计算机三级(嵌入式)

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1、嵌入式系统开发的基础知识一、嵌入式系统的特点、分类、发展与应用。嵌入式系统的特点：1.专用性 2.隐蔽性 3.资源受限4.高可靠性5.实时性 6.软件固化 嵌入式系统的分类和发展：嵌入式系统分类有很多种：用途分类、实时性分类、产品形态分类、系统的复杂程度分 类。用途：军用、工业、民用。实时性：非实时性、软实时性和硬实时性。 产品形态：系统级产品（以标准机柜形式提供的工控机 PC104 模块等）、板级产品（带 CPU的主板及OEM产品）、片级产品（Soc、DSP、MCU、微处理器等）。复杂程度：低端、中断、高端。低端：采用4 位/8 位单片机（计算器，电子玩具，充电器，空调等）。中断：采用8 位

2、/16 位单片机或32 位处理器（普通手机、摄像机，电视游戏机等）。 高端：采用32 位/64 位处理器，支持连接网络（智能手机。高端数码摄像机等）。 嵌入式系统发展：20 世纪 60 年代：阿波罗导航计算机采用嵌入式系统。20 世纪 70 年代：真正意义上的嵌入式系统从20 世纪 70 年代发展起来的。20 世纪 80 年代：许多外围电路被集成到处理器芯片中，以8 位到 16 位处理器为主， 通用性差，CPU种类多，低兼容等。20 世纪 90 年代集成电路进入超深亚微米乃至纳米加工时代， Soc 出现。以32 位精简指 令集计算机处理器（RISC）和嵌入式操作系统（EOS）位标志。至今，向高

3、端扩展，操作系统内核精小，功能完善，模块化程度高，开发工具齐备， 嵌入式应用软件丰富发展。二、嵌入式系统的组成与微电子技术（集成电路、SOC、IP核等技术的作用和发展）。处理器由运算器、控制器、寄存器、高速缓冲存储器Cache等部件组成。有些嵌入式系统会包含多个处理器，他们各有其不同的任务，其中负责运行系统软件和 应用软件的主处理器成为CPU，其余的都是协处理器，例如数字信号处理器、图形处理 器、通信处理器等。 CPU 是任何计算机不可或缺的核心部件。 CPU 的字长有4 位， 8 位， 16 位， 32 位， 64 位之分。字长指的是 CPU 中通用寄存器和定点运算器的二进位宽度。 现在嵌入

4、式系统中使用最多的是8位和16位CPU，但是32位和64位是技术发展的主 流。通用计算机以64 位为主。嵌入式系统的性能很大程度是由 CPU 决定的：主频、指令系统、高速缓冲寄存器的容量 与结构、逻辑结构。存储器包括随机存取存储器 RAM 和只读存储器 ROMRAM为易失性存储器包括：动态随机存储器DRAM和静态随机存储器SRAM。DRAM用 作正在运行处理的程序数据的工作存储器；SRAM则用作程序和数据的高速缓冲寄存器 Cache。ROM分为：掩膜只读存储器Mask ROM、电可擦除可编程制度存储器EEPROM、闪速存储器 Flash ROM。Flash ROM分为两类：非型NOR Flas

5、h和与非型NAND Flash。NOR Flash中的数据以字节 为单位可直接被CPU执行。而NAND以行（页）的形式，先被RAM读取，再使用。扩 充：iPhone5s采用的Soc芯片A7,片内包含三级Cache存储器（64kB+64KB, 1MB, 4MB）, 还以堆叠的方式安装了 1GB的DRAM和NAND Flash ROM 16GB、32GB、64GB供用户使 用。无扩充存储器（集成在电路板上的）。I/O 设备分为人机交互（键盘等）和机机交互（各种传感器）， I/O 接口从数据传输来 看，有并行和串行之分；从物理连接方式来看有无线和有线之分；从是否能连接多个设 备来看分为总线和独占式。

6、数据总线简称总线，由传输线和控制电路组成，将系统内部部件连接在一起的位内部总 线，与外部组件进行连接的外部总线。软件分为低端和高端嵌入式系统软件，低端的不需要操作系统，只需要配置一个监控程 序，若干设备驱动程序和事件处理程序即可；高端嵌入式系统的软件包括：板级支持包（BSP）,设备驱动程序、实时操作系统、中间件以及嵌入式应用软件等组成。BSP 和驱动程序属于底层软件，是操作系统和硬件的抽象层，负责屏蔽具体的硬件细节 和差异。向操作系统提供统一的标准接口。实时操作系统是整个嵌入式系统的核心。完成任务调度、存储分配、文件管理、人机交 互等功能，应用软件的平台。中间件位于实时操作系统和应用软件之间。

7、为上层的应用软件提供开发和运行环境。由 于它向应用软件提供统一的标准接口，使应用软件的开发独立于硬件和操作系统，使应 用软件在不同系统上运行，降低开发成本。嵌入式处理芯片嵌入式 CPU 个特点： 1.支持实时处理2.低功耗3.结构可扩展4.集成了测试芯片。嵌入式处理器4种产品类型：微处理器2数字信号处理器3微控制器4片上系统（Soc）。 电子设计自动化（EDA）,随着EDA水平和VLSI制造技术飞速发展，半导体加工工艺已 经从微米、亚微米进入深亚微米，单个芯片可以简称几亿个甚至几十亿哥晶体管，因而 可以把计算机或其他一些电子系统的电路全部集成在单个芯片上，这种芯片简称片上系 统。SOC芯片的设

8、计流程：1总体设计、2逻辑设计、3综合与仿真、4芯片制造IP 核及其复用：知识产权核。三、数字媒体基础（文本、图像和音频/视频等数字媒体的表示和处理）。数字文本： 将文字输入嵌入式系统的方式有两种：一种是基于汉字拼音的键盘输入；另一种是用手 指或专门的笔在触屏上进行书写。无论哪种途径，输入的数字文本在系统内部均采用二 进制编码。西文编码：ASCII码是7位编码，最高位一般在计算机内部通常保持为0，在数据传输中 为奇偶校验位。（西方国家）中文编码：国家标准有GB2312和GB18030。GB2312包含3755个一级常用汉字和3008 个二级常用汉字，此外还有682个图形符号（包括拉丁字母，俄文

9、，日文，汉语拼音等）， 采用16位二进制表示,GB2312仅有6763个汉字，而且为简体字，明显不够用；GB18030， 共含有11万个字符，其中7万汉字，GB18030采用不等长的编码方式，包括单字节编 码（128个）ASCII字符，与ASCII码兼容，双字节表示汉字，与GB2312保持兼容，还 有 158 万个四字节编码用于表示其他字符。（我国）UCS/Unicode 编码：随着经济全球化趋势的加快，使用计算机统一处理，存储和传输包 含世界各地各种语言文字的需求日益迫切。目前Unicode共约11万个字符，其中包括： 拉丁字母，音节文字，数字符号，中日韩统一汉字（CJK）等。为了适应各种不

10、同的平 台， UCS/Unicode 码在计算机实现采用不同的编码方案，最常用的两种： UTF-8 和 UTF-16.UTF-8是单字节可变长编码,ASCII码还是用单字节表示，而拉丁字母等用双字节， CJK同3字节表示，不常用的用四字节表示，被Linux广泛使用。UTF-16是双字节可变 长编码，ASCII码，拉丁，CJK汉字都是双字节表示，其他的不常用的用4字节表示。（国 际）文本类型：简单文本（.txt），丰富格式文本（.doc .html .pdf），超文本（网页）。 文本的制作和展现：制作用 WPS， Word， Openoffice writer 等；展现：字符的描述有两 种方法：

11、点阵法和轮廓法。数字图像 数字图像的获取：扫描-分色-取样-量化； 主要参数：图像大小，位平面数目，像素深度，颜色模型。图像大小：800X600，最高 1920X1080 ；位平面数目：即像素颜色分量的数目，黑白或灰度图像只有一个位平面， 彩色图像有3个或者更多。像素深度：单色图像，像素深度为8位，总数为256.又如 R、G、B 三基色，最多为 1600 多万种，这成为真彩色。 数字图像常用文本格式及应用：一幅图像的数据量计算公式：图像数据量=图像水平分辨率X图像垂直分辨率X像素深度/8.（单位字节） 数据压缩可分为：无损压缩，和有损压缩。无损压缩：BMP （Windows操作系统下使用标准图

12、像文件格式），TIF （扫描仪），GIF （互 联网广泛使用），PNG （主要在互联网）；有损压缩：JPEG （数码相机）。数字音频与数字视频音频/视频信息的数字化：取样-量化-编码。数字音频的主要参数：波形声音的码率（每秒数据量）=取样频率X量化位数X声道数。 数字音频的压缩格式：未压缩：wav （支持广泛，存储空间大）；无损压缩：Flac，APE， M4A （苹果公司）；有损压缩：MP3 （音乐，互联网），WMA （互联网，音乐），AC3 （影 院，数字电视），AAC （影院数字电视）。数字视频的压缩：国际标准MPEG格式（.dat .mpg .mp4 .vob .3gp .3g2）,和微

13、软的AVI和ASF格式 （适合流媒体），苹果的QTFF格式（.Mov .qt目前互联网很多视频为RMVB格式，其 中.asf .wmv .rm .rmvb .flv .f4v均支持流式传输，能够实时传输和实时播放；四、网络通信技术（数字通讯与计算机网，TCP/IP协议，互联网接入技术等）。数字通信的传播技术：1）调制与解调技术、2）多路复用技术（分为时分复用和频分复 用，时分复用是所有终端轮流在同一传输线上进行传输，频分复用将每个信号源发出的 信号调制在不同的频率的载波上，通过多路复用器将他们复合成一个信号，在同一传输 线上进行传输。光纤通信是频分复用的一种）、3）交换技术（电话交换技术，分组

14、交换）。 计算机网络：由计算机等智能电子设备、数据通信链路（双绞线，同轴电缆，调制解调 器，光缆，交换机等）、通信协议、网络软件组成。按类型分为：局域网，城域网，广 域网。局域网采用分组交换技术，发送设备必须把传输的数据分成小块，一次只能传输1 帧数 据，数据帧包括，发送设备的MAC地址，和接收设备的MAC地址还有校验信息。按结 构分为：星型网，环形网，总线型网，混合型网等，按照控制方式分为：以太网， FDDI 网和令牌网。早期使用集线器形成总线式以太网或共享式以太网。现在流行用交换机构 成交换式以太网，以太网中，每台终端设备通过网卡和网线（双绞线）链接到集线器或 者转换机中。无线局域网：主要

15、是2.4GHz和5.8GHZ两个频段。采用IEEE 802.11（俗称wifi）。IEEE 802.11n能将传输速率提升到108Mb/s甚至更高，近些年使用的IEEE802.11ac协议能将传输速率 提高到1000MB/S。无线接入点称为（WAP或AP）。无线接收点称为终端，需要配置网 卡。IP协议与路由器IP地址：为使计算机统一编制，解决这个问题就要用TCP/IP中的IP协议。IP地址第四版，又32位二进制构成，能形成36个IP地址可以使用。但是现在已经几 乎分配完，开始使用IPV6，为128位二进制构成。互联网接入技术：1）ADSL接入（通过固定电话的本地环路，接入互联网）。2）有线电

16、视网接入 3）光纤入网 4）无线入网。嵌入式处理器一、嵌入式处理器的结构、特点与分类（不同类型的典型嵌入式处理 器及其特点，嵌入式处理器分类等）。嵌入式处理器的体系结构按照指令分为两大类：复杂指令集结构（CISC ）及精简指 令集结构（RISC）。进一步细分，按储存机制分为：冯诺依曼结构和哈弗结构。按字长 分为 8 位、16位、32位和64位结构。按照不同内核系列分为： 51、AVR、PIC、MSP430、 MIPAS、PowerPC、MC68K、ARM 等。CISC指令集结构特点：指令数目多且结构复杂，塔包含许多很少用的专用指令，不 同指令长度不一样，执行时间长短不一。In tel X86系

17、列使用的为CISC指令集；RISC 指令集特点：指令数目较少，指令字长统一，格式规整，寻址模式较为单纯，指令操作 简单，执行时间短，大多能在一个周期内完成，由于需要访问存储器的指令执行时间较 长，因此RISC处理器只采用加载和存储两种指令对存储器进行读写操作。常见的RISC 处理器包括 ARC。ARM, AVR，MIPS，PA-RISC，PowerPC 和 SPARC。冯诺依曼结构：CPU与存储器连接只有一套数据线、控制线、地址线。存储器可以放 数据也可以放程序，数据和程序代码共享同一地址空间，程序代码可以当作数据处理， 具有较好的灵活性。哈弗结构：使用两个存储器，分别存储程序和数据，使用独立

18、的两条总线，具有较 高的执行效率，许多数字信号处理器都是用哈弗结构。除51内核系列采用CISC指令集，其他均采用RISC指令。ARM为RISC指令，且多为 哈弗结构，一般低端的 ARM 为冯诺依曼结构。除 64 位 Cortex-A50 外，均为 32 位结构 的嵌入式处理器内核，目前是嵌入式处理器的领跑者。二、ARM处理器内核的体系结构（工作状态、工作模式、寄存器组织、异常、数据类型与存储格式）。主流ARM为32位处理器，主要特点有耗电省，功能强、成本低、32位和16位指令并存。 技术特征：1）单周期操作（执行在一个周期内完成）。 2）只使用加载/存储指令访问内 存。3）指令长度固定（32位

19、和Thumb工作状态下16位）。4）采用三地址指令格式（Thumb 为二地址）。5）指令流水线技术。6）低功耗设计。ARM指令集：全部为32位指令，基本指令主要用于8位，16位，32位整数的运算。 Thumb 指令集：全部是16 位指令，为了减少代码量而设计的。Thumb-2指令集既有16为指令又有32位指令。无需再Thumb状态和ARM状态之间切换。 ARM体系中处理器有三种工作状态：ARM状态，Thumb状态，调试状态。ARM状态：ARM处理器工作于32位指令的状态，所有指令均为32位的宽度。Thumb状态：ARM执行16位指令的状态，在Thumb状态下，代码密度变大，占用内存空 间减小，

20、提供比32 为程序代码更佳的效果，但有些特殊情况如异常处理就必须执行32 位ARM状态下的ARM指令,如果为Thumb状态就必须切换到ARM状态。对于具有Thumb-2 指令集的处理器，Thumb状态就是运行Thumb-2的状态，除Cortex-M系列的处理器外， 所有 ARM 处理器复位后只处于 ARM 状态，如果需要，则切换到 thumb 状态， Cortex-M 只有Thumb-2指令集，所有，只有Thumb状态和调试状态。调试状态：处理器停机时进入调试状态。ARM状态和Thumb状态的切换：通过执行BX指令，将操作数寄存器的最低位设置为1, 则，ARM状态进入thumb状态，如果操作数

21、存储器最低位设置为0则进入ARM状态。 ARM的工作模式：用户模式User,快速中断模式FIQ,外部中断模式IRQ,管理模式SVC, 中止模式ABT，未定义指令模式UND，系统模式SYS。工作模式之间可以相互切换，但是是有条件，当处理器工作于用户模式时，除非发生异 常，否则不会改变模式。当发生异常的时候，将进入相应的工作模式。当处理器处于系 统模式时，用指令向CPSRM4:M0写入特定的值，则进入相应的模式。ARM的寄存器组织：ARM共有37个寄存器，包括31个通用寄存器，和6个状态寄存器。 ARM状态下的寄存器组织：R15作为PC使用，二是CPSR为当前程序状态寄存器；三是 R7-R0为公用

22、的通用寄存器。状态寄存器共六个：当前程序状态寄存器CPSR外还有分组的备份程序寄存器SPSR （共 五个）。Thumb 状态下的寄存器组是 ARM 状态下寄存器组的子集，高位寄存器 R8-R12 在 Thumb 状态下不可见的，但是在thumb-2下可以使用。即R8-R12在16位下不可使用。ARM处理器异常:程序在正常执行的过程中，每执行一条指令,PC+4,而thumb指令PC+2; 复位RESET，优先级为1；工作模式为：管理模式；异常向量地址：0x00000000； 异常向量的地址范围为：0x00000000-0x0000001F;7种异常中断，分为6种中断优先级， 级别最高的是复位。A

23、RM存储器看作从0x00000000地址开始的以字节为单位的线性阵列，每个数据字32位， 占用4字节的空间。作为32位ARM存储器，最大寻址范围为4GB。有两种方法存储数据， 一种为大端：高字节数据放在低位，一种为小端高字节数据放在低位。系统复位时，一 般自动默认为低位。 32 位 ARM 处理器支持字节数据，半字数据，字数据。如果为 ARM 指令，则必须固定长度。以字为边界对其，如果为Thumb指令，则以两字节为边界对其。 ARM处理器中的MMU,能把系统中不同类型的存储器进行统一管理，通过地址映射，是 需要连续地址空间的软件可以运行在不连续的虚拟存储器技术oMPU为存储器保护单元， 它提供

24、了简单代替MMU的方法来管理存储器。三、典型 ARM 处理器内核（ARM9, Cortex-A, Cortex-M, Cortex-R等的技术特点与应用领域）。ARM处理器分类：ARM7、ARM9、ARM11系列的经典ARM处理器、ARM Cor tex嵌入式处理 器、ARM Cor tex实时嵌入式处理器，ARM Cor tex应用处理器以及ARM专家处理器。Cortex-A,面向高端应用的处理器，简称应用处理器；Cortex-R面向实时控制应用的处 理器；Cortex-M面向微控制器的处理器；-R为实时嵌入式处理器，-M为嵌入式处理器。 ARM9 :它为微控制器，采用哈弗结构，广泛应用于工

25、业，自动控制，通信领域。指令执行分为：取指令，指令译码，执行指令运算，Cache/存储器访问、结果写回寄存 器。CortexM0，采用冯氏结构，仅有56条Thumb指令，为物联网提供了高效的连接和管 理。Cortex-M3采用哈弗结构，支持Thumb-2指令集的子集，面向电动机控制，汽车， 电源管理，嵌入式音频。Cortex-R特点：高性能，实时处理，安全，低成本，应用于汽车电子，硬盘驱动控制， 手机等领域，实时性要求苛刻。Cortex-A适应于有高计算要求，智能手机，上网本，智能本，美国的苹果公司，韩国的 三星所使用的Soc芯片，大多采用其为CPU内核，需运行功能丰富的操作系统和图片显 示领

26、域。四、ARM处理器指令系统及汇编语言程序设计（指令格式，寻址格式、指令集、伪指令、语句格式与程序结构、ARM汇编语言与C的混合编程）。（仅介绍ARM指令集，无Thumb和Thumb-2指令集）ARM指令集使用标准的，固定长度的32位指令格式，所以ARM指令都使用4位的条件 编码来决定是否执行。ARM是RISC结构，因此ARM处理器的指令集是加载/存储型的， 即处理类的指令仅能处理寄存器的数据。 ARM 指令集分为：分支指令，数据处理指令， 程序状态寄存器处理指令，加载/存储指令，协处理器指令和异常产生指令。数据处理指令：ADC （带进位加法）、ADD （加）AND （与）BIC （位清零）、

27、CMN （比较 反值指令）、CMP （比较）、EOR （异或）、MLA （乘加运算）、MOV （数据传送）、MUL （32 位乘法）、MLA （32位乘加）、MVN （数据取反传送指令）、ORR （或）RSB （逆向减法）、 RSC （带进位逆向减法）、SBC （带进位减法）、SUB （减法）、SWP （交换）、TEQ （相等测 试）、TST （位测试）。分支类：B （跳转）、BL （带返回跳转）、BLX （带返回且状态切换跳转）、BX （带状态切 换跳转）。协处理指令：CDP （协处理器操作指令）、MRC （协寄存器-寄存器）、MCR （寄存器-协 寄存器）STC（协寄存器写入存储器）。加载

28、存储指令：LDC（存储器到协处理器数据传送）、LDM （加载多个寄存器指令）STM （批 量内存写入指令）、STR （寄存器到存储器）、LDR （存储器到寄存器）、异常产生指令：BKPT （断点中断指令）、SWI （软件中断）。程序状态寄存器：MRS （从GPSR或SPSR内容，传到通用寄存器）、MSR （从通用寄存器 传到 CRSR 或 SPSP）。对于ARM指令集:#imm8m表示一个8位立即数经循环右移偶数次位形成的32位操作数。 对于Thumb指令集:#imm8m表示一个8位立即数循环左移任意次位形成的32位立即数。 !:更新基址寄存器，:复制SPSR到CPSRARM 寻址方式：立即寻

29、址，寄存器寻址，寄存器间接寻址，基址加变址寻址，相对寻址， 堆栈寻址，块拷贝寻址。堆栈寻址：先进后出，满堆栈：堆栈指针指向最后压入堆栈的数据。空堆栈：指针指向 将要放数据的空位置。还有递增、递减堆栈，有小地址升为大地址，为递增堆栈，由大 地址降为小地址为，递减堆栈。块拷贝寻址： LDMIA R0,R1,R2,R3,R4;R0-R1;R0+4-R2SDMIA R0,R1,R2,R3,R4;R0-R1;R0+4-R2EQ： Z置位，比较相等；NE:Z清零，比较不相等；CS： C置位，无符号数大于或等于。 CC： C 清零，无符号数小于。嵌入式系统硬件组成一、了解嵌入式系统硬件主要组成部分，熟悉嵌入

30、式最小系统，典型嵌入式应用系统的硬件组成。嵌入式硬件系统由：嵌入式处理器、存储器、I/O接口等构成。从系统运行的角度，嵌 入式硬件系统可以分为嵌入式最小系统和典型嵌入式硬件系统。嵌入式最小系统：嵌入式处理芯片本身是不工作的，必须给它供电，加上时钟信号， 提 供复位电路，如果无片内程序存储器的，还要扩展程序存储器，这样嵌入式处理芯片才 能工作，再加上调试测试接口（实际工作无作用），这些硬件共同构成了嵌入式最小系 统。嵌入式最小系统的电源电路常用的电源模块：交流变直流（AC-DC）模块，直流到直流 （DC-DC）模块，以及低压差稳压器。时钟电路：嵌入式处理其本质上均为同步时序电路。复位电路:嵌入式

31、处理器都有一个系统复位引脚位nRESET和RESET，表示低电平有效， 一般情况下，必须保持若干个处理器时钟周期的低电平。测试接口： JTAG测试接口。典型嵌入式应用系统硬件构成：最小硬件系统，前向通道（输入接口），后向通道（输 出接口），人机交互通道（键盘或触摸屏输入输出接口）以及相互互联通信通道（串行 通信接口，CAN通信接口，以太网通信接口，USB通信接口）。二、了解ARM片内总线AMBA及特点，ARM处理芯片的片内硬件组成，熟悉硬件主要组成的功能及用途、厂商、典型的ARM芯片系列及特点，掌握嵌入式处理器的选取原则，能根据要求选择合适的ARM芯片。AMBA：为了连接ARM内核与处理器芯片

32、中的其他各种组件，ARM规定了总线规范，名 为微控制器总线体系结构AMBA，包括系统总线（ASB），和外围总线（APB），两者通过 桥接器连接。存储器及控制器：片内程序存储器通常用的是Flash ROM （几KB到几MB不等），片内 数据存储器通常用：SRAM （几KB到几百KB）；高带宽外部存储控制接口位外部存储器扩 展提供了接口，可以扩展程序存储器和数据存储器，目前程序存储使用Flash ROM，数据 存储器使用SRAM或DDR或DDR2或普通的DRAM。中断控制器：负责对其他硬件组件的中断请求进行管理和控制，一般采用向量中断VIC （区分中断优先级），和嵌套向量中断VIC（区分中断优先级

33、的同时，允许高优先级抢占 低优先级处理）。DMA 控制器（直接存储器访问控制器）：可以将数据块从外设传输至内存，从内存传输 至外设，数据的传输过程中不需要访问CPU。电源管理与时钟控制器：电源管理模式：正常工作模式、慢时钟模式、空闲模式、掉电 模式、休眠模式、深度休眠模式等控制不同组件的功耗。时钟控制器：负责对时钟的分 配产生不同频率的时钟供组件使用。GPIO：即输入输出端口，对输入有缓冲作用，对输出有锁存作用。GPIO可以作为双向 I/O使用。GPIO引脚通常是多功能使用的，目的是为了减少芯片引脚数。定时计数组件：包括看门狗定时器（WDT）, Timer通用定时器，RTC、脉冲宽度调制器 （

34、PWM）。WDT：当处理器进入错误状态后，在一定时间内复位，保证系统的运行。Timer 通用定时器，一般用于定时。RTC提供年月日时分秒，是系统具有自己的日期和时间。 PWM用于脉冲宽度的调制。定时器对特点输入的时钟通过分频够接入计数器，加1或者 减一计数，计数达到初值的时候就会引发一个中断来产生复位信号，或者特定的波形。 模拟通道组件（ADC，DAC,比较器）：完成从模拟信号到数字信号的变换，或者数字信 号到模拟信号的变换，比较器可方便的对模拟电压信号等于基准信号比较。互联通信组件（UART、厂2C、SPI、CAN、USB、Ethernet）：通用异步收发器（UART）为串行通信接口，字符格

35、式按照低位在前，高位在后的次序进 行传输， 1 位起始位， 5-8位位数据位， 1 位校验位， 1-2 位停止位，应用最广泛的串行 通信接口。厂2C是集成电路互联的一种总线标准，两根信号线，一根时钟线（SCL），一根数据线 （SDA 双向三态），用于板级芯片短距离低速通信。厂2S面度多媒体应用的音频串行总线，主要针对数字音频设备。SPI：串行外设接口，使MCU与各种外设以串行方式通信。CAN 控制器局域网：主要用于多机通信，抗干扰能力强的工业控制领域。USB：通用串行接口，主要应用与外部设备短距离传输，速度快，效率高。Ethernet：是以太网通信接口。嵌入式处理芯片的选型应该遵循的原则：1性

36、价比原则，2参数选择原则（ARM内核， 系统时钟频率，芯片内部存储器的容量，片内外围电路）。三、熟悉嵌入式系统存储层次结构及分类，了解片内、片外及外部存 储器和内存储器的主要性能指标。嵌入式存储器有多种类型：按照存取特性可分为：随机存取存储器（RAM）和只读存储 器（ROM），按照物理位置分为：片内存储器和片外存储器以及外部存储设备。按照存储 信息不同分为：程序存储器和数据存储器，在嵌入式系统中，把片内存储器及片外扩展 的存储器（片外存储器）简称主存储器或主存，而把外部存储设备称为辅助存储器。 速度：通用寄存器，高速缓冲存储器（Cache），主存储器，外部存储器。随机存取存储器分为静态和动态：

37、SRAM和DRAM，他们都是易失性存储器，目前嵌入式 内嵌的数据存储器基本都采用SRAM。而外部扩展的存储器基本采用DRAM（DRAM速度比 CPU慢很多）。近几十年，人们不断对DRAM改进，创新了 DDR SDRAM （上升沿下降沿触 发提高了速率。）,DDR2 SRAM （保持原来的，还扩展了数据预读能力）。 只读存储器经历了掩模存储器（信息不可改变），可编程存储器（一次可编程只读存储 器）紫外线可擦除可编程存储器，电可擦出存储器，闪速存储器（Flash Rom）:分为NOR Flash 和 NAND Flash。NAND Flash ROM 以页（行）为单位随机存储，在容量和使用，寿命，

38、成本方面有很大 优势，但是读出速度慢，编程较为复杂，因此用作数据存储器，比如数码相机，MP3随 身听记忆卡等。NOR Flash ROM 以字节为单位存储，这样应用程序可以直接在 Flash Rom 中执行，不 必把程序预读在RAM中，但是NOR Flash写入和擦出速度比较慢，影响其性能。铁存储器：（既有ROM的非易失性特点，又有RAM的快速随机读写特点）。 磁性存储器：具有SRAM的高速存取能力，又有DRAM的高集成能力。存取时间：是指从CPU给出有效的存储器地址开始到存储器读出数据。带宽：存储器带宽指每秒可传输的最大数据量。存储器带宽与存储器总线频率有关，也 与数据位数和每个总线周期的传

39、输次数有关。带宽：总线频率X数据宽度-8X传输次数0总线周期 目前串行总线非常流行且为今后发展的主流趋势，而串行总线按位顺序传输，因此计算 公式为： 带宽=总线频率0 10。片内存储器：包括Cache,FlashROM,E辽PROM,SRAM。片内Cache,减少了访问外部存储器的次数。片 内FlashROM，嵌入式系统就可以以最小系统的形式应用到各个领域。片内SRAM,用于 临时存放系统运行过程中的数据，变量，中间结果。片内EJPROM长期保存重要数据的 存储器。片内FRAM，可以当作RAM使用，又可以当作ROM使用。片外存储器：片外程序存储器：由于代码量大，内置Flash ROM不能满足系

40、统需求或内部没有Flash ROM的处理器进行系统设计时就必须进行外部存储器的扩展。片外存储器现在主要有NOR Flash 和 NAND Flash。NOR Flash ROM：连接A0-A19地址线，输入/输出缓冲器连接16条数据线。NOR Flash 芯片把数据线、地址线、和控制线全部引出，因此连接到ARM程序存储器非常方便。 NAND Flash ROM：并没有将地址线全部引出，二是采用分时复用技术，按时钟写入地址 缓冲锁存器。片外数据存储器：嵌入式系统使用的外部数据存储器有 SDRAM， DDR/DDR2/DDR3/DDR4， 早期仅支持SDRAM，新型支持DDR系列存储器。外部辅助存

41、储设备：SM 卡， CF 卡， MMC 卡， SD 卡，记忆棒， XD 卡， U 盘，微硬盘。四、熟悉嵌入式系统常用 I/O 接口及常用 I/O 设备，掌握利用 GPIO构建键盘接口方法，理解基于UART的字符格式，掌握GPIO构建LED指示灯及8段数码管输出接口，了解LCD显示屏。通用I/O接口 GPIO:所有嵌入式处理器内部均集成了通用输入输出接口，GPIO接口提供 的输入具备缓冲功能，输出具备锁存功能。有的嵌入式处理芯片通过设置端口方向确定 输入功能还是输出功能，也有的嵌入式处理器直接根据读/写命令自动控制输入或输出 的方向。GPIO 一般具有三态：0态，1态，高阻态。集成电路互连总线接

42、口厂2C：用于连接嵌入式处理器及其外围器件，采用串行半双工 的总线标准。，可以方便的将微控制器和外围器件连接起来构成一个系统。C具有接口 线少，控制简单，C具有两条信号线，一条是数据线SDA，另一条是时钟线SCL。启动 条件：SCL处于高电平时，SDA由高电平转为低电平，此时，主控器件，SCL开始产生时 钟信号。当SCL为高电平时，SDA由低电平转为高电平时，总线工作停止，恢复空闲。 数据传送时高位在前，低位在后，每次传送的字节数目没有限制，传输启动后，传输的 第一字节是地址，其中前面七位指出与哪一个从器件进行通信。第八位指出数据传送的 方向，是发送还是接收。应答信号（ACK）：为了完成一字节

43、的传送，接收方应该发送一 个确认信号（ACK）给发送方。有效应答ACK信号在SCL线的第九个时钟脉冲上，在SDA 上呈现低电平。读写操作：在发送模式下，数据被发送出去以后，2C接口处于等待状 态（SCL持续低电平），知道有新数据写入2C数据发送寄存器以后，SCL线才被释放。 在接受模式下，在接受寄存器接收完以后，SCL才被释放。总线仲裁：2C总线属于多 主总线，允许总线上有一个或多个主控器件，和若干从器件，同时工作。所以就会有器 件争夺总线的控制权，总线控制遵循低电平优先的原则。五、熟悉典型ARM芯片S3C2410的硬件组成，了解存储控制组件，时钟电源组件的功能及组成，掌握内部主要常用部件，如中断控制器，GPIO、 RTC、 UART、 WDT 的应用。六、了解嵌入式系统常用互联通信接口类型，包括典型有线通信接口及常用无线通用接口。