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1、E,辛 晓 帅,嵌入式系统设计,Embedded system design,CONTENTS,1,课程总结,冯诺依曼机：将数据和指令都存储在存储器中的计算机。 计算系统由一个中央处理单元（CPU）和一个存储器组成。存储器拥有数据和指令，并且可以根据所给的地址对它进行读或写。,微处理器体系结构,冯诺依曼体系结构代表处理器 X86系列处理器 MIPS公司的MIPS处理器 ARM 7系列处理器。,微处理器体系结构,哈佛机：为数据和程序提供了各自独立的存储器。 独立的程序存储器和数据存储器为数字信号处理提供了较高的性能。,微处理器体系结构,微处理器体系结构,哈佛体系结构 DSP处理器 ARM 9 以
2、后的ARM系列处理器。 Microchip公司的PIC系列处理器 Motorola的MC68系列处理器 Zilog公司的Z8系列处理器 Atmel公司的AVR系列处理器。,2016年被美国芯片制造商微芯科技（Microchip Technology）宣布以36亿美元收购Atmel,2015年2月，飞思卡尔与 NXP达成合并协议,2016年10月高通宣布将以380亿美元收购荷兰半导体厂商恩智浦半导体公司,2015年12月英特尔斥资167亿美元收购了Altera公司,微处理器体系结构,微处理器体系结构,ARM处理器概述,ARM处理器概述,Cortex-A面向性能密集型系统的应用处理器内核,为利用操
3、作系统（例如Linux或者Android）的设备提供了一系列解决方案,从低成本手持设备到智能手机、平板电脑、机顶盒以及企业网络设备等.,ARM处理器概述,Cortex-R处理器针对高性能实时应用,例如硬盘控制器（或固态驱动控制器）、企业中的网络设备和打印机、消费电子设备（例如蓝光播放器和媒体播放器）、以及汽车应用（例如安全气囊、制动系统和发动机管理）,ARM处理器概述,Cortex-M面向各类嵌入式应用的微控制器内核,SecurCore 系列微处理器主要应用于一些对安全性要求较高的应用产品及应用系统，如信用卡、电子钱包、SIM卡、电子护照和身份证。,存储器系统概述存储系统层次架构,S0层为CP
4、U内部寄存器 S1层为芯片内部的高速缓存（cache） 内存S2层为芯片外的高速缓存（SRAM、DRAM、SDRAM） S3层为主存储器（Flash、PROM、EPROM、EEPROM） S4层为外部存储器（磁盘、光盘、CF、SD卡、U盘） S5层为远程二级存储（分布式文件系统、Web服务器）,存储器系统概述分类,随机存储器接口设计SDRAM接口,HY57V561620引脚描述,随机存储器接口设计SDRAM存储容量,随机存储器接口设计SDRAM接口设计,4M16b4块,A23 A24,随机存储器接口设计SDRAM接口设计,利用两片16位SDRAM构建32位SDRAM,64MB:4M16b4块2
5、,A24 A25,时钟相关PLL,鉴频鉴相器(PFD)(鉴相器:PD):对输入的参考信号和反馈回路的信号进行频率和相位的比较，输出一个代表两者差异的信号至低通滤波器 低通滤波器(LPF):将输入信号中的高频成分滤除，保留直流部分送至压控振荡器。 压控振荡器(VCO):输出一个周期信号,其频率由输入电压所控制。 反馈回路:将压控振荡器输出的信号送回至鉴频鉴相器。通常压控振荡器的输出信号的频率大于参考信号的频率，因此需在此加入分频器(DIV)以降低频率。,时钟相关定时器/计数器,定时器,计数器,时钟相关看门狗,作用：当系统程序出现错乱，引起系统程序死循环时，产生复位信 号，迫使系统复位，恢复系统正
6、常运行。,原理：在系统运行以后也就启动了看门狗的计数器，看门狗就开始 自动计数，如果到了一定的时间还不去清看门狗（喂狗），那么看 门狗计数器就会溢出从而引起看门狗中断，造成系统复位。,数据通信基础,（1）信源：作用是将原始信息转换为相应的信号（通常称为基带信号）。 （2）发送设备：对基带信号进行各种变换和处理，使其适合在信道中传输。 （3）信道：发送设备和接收设备之间用于传输信号的介质。 （4）接收设备：对接收信号进行必要的处理和变换后，恢复为相应的基带信号。 （5）信宿：将恢复的基带信号转换成相应的原始信息。 （6）噪声源：信道中的噪声以及分散在通信系统其他各处噪声的集中表现。,差分曼彻斯特
7、编码（Differential ） 每个码元的中间仍要发生跳变。 用码元开始处有无跳变来表示0和1 ，有跳变代表0，无跳变代表1。,数据编码,NRZ,1、同步通信方式,字符同步：如何将一串0和1还原成一个字符数据？,位、字符及帧同步,2、异步通信方式,异步通信协议： （1）没有数据发送时，数据线保持“1”状态 （2）发送数据时，先发起始位“0”，其后是数据 （3）数据后再发一位停止位“1“,因此对于8位数据至少要发送10位,位、字符及帧同步,位、字符及帧同步,1. 通过字符间时间间隔区分帧,帧同步：如何将一串字符还原成一帧数据？,PPP协议,位、字符及帧同步,2. 通过帧头帧尾区分帧,帧同步：
8、如何将一串字符还原成一帧数据？,冗余校验,UART是通用异步收发器（异步串行通信口）的英文缩写，它包括了RS232、RS449、RS423、RS422和RS485等接口标准规范和总线标准规范，即UART是异步串行通信口的总称。 而RS232、RS449、RS423、RS422和RS485等，是对应各种异步串行通信口的接口标准和总线标准，它规定了通信口的电气特性、传输速率、连接特性和接口的机械特性等内容。,异步串行通信口,0xAA,0x55,0xAA,0x55,与PC机进行通信,UART 调试,UART 调试软件,总线拓扑 由一条主干电缆作为传输介质， 各网络节点通过分支与总线相连 的网络拓扑结
9、构。 总线拓扑是工业数据通信中应用 最为常见的一种网络拓扑形式。,控制网络基础,树形拓扑 树形拓扑是星形拓扑的扩展形式。 也有人认为树形拓扑是总线拓 扑的扩展形式。 树形拓扑可适用于很宽应用范围， 对网络设备的数量、传输速 率和数据类型等，都没有太多限 制，可达到很高的带宽。,控制网络基础,网络介质的访问控制方式(总线仲裁技术) 公用信道法的关键问题：设法避免不同的用户同时使用公用信道，在任何时刻，信道只允许一个用户使用，否则就会互相干扰，无法通讯。 因此，为保证各用户之间的正常通信，必须要有一个彼此都遵循的协议，这就是多点接入协议或多点访问协议，也叫介质的访问控制方式。 它分为两大类：随机接
10、入和受控接入。,控制网络基础,国际标准化组织(ISO)的开放系统互连(OSI)七层通信协议,开放系统互联参考模型,网络体系统结构,为了便于理解，我们以邮政通信系统为例，以此引出计算机网络通信和网络体系结构的概念，这一概念对计算机网络中电子邮件的发送和接收有着重要的参考意义。,CAN总线基础,数据帧,如何实现多节点数据通信,CAN总线软件开发,自定义协议,CAN总线软件开发,优先级,CAN总线软件开发,TCP/IP参考模型分为四层：应用层、传输层、互联层、网络接口层。TCP/IP的结构与OSI结构的对应关系如图所示。,TCP/IP模型与OSI模型对照,TCP/IP结构模型,TCP/IP结构模型,
11、TCP/IP协议也采用对等层通信的模式，封装和解除封装也在各层进行。发送方在发送数据时，应用程序将要发送的数据加上应用层头部交给传输层，TCP或UDP再将数据分成大小一定的数据段，然后加上本层的报文头。数据传输如下图所示。,TCP/IP结构模型,固 定 部 分,可变 部分,0,4,8,16,19,24,31,版 本,标志,生 存 时 间,协 议,标 识,区 分 服 务,总 长 度,片 偏 移,填 充,首 部 检 验 和,源 地 址,目 的 地 址,可 选 字 段 （长 度 可 变）,位,首部长度,数 据 部 分,数 据 部 分,首 部,IP 数据报,IP数据报,在Internet网上，每台主机
12、、终端、服务器、以及路由器都有自己的IP地址，这个IP地址是全球唯一的，用于标识该机在Internet网中的位置。IP地址与IP地址的分类如下图所示。,TCP/IPIP地址,HA1,HA5,HA4,HA3,HA6,主机 H1,主机 H2,路由器 R1,硬件地址,路由器 R2,HA2,IP1,IP2,局域网,局域网,局域网,IP1,HA1,HA5,HA4,HA3,HA6,HA2,IP6,主机 H1,主机 H2,路由器 R1,IP 层上的互联网,MAC 帧,IP2,IP4,IP3,IP5,路由器 R2,MAC 帧,MAC 帧,IP 数据报,从协议栈的层次上看数据的流动,HA1,HA5,HA4,HA
13、3,HA6,主机 H1,主机 H2,路由器 R1,硬件地址,路由器 R2,HA2,IP1,IP2,局域网,局域网,局域网,IP1,HA1,HA5,HA4,HA3,HA6,HA2,IP6,主机 H1,主机 H2,路由器 R1,IP 层上的互联网,MAC 帧,IP2,IP4,IP3,IP5,路由器 R2,MAC 帧,MAC 帧,IP 数据报,从虚拟的 IP 层上看 IP 数据报的流动,HA1,HA5,HA4,HA3,HA6,主机 H1,主机 H2,路由器 R1,硬件地址,路由器 R2,HA2,IP1,IP2,局域网,局域网,局域网,IP1,HA1,HA5,HA4,HA3,HA6,HA2,IP6,主
14、机 H1,主机 H2,路由器 R1,IP 层上的互联网,MAC 帧,IP2,IP4,IP3,IP5,路由器 R2,MAC 帧,MAC 帧,IP 数据报,在链路上看 MAC 帧的流动,TCP报文,TCP报文段的首部,TCP,各层都有该层协议使用的地址,TCP连接,主机A,主机B,三次握手建立TCP连接,第一次握手：源端机发送一个带有本次连接序号的请求。,第二次握手：目的主机收到请求后，如果同意连接，则发回一个带有本次连接序号和源端机连接序号的确认。,第三次握手：源端机收到含有两次初始序号的应答后，再向目的主机发送一个带有两次连接序号的确认。,TCP连接,TCP连接的释放,主机A,主机B,UDP,
15、UDP报文,IP数据报,Socket编程,socket（）,bind（）,listen（）,accept（）,send（）,recv（）,close（）,send（）,socket（）,recv（）,close（）,connect（）,recv（）,建立连接,数据请求,数据响应,断连指示,Client,Server,嵌入式Linux开发环境交叉开发环境,嵌入式Linux开发环境开发工具,Bootloader,嵌入式Linux开发环境开发工具,系统引导程序,BIOS,BSP,Bootloader,商业OS,linux-2.6.32.60,嵌入式Linux移植内核,嵌入式Linux移植内核,make menuconfig,嵌入式Linux移植文件系统,Linux文件系统,busybox是构造文件系统最常用的软件工具包，它被非常形象地称为嵌入式Linux系统中的“瑞士军刀”，因为它将许多常用的Linux命令和工具结合到了一个单独的可执行程序（busybox）中。 busybox在设计上就充分考虑了硬件资源受限的特殊工作环境。它采用一种很巧妙的办法减少自己的体积：所有的命令都通过“插件”的方式集中到一个可执行文件中，在实际应用过程中通过不同的符号链接来确定到底要执行哪个操作。,嵌入式Linux移植文件系统,嵌入式
