬件系統體系結構存儲器接口設計存儲器接口設計網絡接口設計網絡接口設計I/OI/O接口設計接口設計人機交互接口設計人機交互接口設計其它通訊接口設計其它通訊接口設計3基于ARM的硬件設計主要介紹基于主要介紹基于ARM7ARM7的嵌入式硬件開發平臺的設計方的嵌入式硬件開發平臺的設計方法，包括結構、主要接口、存儲器選用方案以及外設、顯法，包括結構、主要接口、存儲器選用方案以及外設、顯示等方面的內容。示等方面的內容。 l嵌入式硬件開發平臺的體系結構嵌入式硬件開發

2、平臺的體系結構l外圍存儲器接口設計方法外圍存儲器接口設計方法l鍵盤、鍵盤、LCDLCD等人機交互接口的設計等人機交互接口的設計l觸摸屏的設計觸摸屏的設計l以太網設計以太網設計lCANCAN總線設計總線設計4Samsung S3C44B0XlSamsung S3C44B0XSamsung S3C44B0X微處理器是三星公司專為手持設備和微處理器是三星公司專為手持設備和一般應用提供的高性價比和高性能的微控制器解決方案一般應用提供的高性價比和高性能的微控制器解決方案，它使用，它使用ARM7TDMIARM7TDMI核，工作在核，工作在66MHZ66MHZ。為了降低系統總。為了降低系統總成本和減少外圍器

3、件，這款芯片中還集成了下列部件：成本和減少外圍器件，這款芯片中還集成了下列部件：l8KB Cache8KB Cache、外部存儲器控制器、外部存儲器控制器、LCDLCD控制器、控制器、4 4個個DMADMA通通道、道、2 2通道通道UARTUART、1 1個多主個多主I2CI2C總線控制器、總線控制器、1 1個個IISIIS總線總線控制器，控制器，5 5通道通道PWMPWM定時器及一個內部定時器、定時器及一個內部定時器、7171個通用個通用I/OI/O口、口、8 8個外部中斷源、實時時鐘、個外部中斷源、實時時鐘、8 8通道通道1010位位ADCADC等。等。5基于ARM的嵌入式硬件平臺體系結構

4、6芯片體系結構7S3C44B0X存儲系統的特征l支持數據存儲的大支持數據存儲的大/ /小端選擇小端選擇( (通過外部引腳進行選擇通過外部引腳進行選擇) )l地址空間：具有地址空間：具有8 8個存儲體，每個存儲體可達個存儲體，每個存儲體可達32Mb32Mb，總，總共可達共可達256Mb256Mb。l對所有存儲體的訪問大小均可進行改變（對所有存儲體的訪問大小均可進行改變（8 8位位1616位位3232位）位）l8 8個存儲體中，個存儲體中，Bank0Bank0Bank5Bank5可支持可支持ROMROM、SRAMSRAM；Bank6Bank6、Bank7Bank7可支持可支持ROMROM、SRAM

5、SRAM和和FPFPEDOEDOSDRAMSDRAM等。等。l7 7個存儲體的起始地址固定，個存儲體的起始地址固定，1 1個存儲體的起始地址可個存儲體的起始地址可變。變。 8復位后的S3C44B0X的存儲器映射表 2MB/4MB/8MB/16MB/32MB 2MB/4MB/8MB/16MB/32MB 32MB 32MB 32MB 32MB 32MB 28MB 256MB SA27:0 可存取 區域 參 見 表 7-1 特殊功能 寄存器（4MB） SROM （nGCS1） SROM （nGCS1） SROM （nGCS2） SROM （nGCS3） SROM （nGCS4） SROM （nGCS

6、5） SROM/DRAM/SDRAM （nGCS6） SROM/DRAM/SDRAM （Ngcs7） 0 x1000_0000 0 x0e00_0000 0 x0c00_0000 0 x0e00_0000 0 x0800_0000 0 x0600_0000 0 x0400_0000 0 x0200_0000 0 x01c0_0000 0 x0000_0000 9系統的存儲空間分配lBank0:Bank0:兩片兩片512KFlash512KFlash，放置系統引導程序，系統上電復位后，放置系統引導程序，系統上電復位后，PCPC指針自動指向指針自動指向Bank0Bank0的第一個單元，進行系統自舉

7、。的第一個單元，進行系統自舉。lBank1Bank1：K9F2808K9F2808（三星（三星 16Mbyte Flash16Mbyte Flash），非線性尋址。具體的），非線性尋址。具體的時序可以參考時序可以參考K9F2808K9F2808的的datasheetdatasheetlBank2Bank2：USBN9603USBN9603。USBUSB設備端接口芯片，占用系統外部中斷設備端接口芯片，占用系統外部中斷0 0。8 8位數據總線。位數據總線。lBank3Bank3、Bank4Bank4未接設備。可以供擴展使用未接設備。可以供擴展使用lBank5Bank5：RTL8019ASRTL80

8、19AS，ISAISA總線兼容的總線兼容的10M10M以太網（以太網（PHYPHYMACMAC層）控層）控制芯片。占用系統外部中斷制芯片。占用系統外部中斷1 1，1616位數據總線位數據總線10lBank6Bank6：SDRAMSDRAM，起始地址為，起始地址為0 xC0000000 xC000000。在。在SDRAMSDRAM中，前中，前512Kbyte512Kbyte的空間劃分出來，作為系統的的空間劃分出來，作為系統的LCDLCD顯示緩沖區使用（更新其中的數顯示緩沖區使用（更新其中的數據，就可以更新據，就可以更新LCDLCD的顯示）。系統的程序存儲空間從的顯示）。系統的程序存儲空間從0 x

9、C0800000 xC080000開始。也就是，引導系統的時候，需要把開始。也就是，引導系統的時候，需要把system.binsystem.bin文件復制到文件復制到0 xC0800000 xC080000開始的地址空間，把開始的地址空間，把PCPC指針指向指針指向0 xC0800000 xC080000。lBank7Bank7：未使用。可以擴展另一片：未使用。可以擴展另一片SDRAMSDRAM，或者其他的外設。，或者其他的外設。l系統的同步串行口（系統的同步串行口（SIOSIO），連接著觸摸屏控制芯片），連接著觸摸屏控制芯片FM7843FM7843（與（與ADS7843ADS7843完全兼容

10、）。在同步串行口上，還可以擴展其他的芯片。完全兼容）。在同步串行口上，還可以擴展其他的芯片。靠靠IOIO口控制設備的片選信號（口控制設備的片選信號（CSCS）來防止設備的沖突。）來防止設備的沖突。l注：系統的擴展接口上，注：系統的擴展接口上，A0A0的標號，連接在的標號，連接在S3C44B0XS3C44B0X的的ADDR1ADDR1上，上，后面的地址依次向后錯位。后面的地址依次向后錯位。11本節提要本節提要基于基于ARM的硬件系統體系結構的硬件系統體系結構存儲器接口設計存儲器接口設計網絡接口設計網絡接口設計I/OI/O接口設計接口設計人機交互接口設計人機交互接口設計其它通訊接口設計其它通訊接口

11、設計12S3C44B0X與FLASH的連接（Half Word方式）13l使用使用Bank0Bank0上的兩片上的兩片512Kb512Kb2 2來放置系統來放置系統BIOSBIOS，系統上電以后，系統上電以后，PCPC指針自動指向指針自動指向Bank0Bank0的第一個單元，開始進行系統自舉。系統的第一個單元，開始進行系統自舉。系統自舉完成以后，便從硬盤中將系統文件和用戶應用程序復制到自舉完成以后，便從硬盤中將系統文件和用戶應用程序復制到SDRAMSDRAM內存中執行。內存中執行。lBank1Bank1上接上接16M16M非線性非線性FlashFlash，當做系統硬盤使用，可以構造文件，當做系

12、統硬盤使用，可以構造文件系統，存放海量數據。系統，存放海量數據。l用用SDRAMSDRAM當作系統內存，只有當作系統內存，只有Bank6/Bank7Bank6/Bank7能支持能支持SDRAMSDRAM，所以將，所以將SDRAMSDRAM接在接在Bank6Bank6上。如果同時使用上。如果同時使用Bank6/Bank7Bank6/Bank7，則要求連接相，則要求連接相同容量的存儲器，而且其地址空間在物理上是連續的。同容量的存儲器，而且其地址空間在物理上是連續的。存儲器接口設計14關于BOOT ROMlBank0Bank0：系統的啟動：系統的啟動ROMROM（Flash RomFlash Rom

13、）。在系統復位的時候，處理）。在系統復位的時候，處理器的器的PCPC（程序計數器）指針指向（程序計數器）指針指向0 x00 x0地址。在地址。在Bank0Bank0的起始地址的的起始地址的程序，就是系統的初始化程序。此程序的主要任務是：程序，就是系統的初始化程序。此程序的主要任務是：1 1、管理處理器的中斷服務程序、管理處理器的中斷服務程序l處理器的中斷是從處理器的中斷是從0 x00 x0地址開始，引導地址開始，引導ROMROM負責把這一部分的中斷負責把這一部分的中斷映射到另一個區域，以便系統處理。具體的做法，可以參考映射到另一個區域，以便系統處理。具體的做法，可以參考44binit.s44b

14、init.s里面的代碼。（這部分代碼是三星主頁可以提供，它把里面的代碼。（這部分代碼是三星主頁可以提供，它把系統的中斷，映射到了不同的指針所指向的地址空間（主要就是系統的中斷，映射到了不同的指針所指向的地址空間（主要就是系統系統RAMRAM的空間）。的空間）。152 2、初始化硬件平臺，配置其他的、初始化硬件平臺，配置其他的BankBanklS3C44B0XS3C44B0X的的Bank0Bank0是通過外部的一個管腳提供的上拉、下拉電阻來是通過外部的一個管腳提供的上拉、下拉電阻來配置的。主要包括：數據位數（配置的。主要包括：數據位數（8 8位、位、1616位、位、3232位），數據格式（位），

15、數據格式（大端、小端）。而其他的大端、小端）。而其他的BankBank的配置，以及讀寫周期等信息是靠的配置，以及讀寫周期等信息是靠Bank0Bank0內部的代碼配置相應的寄存器來實現的。同時，系統的引導內部的代碼配置相應的寄存器來實現的。同時，系統的引導RomRom也負責配置系統的其他的一些寄存器，比如，系統的也負責配置系統的其他的一些寄存器，比如，系統的PLLPLL（鎖（鎖頻環）配置，系統的頻環）配置，系統的IOIO口等一些端口功能的配置等等。口等一些端口功能的配置等等。163 3、系統自動檢測、系統自動檢測l引導引導RomRom負責檢測系統的啟動所必須的外設是否正常。主要是系統負責檢測系統

16、的啟動所必須的外設是否正常。主要是系統的的SDRAMSDRAM的檢測。的檢測。4 4、系統的軟件設置，更新系統（、系統的軟件設置，更新系統（system.binsystem.bin）l用戶可以在系統啟動的時候，按任意鍵，進入系統的軟件設置狀用戶可以在系統啟動的時候，按任意鍵，進入系統的軟件設置狀態。通過引導態。通過引導RomRom設置或者查看系統的一些軟件信息。包括：通過設置或者查看系統的一些軟件信息。包括：通過開啟開啟USBUSB端口；更新系統文件端口；更新系統文件system.binsystem.bin；LCDLCD顯示測試；演示程顯示測試；演示程序的裝載測試；鍵盤測試；觸摸屏的坐標校準；

17、觸摸屏測試；以序的裝載測試；鍵盤測試；觸摸屏的坐標校準；觸摸屏測試；以太網地址的設置等太網地址的設置等17本節提要本節提要基于基于ARM的硬件系統體系結構的硬件系統體系結構存儲器接口設計存儲器接口設計網絡接口設計網絡接口設計I/O接口設計接口設計人機交互接口設計人機交互接口設計其它通訊接口設計其它通訊接口設計18嵌入式開發板與PC機的串行通訊嵌入式開發板和嵌入式開發板和PC機的通訊電纜可以按照如圖所示的方式機的通訊電纜可以按照如圖所示的方式連接。連接。19I/O接口設計 I/OI/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

18、接部件（電路）。它在主機和外圍設備之間的信息交換中起的連接部件（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：著橋梁和紐帶作用。設置接口電路的必要性：a)a)解決解決CPUCPU和外圍設備之間的時序配合和通信聯絡問題。和外圍設備之間的時序配合和通信聯絡問題。b)b)解決解決CPUCPU和外圍設備之間的數據格式轉換和匹配問題。和外圍設備之間的數據格式轉換和匹配問題。c)c)解決解決CPUCPU的負載能力和外圍設備端口選擇問題。的負載能力和外圍設備端口選擇問題。20I/O接口的編址方式1 1）I/OI/O接口獨立編址：接口獨立編址：l這種編址方式是將存儲器地址

19、空間和這種編址方式是將存儲器地址空間和I/OI/O接口地址空間分開設置，接口地址空間分開設置，互不影響。設有專門的輸入指令（互不影響。設有專門的輸入指令（ININ）和輸出指令（）和輸出指令（OUTOUT）來完成）來完成I/OI/O操作。操作。2 2）I/OI/O接口與存儲器統一編址方式：接口與存儲器統一編址方式：l這種編址方式不區分存儲器地址空間和這種編址方式不區分存儲器地址空間和I/OI/O接口地址空間，把所有接口地址空間，把所有的的I/OI/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一編號的地址號。也

20、不設專門的輸都安排一個或幾個與存儲器統一編號的地址號。也不設專門的輸入入/ /輸出指令，所有傳送和訪問存儲器的指令都可用來對輸出指令，所有傳送和訪問存儲器的指令都可用來對I/OI/O接口接口操作。操作。21兩種編址方式有各自的優缺點1 1）獨立編址方式：）獨立編址方式：l主要優點：內存地址空間與主要優點：內存地址空間與I/OI/O接口地址空間分開，互不影響，譯接口地址空間分開，互不影響，譯碼電路較簡單，并設有專門的碼電路較簡單，并設有專門的I/OI/O指令，所以編程序易于區分，且指令，所以編程序易于區分，且執行時間短，快速性好。執行時間短，快速性好。l缺點：只用缺點：只用I/OI/O指令訪問指

21、令訪問I/OI/O端口，功能有限且要采用專用端口，功能有限且要采用專用I/OI/O周期周期和專用和專用I/OI/O控制線，使微處理器復雜化。控制線，使微處理器復雜化。2 2）統一編址方式）統一編址方式l主要優點：訪問內存的指令都可用于主要優點：訪問內存的指令都可用于I/OI/O操作，數據處理功能強；操作，數據處理功能強；同時同時I/OI/O接口可與存儲器部分共用譯碼和控制電路。接口可與存儲器部分共用譯碼和控制電路。l缺點：一是缺點：一是I/OI/O接口要占用存儲器地址空間的一部分；二是因不用接口要占用存儲器地址空間的一部分；二是因不用專門的專門的I/OI/O指令，程序中較難區分指令，程序中較難

22、區分I/OI/O操作。操作。 22S3C44B0X的I/O接口lARMARM系統完成系統完成I/OI/O功能的標準方法是使用存儲器映射功能的標準方法是使用存儲器映射I/OI/O。這種方法。這種方法使用特定的存儲器地址。當從這些地址加載或向這些地址存儲時使用特定的存儲器地址。當從這些地址加載或向這些地址存儲時，它們提供，它們提供I/OI/O功能。典型情況下，從存儲器映射功能。典型情況下，從存儲器映射I/OI/O地址加載用地址加載用于輸入，而向存儲器映射于輸入，而向存儲器映射I/OI/O地址存儲用于輸出。地址存儲用于輸出。lS3C44B0XS3C44B0X有有71 71 個多功能輸入個多功能輸入

23、輸出管腳，構成了輸出管腳，構成了7 7個個I/OI/O接口：接口：l兩個兩個9 9位的輸入位的輸入/ /輸出接口（輸出接口（E E和和F F）l兩個兩個8 8位的輸入位的輸入/ /輸出接口（輸出接口（D D和和G G）l一個一個1616位的輸入位的輸入/ /輸出接口（輸出接口（C C）l一個一個1010位的輸出接口（位的輸出接口（A A）l一個一個1111位的輸出接口（位的輸出接口（B B）23本節提要本節提要基于基于ARM的硬件系統體系結構的硬件系統體系結構存儲器接口設計存儲器接口設計網絡接口設計網絡接口設計I/OI/O接口設計接口設計人機交互接口設計人機交互接口設計其它通訊接口設計其它通訊

24、接口設計24鍵盤接口設計l鍵盤模塊鍵盤可能用來輸入數字型數據或者選擇控制設備的操作鍵盤模塊鍵盤可能用來輸入數字型數據或者選擇控制設備的操作模式。模式。l鍵盤有兩種方案：一是采用現有的一些芯片實現鍵盤掃描；再就鍵盤有兩種方案：一是采用現有的一些芯片實現鍵盤掃描；再就是用軟件實現鍵盤掃描。嵌入式控制器的功能很強，可能允分利是用軟件實現鍵盤掃描。嵌入式控制器的功能很強，可能允分利用這一資源。用這一資源。25一個瞬時接觸開關一個瞬時接觸開關（按鈕）放置在每一行與（按鈕）放置在每一行與線一列的交叉點。矩陣所線一列的交叉點。矩陣所需的鍵的數目顯然根據應需的鍵的數目顯然根據應用程序而不同。每一行由用程序而不

25、同。每一行由一個輸出端口的一位驅動一個輸出端口的一位驅動，而每一列由一個電阻器，而每一列由一個電阻器上拉且供給輸入端口一位上拉且供給輸入端口一位。鍵盤掃描陣列26鍵盤掃描過程就是讓微處理器按有規律的時間間隔查看鍵鍵盤掃描過程就是讓微處理器按有規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，根據按下的鍵來判定應的唯一標識符。應用程序利用該掃描碼，根據按下的鍵來判定應該采取什么行動。該采取什么行動。 l消抖算法：消抖算法：l組合鍵處理組合鍵處理鍵盤掃描方法27/得到按鍵的掃描碼，

26、格式為得到按鍵的掃描碼，格式為0 xXYZWU16 GetScanKey()U16 key;U8 i,temp;for(i=1;i0 x10;i=1) /I/O口送出數據口送出數據rPDATD|=0 xf;rPDATD&=i;key4);return key;鍵盤掃描程序28LCD接口設計LCDLCD顯示模塊顯示模塊液晶顯示是一種被動的顯示，它不能發光，只能使用周圍環液晶顯示是一種被動的顯示，它不能發光，只能使用周圍環境的光。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和固體雙重性質的有機物，它的棒狀結構在

27、液晶料是一種兼有液態和固體雙重性質的有機物，它的棒狀結構在液晶盒內一般平行排列，但在電場作用下能改變其排列方向。盒內一般平行排列，但在電場作用下能改變其排列方向。LCDLCD的背光：的背光：lELEL（場致發光）：（場致發光）：2000-30002000-3000小時小時l和和LEDLED光源：字符模式，光源：字符模式，5000050000小時小時29LCD的顯示方式l反射型反射型LCDLCD：底偏光片后面加了一塊反射板，它一般在戶外和光線：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。良好的辦公室使用。l透射型透射型LCDLCD：底偏光片是透射偏光片，它需要連續使用背光源，

28、一：底偏光片是透射偏光片，它需要連續使用背光源，一般在光線差的環境使用。般在光線差的環境使用。l透反射型透反射型LCDLCD：是處于以上兩者之間，底偏光片能部分反光，一般：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，可關掉背光源；光線差時，可點亮也帶背光源，光線好的時候，可關掉背光源；光線差時，可點亮背光源使用背光源使用LCDLCD。30反射型LCD的結構31lLCDLCD通常由兩種方式，一種是帶有驅動芯片的通常由兩種方式，一種是帶有驅動芯片的LCDLCD模塊，基本上屬模塊，基本上屬于半成品于半成品l如果有需要，也可以直接使用芯片上的內置如果有需要，也可以直接使用芯片

29、上的內置LCDLCD控制器來構造顯示控制器來構造顯示模塊，它可以支持彩色模塊，它可以支持彩色/ /灰度灰度/ /單色三種模式，灰度模式下可支持單色三種模式，灰度模式下可支持4 4級灰度和級灰度和1616級灰度，彩色模式下最多支持級灰度，彩色模式下最多支持256256色，色，LCDLCD的實際尺寸的實際尺寸可支持到可支持到320X240320X240。LCD的驅動方式32嵌入式處理器與LCD的連接嵌入嵌入式處式處理器理器LCD模塊模塊數據數據總線總線寄存器選擇寄存器選擇使能信號使能信號33 從系統結構上來講，由于顯示器模塊中已經有顯示存從系統結構上來講，由于顯示器模塊中已經有顯示存儲器。顯存中的

30、每一個單元對應儲器。顯存中的每一個單元對應LCDLCD上的一個點，只上的一個點，只要顯存中的內容改變，顯示結果便進行刷新。于是便要顯存中的內容改變，顯示結果便進行刷新。于是便存在兩種刷新：存在兩種刷新：1 1直接根據系統要求對顯存進行修改，一種是只需修改相應的局直接根據系統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，將增加系統負擔。統負擔。2 2 專門開辟顯示內存，在需要刷新時候由程

31、序進行顯示更新。這專門開辟顯示內存，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一的顯示更新，界面也可以比較美觀，不致由于無法預料進行統一的顯示更新，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。的刷新動作導致顯示界面閃爍。LCD的顯示控制34觸摸屏接口設計觸摸屏的分類觸摸屏的分類l電阻式觸摸屏電阻式觸摸屏 l表面聲波觸摸屏表面聲波觸摸屏 l紅外式觸摸屏紅外式觸摸屏 l電容式觸摸屏電容式觸摸屏35電阻式觸摸屏l分為四線電阻和五線電阻觸摸屏分為四線電阻和五線電阻觸摸屏l

32、電阻技術觸摸屏是一種對外界完全隔離的工作環境，故不怕灰塵電阻技術觸摸屏是一種對外界完全隔離的工作環境，故不怕灰塵、水汽和油污，可以用任何物體來觸摸，比較適合工業控制領域、水汽和油污，可以用任何物體來觸摸，比較適合工業控制領域及辦公室內有限人的使用。及辦公室內有限人的使用。 36四線電阻觸摸屏原理37測量原理l在觸摸點在觸摸點X X、Y Y坐標的測量過程中，測量電壓與測量點的等效電路圖所坐標的測量過程中，測量電壓與測量點的等效電路圖所示，圖中示，圖中P P為測量點為測量點 XVYY38觸摸屏芯片39FM(ADS)7843的特點l實現觸摸屏的驅動選擇控制（實現觸摸屏的驅動選擇控制（X X、Y Y通

33、道）通道）l對于輸入電壓或附加電壓進行對于輸入電壓或附加電壓進行ADAD轉換轉換l同步串行接口同步串行接口l最大轉換速率最大轉換速率125KHz125KHzl可編程控制可編程控制8 8位或者位或者1212位轉換模式位轉換模式l工作電壓工作電壓2.7V-5.0V2.7V-5.0Vl兩個附加的輸入端口兩個附加的輸入端口40FM7843與ARM的連接41AD7843的工作時序lArmArm同步串口（同步串口（SIOSIO）向）向ADS7843ADS7843發送控制字發送控制字l轉換完成后從轉換完成后從ADS7843ADS7843串口讀出電壓轉換值串口讀出電壓轉換值 A/DA/D轉換時序（每次轉換需要

34、轉換時序（每次轉換需要2424個時鐘周期）個時鐘周期）42觸摸屏的驅動#define ADS7843_CTRL_START0 x80#define ADS7843_GET_X0 x50#define ADS7843_GET_Y0 x10#define ADS7843_CTRL_12MODE0 x0#define ADS7843_CTRL_8MODE0 x8#define ADS7843_CTRL_SER0 x4#define ADS7843_CTRL_DFR0 x0#define ADS7843_CTRL_DISPWD0 x3/ Disable power down#define ADS784

35、3_CTRL_ENPWD0 x0/ enable power down#define ADS7843_PIN_CS(16)/GPF6#define ADS7843_PIN_PEN (15)/GPG5/#define ADS7843_PIN_BUSY(16)/觸摸屏動作觸摸屏動作/#define TCHSCR_ACTION_NULL0#define TCHSCR_ACTION_CLICK1/觸摸屏單擊觸摸屏單擊#define TCHSCR_ACTION_DBCLICK2/觸摸屏雙擊觸摸屏雙擊#define TCHSCR_ACTION_DOWN3/觸摸屏按下觸摸屏按下#define TCHSCR_

36、ACTION_UP4/觸摸屏抬起觸摸屏抬起#define TCHSCR_ACTION_MOVE5/觸摸屏移動觸摸屏移動#define TCHSCR_IsPenNotDown()(rPDATG&ADS7843_PIN_PEN)void TchScr_init(void);void TchScr_GetScrXY(int *x, int *y);43函數TchScrGetScrXY(int *x, int *y)的結構44本節提要本節提要基于基于ARM的硬件系統體系結構的硬件系統體系結構存儲器接口設計存儲器接口設計網絡接口設計網絡接口設計I/OI/O接口設計接口設計人機交互接口設計人機交互

37、接口設計其它通訊接口設計其它通訊接口設計45以太網接口的基本知識1、傳輸編碼、傳輸編碼l曼徹斯特編碼曼徹斯特編碼l曼徹斯特編碼，常用于局域網傳輸。在曼徹斯特編碼中，曼徹斯特編碼，常用于局域網傳輸。在曼徹斯特編碼中，每一位的中間有一跳變，位中間的跳變既作每一位的中間有一跳變，位中間的跳變既作“時鐘信號時鐘信號”，又作，又作“數據信號數據信號”；從低到高跳變表示從低到高跳變表示“0”，從高到低從高到低跳變表示跳變表示“1”。l差分曼徹斯特編碼差分曼徹斯特編碼:l每位中間的跳變僅提供時鐘定時，而用每位每位中間的跳變僅提供時鐘定時，而用每位開始時有無跳開始時有無跳變變表示表示0或或1“l有跳變為有跳變

38、為0，無跳變為無跳變為1。 46以太網接口的基本知識 1、傳輸編碼、傳輸編碼l曼徹斯特編碼：曼徹斯特編碼：從高到低跳變表示從高到低跳變表示“0”，從低到高跳變表示從低到高跳變表示“1”。l差分曼徹斯特編碼：差分曼徹斯特編碼：開始時有無跳變開始時有無跳變，有跳變為有跳變為“0”，無跳變為無跳變為“1”47以太網協議 l以太網MAC層物理傳輸幀 （IEEE802.3 ）PRSDDASATYPEDATAPADFCS56位位8位位48位位48位位16位位不超過不超過1500字節字節可選可選32位位PRPR：同步位，收發雙方的時鐘同步，也指明傳輸的速率（同步位，收發雙方的時鐘同步，也指明傳輸的速率（10

39、M10M、100M100M）SDSD：分隔位分隔位, ,表示下面跟著的是真正的數據表示下面跟著的是真正的數據, ,而不是同步時鐘而不是同步時鐘DADA：目目的地址的地址, ,以太網的地址為以太網的地址為4848位地址。如果為都為位地址。如果為都為F,F,則是廣播地址則是廣播地址SASA：源地址源地址,48,48位位, ,表明該幀的數據是哪個網卡發的表明該幀的數據是哪個網卡發的, ,即發送端網卡地址即發送端網卡地址TYPETYPE：類型字段，表明該幀的數據是什么類型。如：類型字段，表明該幀的數據是什么類型。如：0800H 0800H 表示數據為表示數據為IPIP 包，包，0806H0806H表示

40、數據為表示數據為ARPARP包，包，814CH814CH是是SNMPSNMP包，包，8137H8137H為為IPX/SPXIPX/SPX包包 DATADATA：數據段，該段數據不能超過：數據段，該段數據不能超過15001500字節。字節。PADPAD： 填充位。以太網幀傳輸的數據包最小不能小于填充位。以太網幀傳輸的數據包最小不能小于6060字節字節, , 當數據段不當數據段不 足足4646字節時，后面補字節時，后面補000000.(000000.(當然也可以補其它值當然也可以補其它值) )FCS: 32FCS: 32位位CRCCRC數據校驗位。該校驗由網卡自動完成數據校驗位。該校驗由網卡自動完

41、成48以太網的數據傳輸特點lPR,SD,PAD,FCSPR,SD,PAD,FCS這幾個數據段是由網卡自動產生的；只需要理解這幾個數據段是由網卡自動產生的；只需要理解DA、SA、TYPE、DATA四個段的內容四個段的內容l所有數據位的傳輸由低位開始所有數據位的傳輸由低位開始( (傳輸的位流使用曼徹斯特編碼傳輸的位流使用曼徹斯特編碼) ) l以太網的沖突退避算法是由硬件自動執行的以太網的沖突退避算法是由硬件自動執行的lDA+SA+TYPE+DATA+PADDA+SA+TYPE+DATA+PAD最小為最小為6060字節字節, ,最大為最大為15141514字節字節l以太網卡可以接收三種地址的數據，一

42、個是廣播地位，一個是多以太網卡可以接收三種地址的數據，一個是廣播地位，一個是多播地址播地址( (在嵌入式的環境中一般不用在嵌入式的環境中一般不用) )，一個是它自已的地址，一個是它自已的地址l任何兩個網卡的物理地址都是不一樣的，是世界上唯一的，網卡任何兩個網卡的物理地址都是不一樣的，是世界上唯一的，網卡地址由專門機構分配。地址由專門機構分配。49嵌入式的以太網方案l嵌入式處理器網卡芯片（嵌入式處理器網卡芯片（RTL8019RTL8019）l對嵌入式處理器沒有特殊要求，通用性強對嵌入式處理器沒有特殊要求，通用性強l處理器和網絡數據交換通過外部總線，速度慢，不適合于處理器和網絡數據交換通過外部總線

43、，速度慢，不適合于100M100M網絡網絡l帶有以太網絡接口的嵌入式處理器帶有以太網絡接口的嵌入式處理器l處理器面向網絡應用處理器面向網絡應用l處理器和網絡數據交換通過內部總線，速度快處理器和網絡數據交換通過內部總線，速度快50RTL8019的原理框圖51嵌入式網絡接口的特點l與常規的網卡設計思路不同的是，在嵌入式系統中，系統的精簡與常規的網卡設計思路不同的是，在嵌入式系統中，系統的精簡一直是個主要的原則。一直是個主要的原則。RTL8019ASRTL8019AS作為網卡，時需要一片作為網卡，時需要一片EEPROMEEPROM作作為配置存儲器，來確定通訊的端口地址，中斷地址，網卡的物理為配置存儲

44、器，來確定通訊的端口地址，中斷地址，網卡的物理地址，工作模式，制造廠商等信息；地址，工作模式，制造廠商等信息；l而在嵌入式系統中，可以使用而在嵌入式系統中，可以使用RTL8019ASRTL8019AS的默認配置和一些管腳作的默認配置和一些管腳作為網卡的初始化方法。這樣可以節省配置存儲器，減小嵌入式硬為網卡的初始化方法。這樣可以節省配置存儲器，減小嵌入式硬件平臺的體積。件平臺的體積。52基于RTL8019在嵌入式以太網設計1 RTL8019AS的初始化 RTL8019RTL8019支持即插即用模式和非即插即用模式。在嵌入式系統中支持即插即用模式和非即插即用模式。在嵌入式系統中，網卡的外設通常是不

45、經常插拔的，所以，為了系統的精簡，配，網卡的外設通常是不經常插拔的，所以，為了系統的精簡，配置置RTL8019RTL8019為非即插即用模式。有著固定的中斷，有著固定的端口為非即插即用模式。有著固定的中斷，有著固定的端口地址，假設是端口是地址，假設是端口是0 x3000 x300（這里的端口是相對于（這里的端口是相對于ISAISA總線來說的總線來說的端口，對于端口，對于ARMARM的總線，需要重新計算地址）。這些配置可以通過的總線，需要重新計算地址）。這些配置可以通過RTL8019RTL8019的外部管腳，在系統上電復位的時候，自動配置起來。的外部管腳，在系統上電復位的時候，自動配置起來。 5

46、3關于RTL8019的RAMlRTL8019RTL8019含有含有16K16K字節的字節的RAMRAM，地址為，地址為0 x4000-0 x7fff(0 x4000-0 x7fff(指的是指的是RTL8019RTL8019內部的存儲地址，是內部的存儲地址，是RTL8019RTL8019工作用的存儲器，可以通過工作用的存儲器，可以通過遠程遠程DMADMA訪問），每訪問），每256256個字節稱為一頁，共有個字節稱為一頁，共有6464頁。頁的地址就頁。頁的地址就是地址的高是地址的高8 8位，頁地址為位，頁地址為0 x40-0 x7f0 x40-0 x7f。這。這16k16k的的ramram的一部分

47、用來的一部分用來存放接收的數據包，一部分用來存儲待發送的數據包存放接收的數據包，一部分用來存儲待發送的數據包 542 通過RTL8019AS發送數據 作為一個集成的以太網芯片，數據的發送校驗，總線數據包的作為一個集成的以太網芯片，數據的發送校驗，總線數據包的碰撞檢測與避免是由芯片自己完成的。我們只需要配置發送數據碰撞檢測與避免是由芯片自己完成的。我們只需要配置發送數據的物理層地址的源地址、目的地址、數據包類型以及發送的數據的物理層地址的源地址、目的地址、數據包類型以及發送的數據就可以了。就可以了。553、通過RTL8019AS接收數據l在在RTL8019RTL8019的初始化程序中已經設置好了

48、接收緩沖區的位置，并且的初始化程序中已經設置好了接收緩沖區的位置，并且配置好了中斷的模式。當有一個正確的數據包到達的時候，配置好了中斷的模式。當有一個正確的數據包到達的時候，RTL8019RTL8019會產生一個中斷信號，在會產生一個中斷信號，在ARMARM中斷處理程序中，接收數據中斷處理程序中，接收數據。l數據的接收比較簡單，即通過遠端數據的接收比較簡單，即通過遠端DMADMA把數據從把數據從RTL8019RTL8019的的RAMRAM空間空間讀回讀回ARMARM中處理。中處理。56TCP/IP 協議的層次應用層應用層(Application) BSD套接字套接字(BSD Sockets)

49、傳輸層傳輸層 (Transport) TCP、UDP網絡層網絡層 (Network) IP、ARP、ICMP、IGMP數據鏈路層數據鏈路層(Data Link) IEEE802.3 Ethernet MAC物理層物理層 (Physical) 57l* 應用層應用層應用層是所有用戶所面向的應用程序的統稱。應用層是所有用戶所面向的應用程序的統稱。ICP/IP協協議族在這一層面有著很多協議來支持不同的應用，許多大家所熟議族在這一層面有著很多協議來支持不同的應用，許多大家所熟悉的基于悉的基于Internet的應用的實現就離不開這些協議。如我們進行萬的應用的實現就離不開這些協議。如我們進行萬維網（維網（

50、WWW）訪問用到了）訪問用到了HTTP協議、文件傳輸用協議、文件傳輸用FTP協議、電協議、電子郵件發送用子郵件發送用SMTP、域名的解析用、域名的解析用DNS協議、協議、 遠程登錄用遠程登錄用Telnet協議等等，都是屬于協議等等，都是屬于TCP/IP應用層的；就用戶而言，看到應用層的；就用戶而言，看到的是由一個個軟件所構筑的大多為圖形化的操作界面，而實際后的是由一個個軟件所構筑的大多為圖形化的操作界面，而實際后臺運行的便是上述協議。臺運行的便是上述協議。l * 傳輸層傳輸層這一層的的功能主要是提供應用程序間的通信，這一層的的功能主要是提供應用程序間的通信，TCP/IP協議族在這一層的協議有協

51、議族在這一層的協議有TCP和和UDP。l*網絡層網絡層是是TCP/IP協議族中非常關鍵的一層，主要定義了協議族中非常關鍵的一層，主要定義了IP地址地址格式，從而能夠使得不同應用類型的數據在格式，從而能夠使得不同應用類型的數據在Internet上通暢地傳輸上通暢地傳輸，IP協議就是一個網絡層協議。協議就是一個網絡層協議。 58l*數據鏈路層數據鏈路層這是這是TCP/IP軟件的最低層，負責接收軟件的最低層，負責接收IP數據包并通數據包并通過網絡發送之，或者從網絡上接收物理幀，抽出過網絡發送之，或者從網絡上接收物理幀，抽出IP數據報，交給數據報，交給IP層。對實際的網絡媒體的管理，提供可靠的傳輸。該

52、層的作用層。對實際的網絡媒體的管理，提供可靠的傳輸。該層的作用包括：物理地址尋址、數據的成幀、流量包括：物理地址尋址、數據的成幀、流量 控制、數據的檢錯、重控制、數據的檢錯、重發等。發等。 在這一層，數據的單位稱為幀（在這一層，數據的單位稱為幀（frame）。）。 數據鏈路層協數據鏈路層協議的代表包括：議的代表包括：SDLC、HDLC、PPP、STP、幀中繼等、幀中繼等 l*物理層物理層規定了激活、維持、關閉通信端點之間的機械特性、電氣規定了激活、維持、關閉通信端點之間的機械特性、電氣特性、功能特性以及過程特性。該層為上特性、功能特性以及過程特性。該層為上 層協議提供了一個傳輸層協議提供了一個

53、傳輸數據的物理媒體。數據的物理媒體。 59lIP協議協議(Internet Protocol)又稱互聯網協議，是支持網間互連的數又稱互聯網協議，是支持網間互連的數據報協議，它與據報協議，它與TCP協議（傳輸控制協議）一起構成了協議（傳輸控制協議）一起構成了TCP/IP協協議族的核心。它提供網間連接的完善功能，議族的核心。它提供網間連接的完善功能， 包括包括IP數據報規定互數據報規定互連網絡范圍內的連網絡范圍內的IP地址格式。地址格式。 Internet 上，為了實現連接到互聯上，為了實現連接到互聯網上的結點之間的通信，必須為每個結點（入網計算機）分配一網上的結點之間的通信，必須為每個結點（入網

54、計算機）分配一個地址，并且應當保證這個地址是全網唯一的，這便是個地址，并且應當保證這個地址是全網唯一的，這便是IP地址。地址。 l目前的目前的IP地址（地址（IPv4）由）由32個二進制位表示，每個二進制位表示，每8位二進制數為一位二進制數為一個整數，中間由小數點間隔，如個整數，中間由小數點間隔，如8，整個，整個IP地址空間地址空間有有4組組8位二進制數，由表示主機所在的網絡的地址。位二進制數，由表示主機所在的網絡的地址。lIP分為分為A、B、C等幾類。等幾類。60嵌入式以太網中主要處理的協議lARP(Address Resolation Protocol)ARP(Ad

55、dress Resolation Protocol)地址解析協議地址解析協議 lICMP (Internet Control Messages Protocol) (Internet Control Messages Protocol)網絡控制報文協議網絡控制報文協議lIP(Internet Protocol) Internet Protocol) 網際協議網際協議lTCP(Transfer Control Protocol) TCP(Transfer Control Protocol) 傳輸控制協議傳輸控制協議lUDP(User Datagram Protocol)UDP(User Data

56、gram Protocol)用戶數據包協議用戶數據包協議61ARP地址解析協議l網絡層用網絡層用32 bit32 bit的的IPIP地址來標識不同的主機，而鏈路層使用地址來標識不同的主機，而鏈路層使用48 bit48 bit的的物理（物理（MACMAC）地址來標識不同的以太網接口。只知道目的主機的）地址來標識不同的以太網接口。只知道目的主機的IPIP地地址并不能發送數據幀給它，必須知道目的主機網絡接口的址并不能發送數據幀給它，必須知道目的主機網絡接口的MACMAC地址才地址才能發送數據幀。能發送數據幀。lARPARP的功能是實現從的功能是實現從IPIP地址到對應物理地址的轉換。地址到對應物理地

57、址的轉換。 源主機發送一份包含目的主機源主機發送一份包含目的主機IPIP地址的地址的ARPARP請求數據幀給網上的每個請求數據幀給網上的每個主機主機, ,稱作稱作ARPARP廣播，目的主機的廣播，目的主機的ARPARP收到這份廣播報文后，識別出這收到這份廣播報文后，識別出這是發送端在尋問它的是發送端在尋問它的IPIP地址，于是發送一個包含目的主機地址，于是發送一個包含目的主機IPIP地址及對地址及對應的應的MACMAC地址的地址的ARPARP回答給源主機。回答給源主機。l每臺主機上都有一個每臺主機上都有一個ARPARP高速緩存，存放最近的高速緩存，存放最近的IPIP地址到硬件地址之地址到硬件地

58、址之間的映射記錄。通常每一項的生存時間為間的映射記錄。通常每一項的生存時間為2020分鐘分鐘62TCP傳輸控制協議 TCP TCP是一個面向連接的可靠的傳輸層協議。是一個面向連接的可靠的傳輸層協議。TCPTCP為為兩臺主機提供高可靠性的端到端數據通信。主要包括主機提供高可靠性的端到端數據通信。主要包括: :l發送方把應用程序交給它的數據分成合適的小塊，并添加附發送方把應用程序交給它的數據分成合適的小塊，并添加附加信息（加信息（TCPTCP頭），包括順序號，源、目的端口，控制、糾錯頭），包括順序號，源、目的端口，控制、糾錯信息等字段，稱為信息等字段，稱為TCPTCP數據包。并將數據包。并將TCPTCP數據包交給下面的網數據包交給下面的網絡層處理。絡層處理