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1、2 Linux设备驱动设计的硬件基础, 资料共享：115网盘 用户名： 21339555() 密码：iihfuu,Linux内核编程与驱动开发,2.1 处理器,2.2.1 通用处理器概念 通用处理器（GPP） 嵌入式微控制器（MCU） 微处理器（MPU） 片上系统（SoC） 主流嵌入式CPU ARM MIPS PowePC,（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/EPROM、RAM、总线、总线逻辑、定时/计数器、看门狗、I/O、串行口、脉宽调制输出、A/D、D/A、Flash RAM、EEP
2、ROM等各种必要功能和外设。,微控制器的最大特点是单片化，体积大大减小，从而使功耗和成本下降、可靠性提高。 微控制器是目前嵌入式系统工业的主流。微控制器的片上外设资源一般比较丰富，适合于控制，因此称为微控制器。,由于MCU低廉的价格，优良的功能，所以拥有的品种和数量最多，比较有代表性的包括8051、MCS-251、MCS-96/196/296、P51XA、C166/167、68K系列以及 MCU 8XC930/931、C540、C541，并且有支持I2C、CAN-Bus、LCD及众多专用MCU和兼容系列。 近来Atmel推出的AVR单片机由于其集成了FPGA等器件，所以具有很高的性价比，势必将
3、推动单片机获得更高的发展。,（2）、嵌入式DSP处理器,DSP处理器是专门用于信号处理方面的处理器，其在系统结构和指令算法方面进行了特殊设计，在数字滤波、FFT、频谱分析等各种仪器上DSP获得了大规模的应用。 DSP的理论算法在70年代就已经出现，但是由于专门的DSP处理器还未出现，所以这种理论算法只能通过MPU等由分立元件实现。 1982年世界上诞生了首枚DSP芯片。在语音合成和编码解码器中得到了广泛应用。 DSP的运算速度进一步提高，应用领域也从上述范围扩大到了通信和计算机方面。 目前最为广泛应用的嵌入式DSP处理器是TI的TMS320C2000/C5000系列，另外如Intel的MCS-
4、296和Siemens的TriCore也有各自的应用范围。,MPU嵌入式微处理器是由通用计算机中的CPU演变而来的。 与计算机处理器不同的是，在实际嵌入式应用中，只保留和嵌入式应用紧密相关的功能硬件，去除其他的冗余功能部分，这样就以最低的功耗和资源实现嵌入式应用的特殊要求。,（3）嵌入式微处理器（Micro Processor Unit),和工业控制计算机相比，嵌入式微处理器具有体积小、重量轻、成本低、可靠性高的优点。,SoC 就是System on Chip ，SoC嵌入式系统微处理器就是一种电路系统。 它结合了许多功能区块，将功能做在一个芯片上，像是ARM RISC、MIPS RISC、D
5、SP或是其他的微处理器核心，加上通信的接口单元，像是通用串行端口（USB）、TCP/IP通信单元、GPRS通信接口、GSM通信接口、IEEE1394、蓝牙模块接口等等，这些单元以往都是依照各单元的功能做成一个个独立的处理芯片。,（4）、嵌入式片上系统(System On Chip),SoC是追求产品系统最大包容的集成器件， SOC最大的特点是成功实现了软硬件无缝结合，直接在处理器片内嵌入操作系统的代码模块。 运用VHDL等硬件描述语言不需要再像传统的系统设计一样，绘制庞大复杂的电路板，一点点的连接焊制，只需要使用精确的语言，综合时序设计直接在器件库中调用各种通用处理器的标准，然后通过仿真之后就
6、可以直接交付芯片厂商进行生产。,由于SOC往往是专用的，所以大部分都不为用户所知，如 Philips的Smart XA。Siemens的TriCore，Motorola的M-Core，某些ARM系列器件，Echelon和Motorola联合研制的Neuron芯片等。 SOC芯片也将在声音、图像、影视、网络及系统逻辑等应用领域中发挥重要作用。,典型MCU内部结构,2.1两种体系结构,冯.诺依曼 体系结构,指令寄存器,控制器,数据通道,输入,输出,中央处理器,存储器,程序,指令0,指令1,指令2,指令3,指令4,数据,数据0,数据1,数据2,指令的执行周期T,1）取指令（Instruction F
7、etch)：TF 2）指令译码（Instruction Decode）：TD 3）执行指令（Instruction Execute）：TE 4）存储（Storage）：TS 每条指令的执行周期：T= TF+TD+TE+TS,冯诺依曼体系的特点,1）数据与指令都存储在存储器中 2）被大多数计算机所采用 3）ARM7冯诺依曼体系 在冯诺依曼体系结构中，数据和程序存储器是共享数据总线的。数据总线共享有很多优点，比如减小总线的开销。另外一个优点在于能够把RAM映射到程序空间，这样设备也能访问EEPROM中的内存。,两种体系结构,哈佛结构,指令寄存器,控制器,数据通道,输入,输出,中央处理器,程序存储器
8、,指令0,指令1,指令2,数据存储器,数据0,数据1,数据2,地址,指令,地址,数据,哈佛体系结构的特点,1）程序存储器与数据存储器分开 2）提供了较大的数存储器带宽 3）适合于数字信号处理 4）大多数DSP都是哈佛结构 5）ARM9是哈佛结构,对于哈佛体系结构的计算机，程序和数据总线是分开的。这种方式的优势在于能够在一个时钟周期内同时读取程序和数据，这样就相应地减少了执行每一条指令所需的时钟周期。早期的哈佛架构的计算机是不能把查找表储存在程序存储器中的，而这个问题在现在的大多数设备中已经解决了。 哈佛体系结构计算机中存在的另外一个问题就是，如果要和外部的程序和数据存储器进行交互，对于两部分存
9、储器来说，由于地址总线和数据总线的相互独立性，就需要额外增加大量的芯片管脚。因此，只有当至少有一种存储器的类型是内部的情况下，微处理器才会采用哈佛体系结构。,哈佛体系结构的特点,2.1.2 数字信号处理器(DSP),2.2.1 数字信号处理器(DSP) DSP针对通信图像语音和视频等领域的算法设计.包含单独硬件乘法器, DSP采用改进的哈佛架构,DSP的基本概念,一个典型的数字信号处理系统,微处理器是数字信号处理系统的核心部件，通常采用DSP芯片，也可采用其它处理器芯片,A/D与D/A转换器建立起了数字世界与现实模拟世界之间的桥梁。,数字信号处理系统中 微处理器的选择 通用微型计算机（PC机）
10、 普通单片机（如MCS-51、96系列等） 用专用集成电路（ASIC） DSP处理器,优点：编程容易，便于实现 缺点：速度慢、成本高、体积大，难以进行实时信号处理和嵌入式应用,优点：成本低廉 缺点：性能差、速度慢,优点：速度高、大规模生产成本低； 缺点：开发成本高、通用性差。,针对数字信号处理的要求而设计，是数字信号处理系统设计中采用的主流芯片。 优点：灵活、高速、便于嵌入式应用,DSP芯片的应用领域,基本信号处理数字滤波器、FFT、相关运算、卷积运算等等 通信调制解调、数据加密压缩等等 语音语音编码、合成，语音识别等等 军事 -雷达信号处理、导航、导弹制导 图形与图像 -图像处理、压缩、传输
11、等等 仪器仪表 -频谱分析、函数发生等 自动控制引擎控制、自动驾驶、机器人控制 医疗助听器、超声设备、监护设备等等 家用电器 -数字电视、数字电话、智能游戏 汽车,处理器小结,处理器分类,2.2存储器,2.2存储器,NAND FLASH 与 NOR FLASH 区别 （与非） （或非）,2.3 接口与总线,2.3.1 串口 RS-232 RS-422 RS-485,2.3 接口与总线,I2C (内置集成电路) 连接微控制器及其外围设备 I2C总线支持多主控（）模式，任何能够进行发送和接收的设备都可以成为主设备。,2.3 接口与总线,USB USB1.1 USB2.0 USB 3.0 USB 物
12、理拓扑,2.3 接口与总线,USB 4种传输方式： （1）控制传输 双向传输 数据量小 （2）同步传输 提供确定的带宽和间隔时间 语音、视频传输 （3）中断传输 单向传输 键盘、游戏杆、鼠标 （4）批量传输 打印机、扫描仪,2.3 接口与总线,2.3.4 以太网接口 2.3.5 ISA(工业总线标准) 2.3.6 PCI（外围设备互联） 和 cPCI,2.5 原理图分析,举例，如何利用原理图、芯片手册,2.7 芯片手册阅读方法,举例，如何利用原理图、芯片手册,1、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。20.9.2620.9.26Saturday, September 26, 2020 2、阅读
13、一切好书如同和过去最杰出的人谈话。21:14:0421:14:0421:149/26/2020 9:14:04 PM 3、越是没有本领的就越加自命不凡。20.9.2621:14:0421:14Sep-2026-Sep-20 4、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。21:14:0421:14:0421:14Saturday, September 26, 2020 5、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。20.9.2620.9.2621:14:0421:14:04September 26, 2020 6、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。2020年9月26日星期六下午9时14分
14、4秒21:14:0420.9.26 7、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。2020年9月下午9时14分20.9.2621:14September 26, 2020 8、业余生活要有意义，不要越轨。2020年9月26日星期六9时14分4秒21:14:0426 September 2020 9、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。下午9时14分4秒下午9时14分21:14:0420.9.26 10、你要做多大的事情，就该承受多大的压力。9/26/2020 9:14:04 PM21:14:042020/9/26 11、自己要先看得起自己，别人才会看得起你。9/26/2020 9:14 PM9/26/2020 9:14 PM20.9.2620.9.26 12、这一秒不放弃，下一秒就会有希望。26-Sep-2026 September 202020.9.26 13、无论才能知识多么卓著，如果缺乏热情，则无异纸上画饼充饥，无补于事。Saturday, September 26, 202026-Sep-2020.9.26 14、我只是自己不放过自己而已，现在我不会再逼自己眷恋了。20.9.2621:14:0426 September 202021:14,谢谢大家,
