《嵌入式系统硬件技术课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《嵌入式系统硬件技术课件（136页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第第3讲讲 嵌入式系统硬件技术嵌入式系统硬件技术n n本讲主要授课内容本讲主要授课内容n nRAM存储器技术存储器技术n nFLASH存储器技术存储器技术n n串口技术串口技术n n硬盘及硬盘及FAT文件系统文件系统n n显示技术显示技术n n其他接口其他接口13.1RAM存储器技术存储器技术n n在嵌入式系统中在嵌入式系统中CPU通过地址直接访问的通过地址直接访问的存储器包括可读写存储器和只读存储器两存储器包括可读写存储器和只读存储器两类，通常用于上电时存放运行时程序及数类，通常用于上电时存放运行时程序及数据的据的RAM被称为主存。被称为主存。2存储器的几个相关性能指数存储器的几个相关性能指
2、数p容量容量 存储器容量用存储器容量用S=S=WlmWlm表示，表示，W W为存储器字长，为存储器字长，l l为存储器字数，为存储器字数，m m则为存储器体数则为存储器体数 p速度速度 访问时间访问时间(access (access time)Tatime)Ta：从存储器接到读请：从存储器接到读请求到所读的字传送到数据总线上的时间间隔求到所读的字传送到数据总线上的时间间隔 存储周期存储周期TmTm：连续两次访问存储器之间所必需：连续两次访问存储器之间所必需的最小时间间隔。一般的最小时间间隔。一般Tm TaTm Ta 存储带宽存储带宽BmBm：存储器被连续访问时所提供的数：存储器被连续访问时所提
3、供的数据传输速流，单位是位据传输速流，单位是位( (或字节）或字节）/ /秒秒 p价格价格 存储器的价格通常用单位字节价格来表示，若存储器的价格通常用单位字节价格来表示，若总容量为总容量为S S的存储器的总价格为的存储器的总价格为C C，则单位字节价格，则单位字节价格c cC/SC/S3存储器设计目标存储器设计目标p高速度高速度p大容量大容量p低价格低价格4设计目标实现依据设计目标实现依据p存储器的工艺实现技术有了突飞猛进的发展，高速、存储器的工艺实现技术有了突飞猛进的发展，高速、大容量、低价的存储器件以惊人的速度生产出来大容量、低价的存储器件以惊人的速度生产出来p所有程序都具有这样的行为特性
4、：空间和时间局部所有程序都具有这样的行为特性：空间和时间局部性性p90/1090/10原理：一个程序的原理：一个程序的9090时间是消耗在时间是消耗在1010的代的代码上码上 p根据以上局部性原则（根据以上局部性原则（The Principle of The Principle of LocalityLocality），就可以利用各种不同的价格、速度、容），就可以利用各种不同的价格、速度、容量的存储器的组合设计出一个多层次（量的存储器的组合设计出一个多层次（multiple multiple levellevel）存储系统）存储系统 5存储器层次结构存储器层次结构pp在嵌入式系统中所用到的存储
5、器主要有：触发器在嵌入式系统中所用到的存储器主要有：触发器在嵌入式系统中所用到的存储器主要有：触发器在嵌入式系统中所用到的存储器主要有：触发器（Flip-Flops and LatchesFlip-Flops and LatchesFlip-Flops and LatchesFlip-Flops and Latches）、寄存器（）、寄存器（）、寄存器（）、寄存器（Register Register Register Register FilesFilesFilesFiles）、静态随机访问存储器（）、静态随机访问存储器（）、静态随机访问存储器（）、静态随机访问存储器（SRAMSRAMSRAM
6、SRAM）、动态随）、动态随）、动态随）、动态随机访问存储器（机访问存储器（机访问存储器（机访问存储器（DRAMDRAMDRAMDRAM）、闪速存储器（）、闪速存储器（）、闪速存储器（）、闪速存储器（FLASHFLASHFLASHFLASH）、）、）、）、磁盘（磁盘（磁盘（磁盘（Magnetic DiskMagnetic DiskMagnetic DiskMagnetic Disk）等）等）等）等 pp这些存储器的速度，为触发器最快，寄存器次之，这些存储器的速度，为触发器最快，寄存器次之，这些存储器的速度，为触发器最快，寄存器次之，这些存储器的速度，为触发器最快，寄存器次之，SRAMSRAMS
7、RAMSRAM再次，再次，再次，再次，DRAMDRAMDRAMDRAM较慢，然后是较慢，然后是较慢，然后是较慢，然后是FLASHFLASHFLASHFLASH，磁盘最慢，磁盘最慢，磁盘最慢，磁盘最慢pp价格正好反之，磁盘的每兆字节价格最便宜，触价格正好反之，磁盘的每兆字节价格最便宜，触价格正好反之，磁盘的每兆字节价格最便宜，触价格正好反之，磁盘的每兆字节价格最便宜，触发器最贵发器最贵发器最贵发器最贵6存储器层次结构图7存储器层次结构的特性 pp第一，数据的包含性，即上层的数据，在下一第一，数据的包含性，即上层的数据，在下一第一，数据的包含性，即上层的数据，在下一第一，数据的包含性，即上层的数据
8、，在下一层中都能找到。层中都能找到。层中都能找到。层中都能找到。pp第二，下层存储器将自己的地址映射到高层的第二，下层存储器将自己的地址映射到高层的第二，下层存储器将自己的地址映射到高层的第二，下层存储器将自己的地址映射到高层的存储器。存储器。存储器。存储器。8存储器层次结构几个基本概念存储器层次结构几个基本概念pp块（块（块（块（BlockBlockBlockBlock）: : : :相邻两级间的信息交换单位相邻两级间的信息交换单位相邻两级间的信息交换单位相邻两级间的信息交换单位pp命中（命中（命中（命中（HitHitHitHit）：）：）：）：相邻两层存储层次中，访问地址可相邻两层存储层次
9、中，访问地址可相邻两层存储层次中，访问地址可相邻两层存储层次中，访问地址可以直接在高层存储器中访问到以直接在高层存储器中访问到以直接在高层存储器中访问到以直接在高层存储器中访问到pp命中时间命中时间命中时间命中时间(hit time)(hit time)(hit time)(hit time)：访问高层存储器所需的时访问高层存储器所需的时访问高层存储器所需的时访问高层存储器所需的时间，其中包括本次访问是命中还是失效的判定时间间，其中包括本次访问是命中还是失效的判定时间间，其中包括本次访问是命中还是失效的判定时间间，其中包括本次访问是命中还是失效的判定时间pp命中率（命中率（命中率（命中率（Hi
10、t RateHit RateHit RateHit Rate）：）：）：）：相邻两层存储层次中，访相邻两层存储层次中，访相邻两层存储层次中，访相邻两层存储层次中，访问地址可以直接在高层存储器中访问到的概率问地址可以直接在高层存储器中访问到的概率问地址可以直接在高层存储器中访问到的概率问地址可以直接在高层存储器中访问到的概率pp失效率（失效率（失效率（失效率（Miss RateMiss RateMiss RateMiss Rate）：）：）：）：等于等于等于等于1 1 1 1命中率命中率命中率命中率pp失效损失失效损失失效损失失效损失(miss penalty)(miss penalty)(mi
11、ss penalty)(miss penalty)：用低层存储器中相应用低层存储器中相应用低层存储器中相应用低层存储器中相应的块替换高层存储器中的块，并将该块传送到请求的块替换高层存储器中的块，并将该块传送到请求的块替换高层存储器中的块，并将该块传送到请求的块替换高层存储器中的块，并将该块传送到请求访问的设备（通常是访问的设备（通常是访问的设备（通常是访问的设备（通常是CPUCPUCPUCPU）的时间）的时间）的时间）的时间9存储器层次结构的性能存储器层次结构的性能 pp评价存储器层次结构的性能参数是平均存储访问评价存储器层次结构的性能参数是平均存储访问评价存储器层次结构的性能参数是平均存储访
12、问评价存储器层次结构的性能参数是平均存储访问时间时间时间时间(average memory-access time) (average memory-access time) (average memory-access time) (average memory-access time) 平均存储访问时间命中时间平均存储访问时间命中时间平均存储访问时间命中时间平均存储访问时间命中时间命中率命中率命中率命中率 失效率失效率失效率失效率 失效损失失效损失失效损失失效损失pp当块大小过小时，失效率很高当块大小过小时，失效率很高当块大小过小时，失效率很高当块大小过小时，失效率很高 pp当高层存储器容
13、量保持不变时，失效率有一最低当高层存储器容量保持不变时，失效率有一最低当高层存储器容量保持不变时，失效率有一最低当高层存储器容量保持不变时，失效率有一最低限值，此时块大小的变化对失效率没有影响限值，此时块大小的变化对失效率没有影响限值，此时块大小的变化对失效率没有影响限值，此时块大小的变化对失效率没有影响 pp当块大小超过某定值后，（这一定值又称为污染当块大小超过某定值后，（这一定值又称为污染当块大小超过某定值后，（这一定值又称为污染当块大小超过某定值后，（这一定值又称为污染点），失效率呈现随块大小增加而上升的趋势点），失效率呈现随块大小增加而上升的趋势点），失效率呈现随块大小增加而上升的趋势
14、点），失效率呈现随块大小增加而上升的趋势 10主存简介 pp主存是非常重要存储和记忆部件，用以存放主存是非常重要存储和记忆部件，用以存放主存是非常重要存储和记忆部件，用以存放主存是非常重要存储和记忆部件，用以存放数据和程序数据和程序数据和程序数据和程序pp主存大都采用主存大都采用主存大都采用主存大都采用DRAMDRAMDRAMDRAM芯片实现芯片实现芯片实现芯片实现 pp一般说来，容量越大速度越快的存储器就能一般说来，容量越大速度越快的存储器就能一般说来，容量越大速度越快的存储器就能一般说来，容量越大速度越快的存储器就能给系统带来越高的性能给系统带来越高的性能给系统带来越高的性能给系统带来越高
15、的性能pp与微机相比，嵌入式系统的主存一般比较小与微机相比，嵌入式系统的主存一般比较小与微机相比，嵌入式系统的主存一般比较小与微机相比，嵌入式系统的主存一般比较小pp同时在有些嵌入式系统中也有用同时在有些嵌入式系统中也有用同时在有些嵌入式系统中也有用同时在有些嵌入式系统中也有用FlashFlashFlashFlash存储器存储器存储器存储器作为主存使用的情况作为主存使用的情况作为主存使用的情况作为主存使用的情况11DRAM与与SRAM主要差别主要差别 pp对对对对DRAMDRAMDRAMDRAM芯片来说，在读出数据之后还需重新写回芯片来说，在读出数据之后还需重新写回芯片来说，在读出数据之后还需
16、重新写回芯片来说，在读出数据之后还需重新写回数据，因而它的访问延迟和存储周期不同。数据，因而它的访问延迟和存储周期不同。数据，因而它的访问延迟和存储周期不同。数据，因而它的访问延迟和存储周期不同。SRAMSRAMSRAMSRAM的的的的访问时间与存储周期则没有差别访问时间与存储周期则没有差别访问时间与存储周期则没有差别访问时间与存储周期则没有差别pp为防止信息丢失，为防止信息丢失，为防止信息丢失，为防止信息丢失，DRAMDRAMDRAMDRAM需要定期刷新每个存储单需要定期刷新每个存储单需要定期刷新每个存储单需要定期刷新每个存储单元，元，元，元，SRAMSRAMSRAMSRAM却不需要却不需要
17、却不需要却不需要ppDRAMDRAMDRAMDRAM设计强调容量，而对设计强调容量，而对设计强调容量，而对设计强调容量，而对SRAMSRAMSRAMSRAM设计来说，容量和设计来说，容量和设计来说，容量和设计来说，容量和速度同样重要速度同样重要速度同样重要速度同样重要pp就可以比较的存储器设计技术而言，就可以比较的存储器设计技术而言，就可以比较的存储器设计技术而言，就可以比较的存储器设计技术而言，DRAMDRAMDRAMDRAM的容量的容量的容量的容量大概为大概为大概为大概为SRAMSRAMSRAMSRAM的的的的16161616倍，而倍，而倍，而倍，而SRAMSRAMSRAMSRAM的存储周
18、期比的存储周期比的存储周期比的存储周期比DRAMDRAMDRAMDRAM的约的约的约的约快快快快8 8 8 816161616倍倍倍倍 123.1.1DRAM存储器存储器n nDRAM由于结构简单集成度高，因此价格由于结构简单集成度高，因此价格非常便宜，是目前嵌入式系统中主要的内非常便宜，是目前嵌入式系统中主要的内存方式。存方式。n nDRAM经历了经历了DRAM，FPM DRAM（Fast page Mode DRAM）,EDO DRAM（Extended Data Out DRAM）,SDRAM （Synchronous DRAM）,DDR SDRAM（Double Data Rate S
19、DRAM）,DDR2 SDRAM,DDR3 SDRAM13DRAM的基本结构的基本结构14从从DRAM到到DDRIIIn n最初最初DRAM读写是在控制信号的作用下先读写是在控制信号的作用下先发一个行地址再发一个列地址，随后读发一个行地址再发一个列地址，随后读/写写一个数据。一个数据。15DRAM读数据时序读数据时序16n n人们发现通常数据是连续读人们发现通常数据是连续读人们发现通常数据是连续读人们发现通常数据是连续读/ /写的，因此，改为写的，因此，改为写的，因此，改为写的，因此，改为FPM DRAMFPM DRAM，送一次行地址后，将行地址锁存，送一次行地址后，将行地址锁存，送一次行地址
20、后，将行地址锁存，送一次行地址后，将行地址锁存，只送列地址，每送一个列地址就读只送列地址，每送一个列地址就读只送列地址，每送一个列地址就读只送列地址，每送一个列地址就读/ /写一个数据，写一个数据，写一个数据，写一个数据，直到该行的数据读完。从而提高了读直到该行的数据读完。从而提高了读直到该行的数据读完。从而提高了读直到该行的数据读完。从而提高了读/ /写速度。写速度。写速度。写速度。17n n由于在列地址送出后到读出数据之间需要时间，由于在列地址送出后到读出数据之间需要时间，由于在列地址送出后到读出数据之间需要时间，由于在列地址送出后到读出数据之间需要时间，而这个时间对于地址线而言是空闲的，
21、可以送出而这个时间对于地址线而言是空闲的，可以送出而这个时间对于地址线而言是空闲的，可以送出而这个时间对于地址线而言是空闲的，可以送出下一个列地址，因此开发了下一个列地址，因此开发了下一个列地址，因此开发了下一个列地址，因此开发了EDO DRAMEDO DRAM，利用类，利用类，利用类，利用类似于流水线的模式进一步提高了内存读似于流水线的模式进一步提高了内存读似于流水线的模式进一步提高了内存读似于流水线的模式进一步提高了内存读/ /写速度。写速度。写速度。写速度。18n n由于由于DRAM需要动态充电的特性使每次读数需要动态充电的特性使每次读数据后需要进行再次充电才能进行下次读，因据后需要进行
22、再次充电才能进行下次读，因此此SDRAM采用了两个（或多个）采用了两个（或多个）Bank的方的方式进行交替数据操作，式进行交替数据操作，Bank0读数据时读数据时Bank1充电，充电， 下一周期下一周期Bank1读数据时读数据时Bank0充电，充电，从而提高对外的数据交换能力。从而提高对外的数据交换能力。n nSDRAM的操作改为由外部时钟上升沿同步控的操作改为由外部时钟上升沿同步控制方式，以实现突发数据传送能力。突发数制方式，以实现突发数据传送能力。突发数据传送可以实现接收一次列地址发送多个数据传送可以实现接收一次列地址发送多个数据的能力。据的能力。192021n nDDR （Double
23、Data Rate）SDRAM则采用则采用了二倍预读取的技术，在每次得到一个地了二倍预读取的技术，在每次得到一个地址时芯片内部读取两个数据，这两个数据址时芯片内部读取两个数据，这两个数据分别在一个时钟的上升沿和下升沿传送出分别在一个时钟的上升沿和下升沿传送出去，从而提高读去，从而提高读/写速度。写速度。22n nDDRII SDRAM采用了采用了4倍预读取的技术，倍预读取的技术，在每次得到一个地址时芯片内部读取在每次得到一个地址时芯片内部读取4个数个数据，并将据，并将I/O端口的时钟频率提高为原来的端口的时钟频率提高为原来的两倍（内部操作时钟频率的两倍），并在两倍（内部操作时钟频率的两倍），并
24、在一个时钟上升沿和下升沿各传送一个数据，一个时钟上升沿和下升沿各传送一个数据，从而进一步提高读从而进一步提高读/写速度。写速度。23n nDDRIII SDRAM采用了采用了8倍预读取的技术，倍预读取的技术，在每次得到一个地址时芯片内部读取在每次得到一个地址时芯片内部读取8个数个数据，并将据，并将I/O端口的时钟频率提高为原来的端口的时钟频率提高为原来的4倍（内部操作时钟频率的倍（内部操作时钟频率的4倍），并在一个倍），并在一个时钟上升沿和下升沿各传送一个数据，从时钟上升沿和下升沿各传送一个数据，从而进一步提高读而进一步提高读/写速度。写速度。24SDRAM的特点的特点n nSDRAM由一系列
25、指令控制完成数据存取功由一系列指令控制完成数据存取功能能n nSDRAM需要使用专用的需要使用专用的SDRAM控制器控制器n n能够在系统时钟的驱动下连续存取数据，能够在系统时钟的驱动下连续存取数据，（突发模式）（突发模式）n n由于需要进行预充电，因此一般芯片由多由于需要进行预充电，因此一般芯片由多个个BANK组成组成n n采用预读写技术后，读采用预读写技术后，读/写性能成倍提升。写性能成倍提升。252627n nSDRAM中行地址宽度与列地址宽度常常是中行地址宽度与列地址宽度常常是不一样的，列地址通常只有不一样的，列地址通常只有9位，表示位，表示512个列，也就是说给出一次行地址，最多能个
26、列，也就是说给出一次行地址，最多能够读取够读取512个字节（或字）。个字节（或字）。本例中行地址为本例中行地址为2124K，列地址为，列地址为29512Bank数由数由bs0,bs1(A12,A13)给出共给出共224，因，因此每片此每片SDRAM容量为容量为4K*512*4=8MB两片共两片共8MB2=16MB283.1.2 SRAM存储器存储器SRAMSRAM存储器的主要特点：存储器的主要特点：存储器的主要特点：存储器的主要特点：n n主要优点：速度快，不需要刷新电路，效率高主要优点：速度快，不需要刷新电路，效率高主要优点：速度快，不需要刷新电路，效率高主要优点：速度快，不需要刷新电路，效
27、率高n n主要缺点：体积大，功耗大，集成度低价格昂贵主要缺点：体积大，功耗大，集成度低价格昂贵主要缺点：体积大，功耗大，集成度低价格昂贵主要缺点：体积大，功耗大，集成度低价格昂贵n n主要应用：主要应用：主要应用：主要应用：CPUCPU与主存的高速缓存与主存的高速缓存与主存的高速缓存与主存的高速缓存CPUCPU内部高速缓存内部高速缓存内部高速缓存内部高速缓存在嵌入式系统中作为主存使用在嵌入式系统中作为主存使用在嵌入式系统中作为主存使用在嵌入式系统中作为主存使用29课后练习课后练习n nDRAM与与SRAM在数据操作上的区别是什在数据操作上的区别是什么？么？n n与与SDRAM相比，相比，DDR
28、技术为什么能够提高技术为什么能够提高数据存取速度？数据存取速度？303.2 闪速存储器闪速存储器(Flash) FLASHFLASHFLASHFLASH与与与与DRAMDRAMDRAMDRAM和和和和SRAMSRAMSRAMSRAM有所不同，虽然他们都有所不同，虽然他们都有所不同，虽然他们都有所不同，虽然他们都可以直接连接在系统总线上进行读写，但是可以直接连接在系统总线上进行读写，但是可以直接连接在系统总线上进行读写，但是可以直接连接在系统总线上进行读写，但是FLASHFLASHFLASHFLASH是一种非易失性的存储器，失去供电后可是一种非易失性的存储器，失去供电后可是一种非易失性的存储器，
29、失去供电后可是一种非易失性的存储器，失去供电后可以长期保存数据不丢失。因此以长期保存数据不丢失。因此以长期保存数据不丢失。因此以长期保存数据不丢失。因此FlashFlashFlashFlash在嵌入式系在嵌入式系在嵌入式系在嵌入式系统中常常担当着类似于统中常常担当着类似于统中常常担当着类似于统中常常担当着类似于PCPCPCPC机中硬盘的角色。机中硬盘的角色。机中硬盘的角色。机中硬盘的角色。FLASHFLASHFLASHFLASH存储器根据其技术手段的不同有类：存储器根据其技术手段的不同有类：存储器根据其技术手段的不同有类：存储器根据其技术手段的不同有类：NORNORNORNORFlashFla
30、shFlashFlash，DINORDINORDINORDINORFlashFlashFlashFlash，NANDNANDNANDNANDFlashFlashFlashFlash，UltraNAND FlashUltraNAND FlashUltraNAND FlashUltraNAND Flash, , , ,AND FlashAND FlashAND FlashAND Flash31FLASH工作原理工作原理通过在浮栅上充电或放电来控制源通过在浮栅上充电或放电来控制源/漏之间的通路，从而实漏之间的通路，从而实现现0/1的表达。的表达。323.2.1 NORFLASH技术技术n nNORN
31、ORNORNOR技术闪速存储器是最早出现的技术闪速存储器是最早出现的技术闪速存储器是最早出现的技术闪速存储器是最早出现的Flash MemoryFlash MemoryFlash MemoryFlash Memory，它源于传统的它源于传统的它源于传统的它源于传统的EPROMEPROMEPROMEPROM器件，具有可靠性高、随机读取器件，具有可靠性高、随机读取器件，具有可靠性高、随机读取器件，具有可靠性高、随机读取速度快的优势，在擦除和编程操作较少而直接执行速度快的优势，在擦除和编程操作较少而直接执行速度快的优势，在擦除和编程操作较少而直接执行速度快的优势，在擦除和编程操作较少而直接执行代码的
32、场合，尤其是纯代码存储的应用中广泛使用，代码的场合，尤其是纯代码存储的应用中广泛使用，代码的场合，尤其是纯代码存储的应用中广泛使用，代码的场合，尤其是纯代码存储的应用中广泛使用，如如如如PCPCPCPC的的的的BIOSBIOSBIOSBIOS固件、移动电话、硬盘驱动器的控制存固件、移动电话、硬盘驱动器的控制存固件、移动电话、硬盘驱动器的控制存固件、移动电话、硬盘驱动器的控制存储器等。储器等。储器等。储器等。n n由于由于由于由于NORNORNORNOR技术技术技术技术Flash MemoryFlash MemoryFlash MemoryFlash Memory的擦除和编程速度较慢，的擦除和编
33、程速度较慢，的擦除和编程速度较慢，的擦除和编程速度较慢，而块尺寸又较大（而块尺寸又较大（而块尺寸又较大（而块尺寸又较大（64KB64KB64KB64KB，128KB128KB128KB128KB），因此擦除和编程），因此擦除和编程），因此擦除和编程），因此擦除和编程操作所花费的时间很长，在纯数据存储和文件存储操作所花费的时间很长，在纯数据存储和文件存储操作所花费的时间很长，在纯数据存储和文件存储操作所花费的时间很长，在纯数据存储和文件存储的应用中，的应用中，的应用中，的应用中，NORNORNORNOR技术显得力不从心。技术显得力不从心。技术显得力不从心。技术显得力不从心。33NORFLASH接
34、口接口信号信号信号信号信号功能信号功能信号功能信号功能A0:nA0:n地址信号地址信号地址信号地址信号DQ0:mDQ0:m数据信号数据信号数据信号数据信号nWE#nWE#写使能信号写使能信号写使能信号写使能信号nOE#nOE#读使能信号读使能信号读使能信号读使能信号nRST#nRST#复位信号复位信号复位信号复位信号nGCS#nGCS#片选信号片选信号片选信号片选信号34NORFLASH指令指令功能功能功能功能周周周周期期期期数数数数CYCLE1CYCLE1CYCLE2CYCLE2CYLCE3CYLCE3CYCLE4CYCLE4CYCLE5CYCLE5CYCLE5CYCLE56AB6ABDBD
35、BABABDBDBABABDBDBABABDBDBABABDBDBABABDBDB读读读读1 1PAPARDRD复位复位复位复位1 1XXXXF0F0写写写写4 4AAAAA AAAAA5555555555AAAAA AADADPAPAPDPD块擦除块擦除块擦除块擦除6 6555555AAAA2AA2AA55555555558080555555AAAA2AA2AA55555555551010片擦除片擦除片擦除片擦除6 6555555AAAA2AA2AA55555555558080555555AAAA2AA2AA5555SASA3030读读读读IDID4 4555555AAAA2AA2AA555
36、5555555909000000202暂停暂停暂停暂停1 1XXXXB0B0继续继续继续继续1 1XXXX303029LV160芯片指令芯片指令35n n读数据只需要读数据只需要读数据只需要读数据只需要1 1个周期个周期个周期个周期直接在地址总线送地址，可在数据总线读到数据直接在地址总线送地址，可在数据总线读到数据直接在地址总线送地址，可在数据总线读到数据直接在地址总线送地址，可在数据总线读到数据n n写数据需要写数据需要写数据需要写数据需要4 4个周期个周期个周期个周期1 1 将将将将 0xAA 0xAA写到写到写到写到 FLASH FLASH 地址地址地址地址 0x555 0x5552 2
37、 将将将将 0x55 0x55 写到写到写到写到 FLASH FLASH 地址地址地址地址 0x2AA 0x2AA3 3 将将将将 0xA0 0xA0 写到写到写到写到 FLASH FLASH 地址地址地址地址 0x555 0x5554 4 将编程数据将编程数据将编程数据将编程数据(BYTE)(BYTE)写到对应的编程地址上去写到对应的编程地址上去写到对应的编程地址上去写到对应的编程地址上去n n整片擦除操作需要整片擦除操作需要整片擦除操作需要整片擦除操作需要6 6个周期个周期个周期个周期1 1 将将将将 0xAA 0xAA写到写到写到写到 FLASH FLASH 地址地址地址地址 0x555
38、 0x5552 2 将将将将 0x55 0x55 写到写到写到写到 FLASH FLASH 地址地址地址地址 0x2AA 0x2AA3 3 将将将将 0x80 0x80 写到写到写到写到 FLASH FLASH 地址地址地址地址 0x555 0x5554 4 将将将将 0xAA 0xAA写到写到写到写到 FLASH FLASH 地址地址地址地址 0x555 0x5555 5 将将将将 0x55 0x55 写到写到写到写到 FLASH FLASH 地址地址地址地址 0x2AA 0x2AA6 6 将将将将 0x10 0x10 写到写到写到写到 FLASH FLASH 地址地址地址地址 0x555
39、0x55536NORFlash接口示意图接口示意图16位接口位接口8位接口位接口373.2.2 NANDFlash技术技术Samsung TOSHIBA FujistuSamsung TOSHIBA Fujistu三家公司联合开发了三家公司联合开发了NANDNANDFlash Flash ，其特点有：，其特点有：n以页为单位进行读和编程操作，以页为单位进行读和编程操作，1 1页为页为256B256B或或512B512B。以块为单位进行擦除，块为以块为单位进行擦除，块为4KB4KB，8KB8KB，16KB16KB。可快。可快擦和快编程功能。擦和快编程功能。n数据、地址采用同一总线，实现串行读取。
40、随机数据、地址采用同一总线，实现串行读取。随机读取速度慢且不能按字节随机编程。读取速度慢且不能按字节随机编程。n芯片尺寸小，引脚少，是位成本芯片尺寸小，引脚少，是位成本(bit cost)(bit cost)最低最低的固态存储器。的固态存储器。n芯片存储位错误率较高，推荐使用芯片存储位错误率较高，推荐使用ECCECC校验，并包校验，并包含冗余块，数目约占含冗余块，数目约占1%1%。38n n基于基于NAND的存储器可以取代硬盘或其他块的存储器可以取代硬盘或其他块设备。设备。n n目前量产的目前量产的NANDFLASH已经可达已经可达64Gb。39NANDFlash内部结构内部结构40NANDF
41、lash地址结构地址结构64MB的的NANDFlash芯片地址结构芯片地址结构41n nNANDFlash容量大，而且可常时间保存容量大，而且可常时间保存数据，因此可以用于替代硬盘作为外存使数据，因此可以用于替代硬盘作为外存使用。但由于坏块的存在，难以保证存储信用。但由于坏块的存在，难以保证存储信息的安全，因此每个页都有息的安全，因此每个页都有16B的冗余信息的冗余信息用于描述当前块的状态，及逻辑块号，这用于描述当前块的状态，及逻辑块号，这样在上层文件系统中，就可以将其作为一样在上层文件系统中，就可以将其作为一个标准块设备使用。个标准块设备使用。42冗余字节的定义冗余字节的定义字节序号字节序号
42、字节序号字节序号内容内容内容内容字节序号字节序号字节序号字节序号内容内容内容内容512512用户定义数据用户定义数据用户定义数据用户定义数据520520后后后后256B256BECCECC校验和校验和校验和校验和513513521521514514522522515515523523块逻辑地址块逻辑地址块逻辑地址块逻辑地址2 2516516数据状态数据状态数据状态数据状态524524517517块状态块状态块状态块状态525525前前前前256B256BECCECC校验和校验和校验和校验和518518块逻辑地址块逻辑地址块逻辑地址块逻辑地址1 152652651951952752743逻辑地址
43、格式逻辑地址格式D7D7D6D6D5D5D4D4D3D3D2D2D1D1D0D00 00 00 01 10 0la9la9la8la8la7la7518,523518,523字节字节字节字节la6la6la5la5la4la4la3la3la2la2la1la1la0la0P P519,524519,524字节字节字节字节在在NANDFlash芯片中块被分为若干个芯片中块被分为若干个zone，每个每个zone中有中有1024个块，这样每个块的编号就只需个块，这样每个块的编号就只需要要10位二进制值，而其中只有位二进制值，而其中只有1000个块具有逻辑编个块具有逻辑编号，可以真正使用，其他号，可
44、以真正使用，其他24个块则为备用块。个块则为备用块。44NANDFlash接口标准接口标准信号信号信号信号信号功能信号功能信号功能信号功能IO1:8IO1:8数据总线数据总线数据总线数据总线CE#CE#片选片选片选片选WE#WE#写有效写有效写有效写有效RE#RE#读有效读有效读有效读有效CLECLE命令锁存命令锁存命令锁存命令锁存ALEALE地址地址地址地址/ /数据锁存数据锁存数据锁存数据锁存WP#WP#写保护信号写保护信号写保护信号写保护信号R/B#R/B#忙信号忙信号忙信号忙信号45NANDFlash命令命令命令名称命令名称命令名称命令名称第一周期第一周期第一周期第一周期第二周期第二周
45、期第二周期第二周期功能功能功能功能Serial Dtat InputSerial Dtat Input0x800x80写数据写数据写数据写数据Read Mode 1Read Mode 10x000x00A8=0A8=0时读数据时读数据时读数据时读数据Read Mode 2Read Mode 20x010x01A8=1A8=1时读数据时读数据时读数据时读数据Read Mode 3Read Mode 30x500x50读校验位读校验位读校验位读校验位ResetReset0xFF0xFF初始化初始化初始化初始化Auto ProgramAuto Program0x100x10开始编程开始编程开始编程开
46、始编程Auto Block EraseAuto Block Erase0x600x600xD00xD0块擦除块擦除块擦除块擦除Status ReadStatus Read0x700x70读状态读状态读状态读状态ID Read 1ID Read 10x900x90厂商及厂商及厂商及厂商及IDID信息信息信息信息ID Read 2ID Read 20x910x91设备参数设备参数设备参数设备参数4647NAND Flash写数据时序写数据时序48擦除块时序图擦除块时序图49NANDFlash 接口示意图接口示意图50NOR Flash与与NAND Flash比较比较NOR FlashNOR Fla
47、shNAND FlashNAND Flash擦除块所需时间擦除块所需时间擦除块所需时间擦除块所需时间/ms/ms1000-50001000-50002-42-4读速度读速度读速度读速度/(KB/s)/(KB/s)1200-15001200-1500600-800600-800写速度写速度写速度写速度/(KB/s)/(KB/s)8080200-400200-400513.2.3 AND Flash技术技术n nANDANDANDAND技术是技术是技术是技术是HitachiHitachiHitachiHitachi公司的专利技术，主要用于数据公司的专利技术，主要用于数据公司的专利技术，主要用于数据
48、公司的专利技术，主要用于数据和文档存储领域。和文档存储领域。和文档存储领域。和文档存储领域。n nANDANDANDAND技术与技术与技术与技术与NANDNANDNANDNAND一样采用一样采用一样采用一样采用“大多数完好的存储器大多数完好的存储器大多数完好的存储器大多数完好的存储器”概概概概念念念念n n由于其内部存在与块大小一致的内部由于其内部存在与块大小一致的内部由于其内部存在与块大小一致的内部由于其内部存在与块大小一致的内部RAM RAM RAM RAM 缓冲区，缓冲区，缓冲区，缓冲区，使得使得使得使得ANDANDANDAND技术不像其他采用技术不像其他采用技术不像其他采用技术不像其他
49、采用MLCMLCMLCMLC的闪速存储器技术那样的闪速存储器技术那样的闪速存储器技术那样的闪速存储器技术那样写入性能严重下降写入性能严重下降写入性能严重下降写入性能严重下降523.2.4 常见存储卡标准常见存储卡标准nCFCF（Compact FlashCompact Flash）卡）卡 19941994年由年由SanDiskSanDisk公司推出，大小公司推出，大小43mm43mm36mm3.3mm36mm3.3mm，5050针接口针接口nSMSM（Smart MediaSmart Media）卡）卡19951995年由东芝推出，大小年由东芝推出，大小45mm45mm37mm0.76mm，重
50、，重1.8g，由于卡，由于卡内不带读写控制器，需要设备提供，因此有不兼容问题。内不带读写控制器，需要设备提供，因此有不兼容问题。nxDxD（eXtremeeXtreme Digital Digital）图卡）图卡20022002年由富士与奥林巴斯推出，年由富士与奥林巴斯推出，大小大小20mm25mm1.7mm，重，重2g，主要用于袖珍数码相机。，主要用于袖珍数码相机。nMMC（MultiMediaCard）卡1997年由西门子与SanDisk推出，大小大小32mm24mm1.4mm，重重1.5g，主要针对手机，主要针对手机，PDA，音乐，影像，电子书，玩具等，音乐，影像，电子书，玩具等53n
51、nSDSD（Secure Digital CardSecure Digital Card）卡）卡）卡）卡 1999 1999年由松下电器，东芝，年由松下电器，东芝，年由松下电器，东芝，年由松下电器，东芝，SanDiskSanDisk联合推出，大联合推出，大联合推出，大联合推出，大小小小小32mm24mm2.1mm32mm24mm2.1mm，可与，可与，可与，可与MMCMMC兼容。兼容。兼容。兼容。miniSDminiSD卡大小卡大小卡大小卡大小20mm21.5mm1.4mm 20mm21.5mm1.4mm ，20052005年年年年SDASDA推出了推出了推出了推出了MicroDSD Micr
52、oDSD 卡标准，大小为卡标准，大小为卡标准，大小为卡标准，大小为11mm15mm1mm 11mm15mm1mm 。n n记忆棒（记忆棒（记忆棒（记忆棒（Memory StickMemory Stick）19991999年由年由年由年由SonySony公司推出，大小公司推出，大小公司推出，大小公司推出，大小50mm21.5mm1.5mm50mm21.5mm1.5mm，重，重，重，重4g4g，由于卡，由于卡，由于卡，由于卡54课后思考题课后思考题n n为什么用为什么用NANDFlash能够很好地取代硬能够很好地取代硬盘？盘？n nNAND Flash 与与NOR Flash接口上的区别在接口上的
53、区别在哪里？哪里？553.3 串口技术串口技术RS232串行接口由于连线少，信号简单，串行接口由于连线少，信号简单，在很多设备上得到了广泛的应用。而且它是在很多设备上得到了广泛的应用。而且它是嵌入式系统调试的基本手段之一，也是几乎嵌入式系统调试的基本手段之一，也是几乎所有嵌入式处理器的必备接口。所有嵌入式处理器的必备接口。常用的串行接口除了常用的串行接口除了RS232外，还有外，还有RS422/485，USB，SPI等。等。563.3.1 RS232接口接口n nRS232的物理定义的物理定义RS232两种物理接口标准两种物理接口标准57RS232接口信号接口信号n nRS232最简连接电路最
54、简连接电路RXD1TXD1TXD2RXD2GND58n nRS232RS232标准标准标准标准RS232RS232常被称为常被称为常被称为常被称为UARTUART（Universal Asynchronous Universal Asynchronous Receiver/TransimitterReceiver/Transimitter）, ,其技术规格如下：其技术规格如下：其技术规格如下：其技术规格如下：1 1、数据传送速率：最高为、数据传送速率：最高为、数据传送速率：最高为、数据传送速率：最高为115200bps115200bps，常用速率，常用速率，常用速率，常用速率9600bps,1
55、9200bps9600bps,19200bps。要求分布电容不大于。要求分布电容不大于。要求分布电容不大于。要求分布电容不大于2500PF2500PF波特率波特率波特率波特率bpsbps屏蔽电屏蔽电屏蔽电屏蔽电缆缆缆缆ft ft非屏蔽非屏蔽非屏蔽非屏蔽电缆电缆电缆电缆ft ft12001200300030005005002400240020002000500500480048005005002502509600960025025010010019200192005050592 2、通信电平采用负逻辑，即、通信电平采用负逻辑，即、通信电平采用负逻辑，即、通信电平采用负逻辑，即5 515V15V表
56、示逻辑表示逻辑表示逻辑表示逻辑1 1，5 5 15V15V表示逻辑表示逻辑表示逻辑表示逻辑0 0。3 3、数据按一定包格式传送，包由、数据按一定包格式传送，包由、数据按一定包格式传送，包由、数据按一定包格式传送，包由4 4部分组成，部分组成，部分组成，部分组成，n n起始位：起始位：起始位：起始位：1 1位，低电平表示，用于通知接收方做接收准备；位，低电平表示，用于通知接收方做接收准备；位，低电平表示，用于通知接收方做接收准备；位，低电平表示，用于通知接收方做接收准备；n n数据位：数据位：数据位：数据位：5 58 8位，紧跟起始位，先低位后高位顺序传送；位，紧跟起始位，先低位后高位顺序传送；
57、位，紧跟起始位，先低位后高位顺序传送；位，紧跟起始位，先低位后高位顺序传送；n n奇偶检验位：奇偶检验位：奇偶检验位：奇偶检验位：0 01 1位，紧跟数据位之后，可为奇校验也可为偶校验；位，紧跟数据位之后，可为奇校验也可为偶校验；位，紧跟数据位之后，可为奇校验也可为偶校验；位，紧跟数据位之后，可为奇校验也可为偶校验；n n停止位：停止位：停止位：停止位：1 1位，位，位，位，1 1位半，位半，位半，位半，2 2位，用高电平表示位，用高电平表示位，用高电平表示位，用高电平表示4 4、通信双方事先进行通信参数约定和设置，通信过程中不再、通信双方事先进行通信参数约定和设置，通信过程中不再、通信双方事
58、先进行通信参数约定和设置，通信过程中不再、通信双方事先进行通信参数约定和设置，通信过程中不再更改。更改。更改。更改。S S d0d0d1d1d2d2d3d3d4d4d5d5d6d6d7d7d8d8P PE E60n nRS232电平转换电路电平转换电路由于由于RS232使用电平范围为使用电平范围为15V，这远远，这远远超出了超出了TTL电平或嵌入式处理器的工作电电平或嵌入式处理器的工作电压，因此如果使用压，因此如果使用RS232进行进行通信需要进行进行通信需要将将TTL电平转换为对应的传输电平。转换电平转换为对应的传输电平。转换一般使用专用的器件，如一般使用专用的器件，如MAX232，MAX3
59、237等，另外还可以通过专用的等，另外还可以通过专用的232接接口芯片为嵌入式处理器扩展串行通信口。口芯片为嵌入式处理器扩展串行通信口。61MAX232电路原理及应用示意图电路原理及应用示意图R1outT1outR1inGNDT1inMAX23262n n嵌入式处理器中嵌入式处理器中RS232的设置和使用的设置和使用S3C2410中的串口特殊寄存器中的串口特殊寄存器63S3C2410中的串口控制寄存器中的串口控制寄存器64S3C2410中的串口控制寄存器续中的串口控制寄存器续65S3C2410中串口中串口FIFO控制寄存器控制寄存器66S3C2410中的波特率计数寄存器中的波特率计数寄存器67
60、S3C2410中的中的FIFO状态寄存器状态寄存器68S3C2410中的发送数据寄存器中的发送数据寄存器69S3C2410中的接收数据寄存器中的接收数据寄存器70n nVoid Uart_init(int baud)ULCON0=0X3; /无校验，无校验，1位停止，位停止，8位数据位数据UCON0=0X305;/内部时钟，电平触发，中内部时钟，电平触发，中断或缓冲模式断或缓冲模式UBRDIV0=(int)(PCLK/16/baud)-1);/分频值分频值UFCON0=0X01;/使用内部使用内部FIFO/Uart0初始化初始化71n nChar Uart_Getch(void) while(
61、!(UFSTAT0&0X0F); return RdURXH0(); / 接收数据接收数据n nVoid Uart_Sendbyte(unsigned char data) while(UFSTAT0&0X200); WrUTXH0(data);/发送数据发送数据72n n其他串行接口其他串行接口其他串行接口其他串行接口RS422/485RS422/485接口，为改进接口，为改进接口，为改进接口，为改进RS-232RS-232通信距离短、通信距离短、通信距离短、通信距离短、速率低的缺点，速率低的缺点，速率低的缺点，速率低的缺点，RS-422RS-422定义了一种平衡通信接口，定义了一种平衡通信
62、接口，定义了一种平衡通信接口，定义了一种平衡通信接口，将传输速率提高到将传输速率提高到将传输速率提高到将传输速率提高到10Mb/s10Mb/s，传输距离延长到，传输距离延长到，传输距离延长到，传输距离延长到40004000英尺（速率低于英尺（速率低于英尺（速率低于英尺（速率低于100kb/s100kb/s时），并允许在一条平衡时），并允许在一条平衡时），并允许在一条平衡时），并允许在一条平衡总线上连接最多总线上连接最多总线上连接最多总线上连接最多1010个接收器。个接收器。个接收器。个接收器。RS-422RS-422是一种单机是一种单机是一种单机是一种单机发送、多机接收的单向、平衡传输规范，被
63、命名发送、多机接收的单向、平衡传输规范，被命名发送、多机接收的单向、平衡传输规范，被命名发送、多机接收的单向、平衡传输规范，被命名为为为为TIA/EIA-422-ATIA/EIA-422-A标准。标准。标准。标准。为扩展应用范围，为扩展应用范围，为扩展应用范围，为扩展应用范围，EIAEIA又于又于又于又于19831983年在年在年在年在RS-422RS-422基基基基础上制定了础上制定了础上制定了础上制定了RS-485RS-485标准，增加了多点、双向通信标准，增加了多点、双向通信标准，增加了多点、双向通信标准，增加了多点、双向通信能力，即允许多个发送器连接到同一条总线上，能力，即允许多个发送
64、器连接到同一条总线上，能力，即允许多个发送器连接到同一条总线上，能力，即允许多个发送器连接到同一条总线上，同时增加了发送器的驱动能力和冲突保护特性，同时增加了发送器的驱动能力和冲突保护特性，同时增加了发送器的驱动能力和冲突保护特性，同时增加了发送器的驱动能力和冲突保护特性，扩展了总线共模范围，后命名为扩展了总线共模范围，后命名为扩展了总线共模范围，后命名为扩展了总线共模范围，后命名为TIA/EIA-485-ATIA/EIA-485-A标准。主要是将标准。主要是将标准。主要是将标准。主要是将232232的单端信号改为差分信号，从的单端信号改为差分信号，从的单端信号改为差分信号，从的单端信号改为差
65、分信号，从而大大提高信号线抗共模干扰的能力。而大大提高信号线抗共模干扰的能力。而大大提高信号线抗共模干扰的能力。而大大提高信号线抗共模干扰的能力。73规格规格规格规格RS232RS232RS422RS422RS485RS485工作方式工作方式工作方式工作方式单端单端单端单端差分差分差分差分差分差分差分差分节点数节点数节点数节点数1 1发发发发1 1收收收收1 1发发发发1010收收收收1 1发发发发3232收收收收传输电缆传输电缆传输电缆传输电缆50ft50ft400ft400ft400ft400ft传输速率传输速率传输速率传输速率20Kb/s20Kb/s10Mb/s10Mb/s10Mb/s1
66、0Mb/s输出电压输出电压输出电压输出电压25V25V-0.25-0.25+6v+6v-7-7+12v+12v驱动器负载阻抗驱动器负载阻抗驱动器负载阻抗驱动器负载阻抗3k3k7k7k1001005454摆率（最大值）摆率（最大值）摆率（最大值）摆率（最大值）30v/us30v/usN/AN/AN/AN/A接收器输入电压接收器输入电压接收器输入电压接收器输入电压15V15V-10-10+10v+10v-7-7+12v+12v接收器输入门限接收器输入门限接收器输入门限接收器输入门限3V3V200mv200mv200mv200mv接收器输入阻抗接收器输入阻抗接收器输入阻抗接收器输入阻抗3k3k7k7
67、k4k(4k(最小最小最小最小) )12k12k驱动器共模电压驱动器共模电压驱动器共模电压驱动器共模电压N/AN/A-3-3+3v+3v-1-1+3v+3v接收器共模电压接收器共模电压接收器共模电压接收器共模电压N/AN/A-7-7+7v+7v-7-7+12v+12vRS232,RS422,RS485标准比较标准比较74RS422多机联接图多机联接图75RS485多机联接图多机联接图76RS422芯片内部结构及应用示意图芯片内部结构及应用示意图ABYZMAX42277RS485芯片内部结构及应用示意图芯片内部结构及应用示意图78课后思考题课后思考题n nRS232与与RS422/485通信距离
68、的差异如何造通信距离的差异如何造成的？成的？n n为什么异步传输只以字节为单位传送数据，为什么异步传输只以字节为单位传送数据，而不是数据块？而不是数据块？793.4 硬盘及硬盘及FAT文件系统文件系统n n硬盘作为计算机系统的主要外存设备，由硬盘作为计算机系统的主要外存设备，由于其接口简单，容量巨大，在一些系统级于其接口简单，容量巨大，在一些系统级的嵌入式系统中也大量使用。在硬盘上使的嵌入式系统中也大量使用。在硬盘上使用的文件系统最常见的就是用的文件系统最常见的就是FAT文件系统，文件系统，包括包括FAT16格式和格式和FAT32格式。格式。80信号信号信号信号I/OI/O信号功能信号功能信号
69、功能信号功能RESETRESETI I硬盘复位信号硬盘复位信号硬盘复位信号硬盘复位信号D15:0D15:0I/OI/O数据总线数据总线数据总线数据总线1616位位位位DMARQDMARQOODMADMA申请，表示硬盘准备申请，表示硬盘准备申请，表示硬盘准备申请，表示硬盘准备DMADMA操作操作操作操作IOW#IOW#I I硬盘写有效信号硬盘写有效信号硬盘写有效信号硬盘写有效信号IOR#IOR#I I硬盘读有效信号，硬盘读有效信号，硬盘读有效信号，硬盘读有效信号，UltraDMAUltraDMA输入时为输入时为输入时为输入时为ReadyReady，输，输，输，输出时为出时为出时为出时为Data
70、StrobeData StrobeIORDYIORDYOOI/OI/O操作代表数据传送完成，操作代表数据传送完成，操作代表数据传送完成，操作代表数据传送完成，UltraDMAUltraDMA输入时为输入时为输入时为输入时为ReadyReady，输出时为，输出时为，输出时为，输出时为Data StrobeData StrobeCSELCSELMasterMaster或或或或SlaveSlave设备选择设备选择设备选择设备选择DAMCK#DAMCK#I IDMADMA应答信号，表示准许应答信号，表示准许应答信号，表示准许应答信号，表示准许DMADMA请求请求请求请求INTRINTROO中断申请信号
71、中断申请信号中断申请信号中断申请信号PDIAG#PDIAG#MasterMaster设备为输入，设备为输入，设备为输入，设备为输入，SlaveSlave设备为输出设备为输出设备为输出设备为输出DA2:0DA2:0I I硬盘地址总线硬盘地址总线硬盘地址总线硬盘地址总线CS0,CS1CS0,CS1I I硬盘片选信号硬盘片选信号硬盘片选信号硬盘片选信号硬盘接口信号说明硬盘接口信号说明硬盘接口信号说明硬盘接口信号说明3.4.1硬盘基本接口和逻辑结构硬盘基本接口和逻辑结构81n n硬盘以圆型金属盘作硬盘以圆型金属盘作硬盘以圆型金属盘作硬盘以圆型金属盘作为载体，其上涂以磁为载体，其上涂以磁为载体，其上涂以
72、磁为载体，其上涂以磁性材料用于存储信息，性材料用于存储信息，性材料用于存储信息，性材料用于存储信息，一个一个一个一个磁头磁头磁头磁头代表一个可代表一个可代表一个可代表一个可以存储信息的平面，以存储信息的平面，以存储信息的平面，以存储信息的平面，信息以主轴为圆心呈信息以主轴为圆心呈信息以主轴为圆心呈信息以主轴为圆心呈环形排列，每个环为环形排列，每个环为环形排列，每个环为环形排列，每个环为一个一个一个一个磁道磁道磁道磁道，不同盘片，不同盘片，不同盘片，不同盘片上相同磁道构成一个上相同磁道构成一个上相同磁道构成一个上相同磁道构成一个柱面柱面柱面柱面，每个磁道上由，每个磁道上由，每个磁道上由，每个磁道
73、上由若干相对独立的数据若干相对独立的数据若干相对独立的数据若干相对独立的数据存储区构成，每个存存储区构成，每个存存储区构成，每个存存储区构成，每个存储区为一个储区为一个储区为一个储区为一个扇区扇区扇区扇区。硬盘逻辑结构硬盘逻辑结构82磁盘中磁道和扇区磁盘中磁道和扇区磁盘中磁道和扇区磁盘中磁道和扇区扇区基本结构扇区基本结构扇区基本结构扇区基本结构83n n硬盘的每个扇区的容量为硬盘的每个扇区的容量为硬盘的每个扇区的容量为硬盘的每个扇区的容量为512B512B，硬盘容量由扇区，硬盘容量由扇区，硬盘容量由扇区，硬盘容量由扇区数量决定，扇区数越多容量越大。在早期的硬盘数量决定，扇区数越多容量越大。在早
74、期的硬盘数量决定，扇区数越多容量越大。在早期的硬盘数量决定，扇区数越多容量越大。在早期的硬盘曾经使用的地址方式包括：曾经使用的地址方式包括：曾经使用的地址方式包括：曾经使用的地址方式包括：n n1 1）1010位柱面，位柱面，位柱面，位柱面，4 4位磁头，位磁头，位磁头，位磁头，6 6位扇区号，最大位扇区号，最大位扇区号，最大位扇区号，最大528MB528MBn n2 2）1010位柱面，位柱面，位柱面，位柱面，8 8位磁头，位磁头，位磁头，位磁头，6 6位扇区号，最大容量位扇区号，最大容量位扇区号，最大容量位扇区号，最大容量8.4GB8.4GBn n3 3）1616位柱面，位柱面，位柱面，位
75、柱面，4 4位磁头，位磁头，位磁头，位磁头，8 8位扇区号，最大位扇区号，最大位扇区号，最大位扇区号，最大137GB137GB（这时（这时（这时（这时LBALBA模式也只有模式也只有模式也只有模式也只有2828位地址）位地址）位地址）位地址）n n4 4）最新的主板中硬盘地址为）最新的主板中硬盘地址为）最新的主板中硬盘地址为）最新的主板中硬盘地址为48bit48bit，理论上支持，理论上支持，理论上支持，理论上支持144000GB144000GB的磁盘容量。但在的磁盘容量。但在的磁盘容量。但在的磁盘容量。但在3232位系统上最大只能位系统上最大只能位系统上最大只能位系统上最大只能达到达到达到达
76、到2200GB2200GB。84n n硬盘的硬盘的硬盘的硬盘的MBRMBR（Master Master Boot RecordBoot Record）每个硬盘最重要的一每个硬盘最重要的一每个硬盘最重要的一每个硬盘最重要的一个数据结构就是个数据结构就是个数据结构就是个数据结构就是MBRMBR，该结构长度为，该结构长度为，该结构长度为，该结构长度为512512字字字字节，正好放在一个扇节，正好放在一个扇节，正好放在一个扇节，正好放在一个扇区中，因此存放该数区中，因此存放该数区中，因此存放该数区中，因此存放该数据结构的扇区被称为据结构的扇区被称为据结构的扇区被称为据结构的扇区被称为主引导扇区，这是硬
77、主引导扇区，这是硬主引导扇区，这是硬主引导扇区，这是硬盘最重要的一个扇区。盘最重要的一个扇区。盘最重要的一个扇区。盘最重要的一个扇区。通常位于通常位于通常位于通常位于0 0道，道，道，道，0 0面，面，面，面，1 1扇区，逻辑扇区号为扇区，逻辑扇区号为扇区，逻辑扇区号为扇区，逻辑扇区号为0 0。MBR结构结构85硬盘分区表硬盘分区表偏移偏移偏移偏移长度长度长度长度说明说明说明说明0x000x001B1B0000表示非引导扇区，表示非引导扇区，表示非引导扇区，表示非引导扇区，8080为引导扇区为引导扇区为引导扇区为引导扇区0x010x011B1B分区入口磁头地址分区入口磁头地址分区入口磁头地址分
78、区入口磁头地址0x020x026bit6bit分区入口地址分区入口地址分区入口地址分区入口地址0x030x0310bit10bit分区入口柱面地址分区入口柱面地址分区入口柱面地址分区入口柱面地址0x040x041B1B分区类型分区类型分区类型分区类型0x050x051B1B分区结束磁头地址分区结束磁头地址分区结束磁头地址分区结束磁头地址0x060x066bit6bit分区结束地址分区结束地址分区结束地址分区结束地址0x070x0710bit10bit分区结束柱面地址分区结束柱面地址分区结束柱面地址分区结束柱面地址0x080x084B4B分区第一扇区逻辑号分区第一扇区逻辑号分区第一扇区逻辑号分区
79、第一扇区逻辑号0x0c0x0c4B4B分区总扇区数分区总扇区数分区总扇区数分区总扇区数86n n当分区大小超过当分区大小超过当分区大小超过当分区大小超过8.4GB8.4GB时磁头号，柱面号，扇时磁头号，柱面号，扇时磁头号，柱面号，扇时磁头号，柱面号，扇区号都没有实际意义了。这需要由起始扇区号区号都没有实际意义了。这需要由起始扇区号区号都没有实际意义了。这需要由起始扇区号区号都没有实际意义了。这需要由起始扇区号和扇区总数来表示分区的物理起点和终点。和扇区总数来表示分区的物理起点和终点。和扇区总数来表示分区的物理起点和终点。和扇区总数来表示分区的物理起点和终点。标志标志标志标志含义含义含义含义标志
80、标志标志标志含义含义含义含义0x010x01FAT12FAT120x040x04FAT1632MFAT1632M0x060x06FAT16FAT160x05 0x0F0x05 0x0FExtendExtend0x070x07NTFSNTFS0x0B 0x1B0x0B 0x1B Win95FAT32Win95FAT320x0C 0x1C0x0C 0x1C Win95FAT32Win95FAT320x0E0x0EWin95 FAT16Win95 FAT160X820X82Linux SwapLinux Swap0X830X83LinuxLinux0X850X85Linux ExtendLinux
81、Extend0X640X64Novell NetwareNovell Netware分区类型代码分区类型代码87引导扇区数据区第一分区入口第一分区入口扩展分区入口扩展分区入口883.4.2 FAT文件格式文件格式n nFATFAT分区结构分区结构分区结构分区结构整个分区被分为整个分区被分为整个分区被分为整个分区被分为5 5部分：部分：部分：部分：第第第第1 1扇区为第一部分用于存放引导程序；扇区为第一部分用于存放引导程序；扇区为第一部分用于存放引导程序；扇区为第一部分用于存放引导程序；第第第第2 2部分为文件分配表（部分为文件分配表（部分为文件分配表（部分为文件分配表（FATFAT），用于记录
82、磁盘空间中每个簇），用于记录磁盘空间中每个簇），用于记录磁盘空间中每个簇），用于记录磁盘空间中每个簇的下一项。分区有多少簇就有多少个的下一项。分区有多少簇就有多少个的下一项。分区有多少簇就有多少个的下一项。分区有多少簇就有多少个FATFAT项。项。项。项。第第第第3 3部分为部分为部分为部分为FATFAT的备份。的备份。的备份。的备份。第第第第4 4部分为根目录区，用于存放根目录中的文件名和文件起始部分为根目录区，用于存放根目录中的文件名和文件起始部分为根目录区，用于存放根目录中的文件名和文件起始部分为根目录区，用于存放根目录中的文件名和文件起始簇号。簇号。簇号。簇号。第第第第5 5部分为数据
83、区，用于存放文件和下级目录。部分为数据区，用于存放文件和下级目录。部分为数据区，用于存放文件和下级目录。部分为数据区，用于存放文件和下级目录。引导引导引导引导扇区扇区扇区扇区FATFATFATFAT备份备份备份备份根目录根目录根目录根目录数据区数据区数据区数据区1 1个个个个若干若干若干若干若干若干若干若干若干若干若干若干剩余空间剩余空间剩余空间剩余空间89n n引导扇区结构引导扇区结构引导扇区结构引导扇区结构每个分区的第一个扇区为引导扇区用于存放操作每个分区的第一个扇区为引导扇区用于存放操作每个分区的第一个扇区为引导扇区用于存放操作每个分区的第一个扇区为引导扇区用于存放操作系统的引导程序，该
84、扇区中数据结构如下：系统的引导程序，该扇区中数据结构如下：系统的引导程序，该扇区中数据结构如下：系统的引导程序，该扇区中数据结构如下：偏移偏移偏移偏移长度长度长度长度/B/B含义含义含义含义0x0000x0003 3跳转指令跳转指令跳转指令跳转指令0x0030x0038 8厂商厂商厂商厂商IDID和版本号和版本号和版本号和版本号0x00B0x00B5353BIOSBIOS参数块（参数块（参数块（参数块（BPBBPB）0x0400x0402626扩展扩展扩展扩展BPBBPB0x05A0x05A420420引导程序代码引导程序代码引导程序代码引导程序代码0x1FE0x1FE2 20x55AA0x5
85、5AA引导扇区数据结构引导扇区数据结构90n n在在在在FATFAT文件系统中，磁盘以簇为单位进行使用和文件系统中，磁盘以簇为单位进行使用和文件系统中，磁盘以簇为单位进行使用和文件系统中，磁盘以簇为单位进行使用和管理，簇由若干个连续的扇区组成，簇的大小与管理，簇由若干个连续的扇区组成，簇的大小与管理，簇由若干个连续的扇区组成，簇的大小与管理，簇由若干个连续的扇区组成，簇的大小与分区的大小有关，分区越大每个簇所包含的扇区分区的大小有关，分区越大每个簇所包含的扇区分区的大小有关，分区越大每个簇所包含的扇区分区的大小有关，分区越大每个簇所包含的扇区越多，但最大不得超过越多，但最大不得超过越多，但最大
86、不得超过越多，但最大不得超过6464个，即簇的大小不超过个，即簇的大小不超过个，即簇的大小不超过个，即簇的大小不超过32KB32KB。分区大小分区大小分区大小分区大小/MB/MB每簇含扇区数每簇含扇区数每簇含扇区数每簇含扇区数每簇容量每簇容量每簇容量每簇容量32321 151251233-6433-642 21KB1KB65-12865-1284 42KB2KB129-256129-2568 84KB4KB257-512257-51216168KB8KB513-1024513-1024323216KB16KB1025-20481025-2048646432KB32KBFAT16中分区大小与簇大
87、小的关系中分区大小与簇大小的关系91FAT32中分区大小与簇大小的关系中分区大小与簇大小的关系分区大小分区大小分区大小分区大小/GB/GB每簇含扇区数每簇含扇区数每簇含扇区数每簇含扇区数每簇容量每簇容量每簇容量每簇容量8 88 84KB4KB8-168-1616168KB8KB16-3216-32323216KB16KB32-6432-64646432KB32KBFAT16中，每个表项由两个字节组成，即可以描述中，每个表项由两个字节组成，即可以描述216个簇，个簇，因此最大可管理磁盘容量为因此最大可管理磁盘容量为216 32KB2GB；而在；而在FAT32中，每个表项由四个字节组成，可以描述中
88、，每个表项由四个字节组成，可以描述232个表项，最大个表项，最大可管理磁盘容量为可管理磁盘容量为23232KB128TB。但是由于。但是由于FAT表项表项的增加会大大增加搜索的时间。的增加会大大增加搜索的时间。92n n根目录根目录根目录根目录根目录区域是根目录区域是根目录区域是根目录区域是分区中最底层分区中最底层分区中最底层分区中最底层的目录结构，的目录结构，的目录结构，的目录结构，每个目录结构每个目录结构每个目录结构每个目录结构由由由由3232字节构成，字节构成，字节构成，字节构成，各字节含义如各字节含义如各字节含义如各字节含义如右表：右表：右表：右表：93n n在在FAT32中为了中为了
89、支持长文件名，支持长文件名，可以使用附加的可以使用附加的若干目录表项存若干目录表项存放文件名，附加放文件名，附加长文件项定义如长文件项定义如右表所示：右表所示：94n nFATFAT文件系统中访问某文件的过程如下：文件系统中访问某文件的过程如下：文件系统中访问某文件的过程如下：文件系统中访问某文件的过程如下：1 1）找到系统的根目录结构，并以）找到系统的根目录结构，并以）找到系统的根目录结构，并以）找到系统的根目录结构，并以3232字节为单位查字节为单位查字节为单位查字节为单位查找该文件名。找该文件名。找该文件名。找该文件名。2 2）找到该文件名对应的目录表项后，找到文件起）找到该文件名对应的
90、目录表项后，找到文件起）找到该文件名对应的目录表项后，找到文件起）找到该文件名对应的目录表项后，找到文件起始簇号。始簇号。始簇号。始簇号。3 3）以起始簇号为偏移量在）以起始簇号为偏移量在）以起始簇号为偏移量在）以起始簇号为偏移量在FATFAT表中找到对应的表中找到对应的表中找到对应的表中找到对应的FATFAT表项。表项。表项。表项。4 4）以该）以该）以该）以该FATFAT表项中的值为偏移量在表项中的值为偏移量在表项中的值为偏移量在表项中的值为偏移量在FATFAT表中读取表中读取表中读取表中读取下一个下一个下一个下一个FATFAT表项，重复该操作，直到读出的表项，重复该操作，直到读出的表项，
91、重复该操作，直到读出的表项，重复该操作，直到读出的FATFAT表项内容为结束标志。则表示该文件的所有簇编表项内容为结束标志。则表示该文件的所有簇编表项内容为结束标志。则表示该文件的所有簇编表项内容为结束标志。则表示该文件的所有簇编号都已读出。根据读出的这一系列簇号可以从磁号都已读出。根据读出的这一系列簇号可以从磁号都已读出。根据读出的这一系列簇号可以从磁号都已读出。根据读出的这一系列簇号可以从磁盘上读出文件内容。盘上读出文件内容。盘上读出文件内容。盘上读出文件内容。 95n n如某文件目录项的起始簇地址为如某文件目录项的起始簇地址为如某文件目录项的起始簇地址为如某文件目录项的起始簇地址为3 3
92、，该分区的，该分区的，该分区的，该分区的FATFAT表内容如下：表内容如下：表内容如下：表内容如下：表内值表内值表内值表内值0000005 56 67 79 912121111ffffffffffffffff偏移偏移偏移偏移0 01 12 23 34 45 56 67 78 89 9101011111212则该文件数据占用的簇为：则该文件数据占用的簇为：则该文件数据占用的簇为：则该文件数据占用的簇为：3,6,9,113,6,9,11共共共共4 4个簇。个簇。个簇。个簇。96课后思考题课后思考题n n请用请用WINHEX工具软件读取你的硬盘或工具软件读取你的硬盘或U盘，根据读出的盘，根据读出的M
93、BR数据，分析出分区个数据，分析出分区个数，分区大小，分区起始扇区，根目录起数，分区大小，分区起始扇区，根目录起始簇等信息。始簇等信息。973.5显示技术显示技术n n嵌入式系统也需要将其运行信息显示出来嵌入式系统也需要将其运行信息显示出来以便人们观察和使用，因此，显示技术在以便人们观察和使用，因此，显示技术在嵌入式系统中也具有重要的地位。嵌入式系统中也具有重要的地位。n n常见的嵌入式显示技术主要有常见的嵌入式显示技术主要有LED发光二发光二极管，极管，LED八段数码管，八段数码管，LCD显示屏以及显示屏以及现在大量使用的现在大量使用的LED点阵显示屏。点阵显示屏。983.5.1LED显示技
94、术显示技术n nLEDLED由于结构简单，寿命长，无辐射，发光效率高，由于结构简单，寿命长，无辐射，发光效率高，由于结构简单，寿命长，无辐射，发光效率高，由于结构简单，寿命长，无辐射，发光效率高，功耗低，颜色多样，体积轻巧，在嵌入式系统中随功耗低，颜色多样，体积轻巧，在嵌入式系统中随功耗低，颜色多样，体积轻巧，在嵌入式系统中随功耗低，颜色多样，体积轻巧，在嵌入式系统中随处可见。处可见。处可见。处可见。LEDLED发光二极管属于电压敏感器件，单只工作发光二极管属于电压敏感器件，单只工作发光二极管属于电压敏感器件，单只工作发光二极管属于电压敏感器件，单只工作电压一般为电压一般为电压一般为电压一般为
95、1.8-2.0V1.8-2.0V，工作电流从几个，工作电流从几个，工作电流从几个，工作电流从几个mAmA到几十个到几十个到几十个到几十个mAmA。LEDLED可单只工作，也可封装成一定固定形态可单只工作，也可封装成一定固定形态可单只工作，也可封装成一定固定形态可单只工作，也可封装成一定固定形态作为单个部件工作，还可以用点阵方式组织形成大作为单个部件工作，还可以用点阵方式组织形成大作为单个部件工作，还可以用点阵方式组织形成大作为单个部件工作，还可以用点阵方式组织形成大面积显示屏。近几年随着高亮度，超高亮度发光二面积显示屏。近几年随着高亮度，超高亮度发光二面积显示屏。近几年随着高亮度，超高亮度发光
96、二面积显示屏。近几年随着高亮度，超高亮度发光二极管技术的成熟，大面积极管技术的成熟，大面积极管技术的成熟，大面积极管技术的成熟，大面积LEDLED显示屏得到了广泛的显示屏得到了广泛的显示屏得到了广泛的显示屏得到了广泛的应用，成为大屏幕，超大屏幕的首选。应用，成为大屏幕，超大屏幕的首选。应用，成为大屏幕，超大屏幕的首选。应用，成为大屏幕，超大屏幕的首选。99LED使用使用n n单只发光二极管驱动一般只需要选用合适单只发光二极管驱动一般只需要选用合适的限流电阻即可：的限流电阻即可：VCCGNDLED二极管驱动方式二极管驱动方式100LED使用使用n n由由LED组成具有一定形状的模块，最常见组成具
97、有一定形状的模块，最常见的如八段数码管，则需要使用具有数据寄的如八段数码管，则需要使用具有数据寄存能力的器件进行控制（如存能力的器件进行控制（如164/595等），等），以方便同微处理器接口。以方便同微处理器接口。DATACLKVCC164/595八段数码管的驱动方式八段数码管的驱动方式101多个八段数码管的驱动多个八段数码管的驱动102LED点阵式显示屏驱动点阵式显示屏驱动LED显示屏驱动接口电路结构显示屏驱动接口电路结构103按行扫描方式按行扫描方式LED显示屏驱动接口电路显示屏驱动接口电路1043.5.2LCD显示技术显示技术n nLCDLCD工作原理工作原理工作原理工作原理LCDLCD
98、利用了光的偏振利用了光的偏振利用了光的偏振利用了光的偏振特性和沿分子排列传特性和沿分子排列传特性和沿分子排列传特性和沿分子排列传播特性。播特性。播特性。播特性。当不加电时两偏振片当不加电时两偏振片当不加电时两偏振片当不加电时两偏振片之间的液晶呈之间的液晶呈之间的液晶呈之间的液晶呈9090度扭度扭度扭度扭曲将光从一边传导到曲将光从一边传导到曲将光从一边传导到曲将光从一边传导到另一边，并通过另一另一边，并通过另一另一边，并通过另一另一边，并通过另一边的偏振片；加电时边的偏振片；加电时边的偏振片；加电时边的偏振片；加电时液晶不再扭曲，光线液晶不再扭曲，光线液晶不再扭曲，光线液晶不再扭曲，光线传导到另
99、一边时被偏传导到另一边时被偏传导到另一边时被偏传导到另一边时被偏振片过滤掉。振片过滤掉。振片过滤掉。振片过滤掉。LCD工作原理示意图工作原理示意图105LCD类型类型特性特性特性特性TNTN型型型型STNSTN型型型型TFTTFT型型型型驱动方式驱动方式驱动方式驱动方式矩阵扭曲向列矩阵扭曲向列矩阵扭曲向列矩阵扭曲向列矩阵超扭曲向列矩阵超扭曲向列矩阵超扭曲向列矩阵超扭曲向列有源矩阵有源矩阵有源矩阵有源矩阵视角大小视角大小视角大小视角大小小小小小中等中等中等中等大大大大画面对比画面对比画面对比画面对比最小最小最小最小中等中等中等中等大大大大反应速度反应速度反应速度反应速度最慢最慢最慢最慢中等中等中
100、等中等快快快快显示品质显示品质显示品质显示品质最差最差最差最差中等中等中等中等好好好好颜色颜色颜色颜色单色或黑色单色或黑色单色或黑色单色或黑色单色及伪彩色单色及伪彩色单色及伪彩色单色及伪彩色彩色彩色彩色彩色价格价格价格价格便宜便宜便宜便宜中等中等中等中等贵贵贵贵适合产品适合产品适合产品适合产品电子表，计算电子表，计算电子表，计算电子表，计算器等数字，字器等数字，字器等数字，字器等数字，字符显示屏符显示屏符显示屏符显示屏移动电话，移动电话，移动电话，移动电话，PDAPDA，电子辞典等点，电子辞典等点，电子辞典等点，电子辞典等点阵显示屏阵显示屏阵显示屏阵显示屏笔记本，笔记本，笔记本，笔记本，PCP
101、C机，机，机，机，电视机等高画电视机等高画电视机等高画电视机等高画质要求屏质要求屏质要求屏质要求屏106选用选用LCD的主要参数的主要参数n nLCDLCD显示类型显示类型显示类型显示类型段式段式段式段式LCDLCD，字符型，字符型，字符型，字符型LCDLCD，图形点阵式，图形点阵式，图形点阵式，图形点阵式LCDLCDn n分辨率分辨率分辨率分辨率点阵式点阵式点阵式点阵式LCDLCD需要指定其分辨率，分辨率指水平和需要指定其分辨率，分辨率指水平和需要指定其分辨率，分辨率指水平和需要指定其分辨率，分辨率指水平和垂直方向的点数。常用的小型显示屏分辨率为垂直方向的点数。常用的小型显示屏分辨率为垂直方
102、向的点数。常用的小型显示屏分辨率为垂直方向的点数。常用的小型显示屏分辨率为12812864,32064,320240240等。等。等。等。n n背光背光背光背光由于由于由于由于LCDLCD属于被动发光器件，需要外界光源才能属于被动发光器件，需要外界光源才能属于被动发光器件，需要外界光源才能属于被动发光器件，需要外界光源才能显示出信息，因此一般需要背光。背光可以是反显示出信息，因此一般需要背光。背光可以是反显示出信息，因此一般需要背光。背光可以是反显示出信息，因此一般需要背光。背光可以是反射式，也可以是透射式的，如果在黑暗处要看到射式，也可以是透射式的，如果在黑暗处要看到射式，也可以是透射式的，
103、如果在黑暗处要看到射式，也可以是透射式的，如果在黑暗处要看到信息必须使用透射式背光。信息必须使用透射式背光。信息必须使用透射式背光。信息必须使用透射式背光。107反射式背光反射式背光透射式背光透射式背光108n n接口方式接口方式主要接口方式有总线式和扫描式两种，字主要接口方式有总线式和扫描式两种，字符型符型LCD通常使用总线式接口，能够方便通常使用总线式接口，能够方便地与微处理器连接。扫描式接口常用于分地与微处理器连接。扫描式接口常用于分辨率较高的点阵式显示屏中（辨率较高的点阵式显示屏中（240320），），这种显示屏需要外部控制器件以扫描方式这种显示屏需要外部控制器件以扫描方式显示图象到屏
104、幕上，因此需要微处理器具显示图象到屏幕上，因此需要微处理器具有有LCD控制器功能，或外接控制器功能，或外接LCD控制器。控制器。n n色彩色彩STN和和TFT屏都能显示彩色，但屏都能显示彩色，但STN屏屏效果稍差但价格便宜效果稍差但价格便宜109n n刷新率刷新率刷新率只针对扫描式接口的显示屏，它决刷新率只针对扫描式接口的显示屏，它决定显示控制器的扫描性能要求。定显示控制器的扫描性能要求。n n其他其他生产厂家，可视角度，工作温度，亮度，生产厂家，可视角度，工作温度，亮度，对比度，颜色等。对比度，颜色等。110液晶屏接口及驱动（以液晶屏接口及驱动（以12864为例）为例）n n12864液晶屏
105、是大量应用于低档嵌入式应用液晶屏是大量应用于低档嵌入式应用的一种显示屏，该显示屏最大显示点阵数的一种显示屏，该显示屏最大显示点阵数为为12864，可显示，可显示1616点阵汉字点阵汉字4行，每行，每行行8个，显示图形时，分辨率为个，显示图形时，分辨率为128列列64行行（实际为（实际为256列列32行）。很多产品内置汉字行）。很多产品内置汉字及及ASCII码字模，可以直接显示汉字及码字模，可以直接显示汉字及ASCII字符，而无需由微处理器提供字模。字符，而无需由微处理器提供字模。1111286412864字符显示字符显示字符显示字符显示1286412864图形显示图形显示图形显示图形显示112
106、n n1286412864的接口引脚功能定义的接口引脚功能定义的接口引脚功能定义的接口引脚功能定义一般一般一般一般LCDLCD可支持串行，可支持串行，可支持串行，可支持串行，4 4位并口，位并口，位并口，位并口，8 8位并口三种接位并口三种接位并口三种接位并口三种接口方式，为提高传输速度通常使用口方式，为提高传输速度通常使用口方式，为提高传输速度通常使用口方式，为提高传输速度通常使用8 8位并口模式。位并口模式。位并口模式。位并口模式。12864的接口引脚功能定义的接口引脚功能定义113LCDLCD接口说明接口说明接口说明接口说明n nLCDLCD显示屏接口主要有两种标准显示屏接口主要有两种标
107、准显示屏接口主要有两种标准显示屏接口主要有两种标准68006800系列和系列和系列和系列和80808080系列系列系列系列这两种标准的主要区别在于控制信号的构成略有这两种标准的主要区别在于控制信号的构成略有这两种标准的主要区别在于控制信号的构成略有这两种标准的主要区别在于控制信号的构成略有不同，如下表：不同，如下表：不同，如下表：不同，如下表：信号信号信号信号功能功能功能功能80808080WR#WR#写使能（低电平有效）写使能（低电平有效）写使能（低电平有效）写使能（低电平有效）RD#RD#读使能（低电平有效）读使能（低电平有效）读使能（低电平有效）读使能（低电平有效）CS#CS#片选（低电
108、平有效）片选（低电平有效）片选（低电平有效）片选（低电平有效）68006800R/W#R/W#1 1为读使能，为读使能，为读使能，为读使能，0 0为写使能为写使能为写使能为写使能E E允许信号，高电平有效允许信号，高电平有效允许信号，高电平有效允许信号，高电平有效11412864与单片机接口示意图与单片机接口示意图11512864基本指令表基本指令表1161286412864扩展指令扩展指令扩展指令扩展指令117LCD字符显示方式字符显示方式n nLCDLCD可以采用字符显示，也可以工作于图形显示，可以采用字符显示，也可以工作于图形显示，可以采用字符显示，也可以工作于图形显示，可以采用字符显示
109、，也可以工作于图形显示，当使用字符显示方式时，可以直接用外码作为输当使用字符显示方式时，可以直接用外码作为输当使用字符显示方式时，可以直接用外码作为输当使用字符显示方式时，可以直接用外码作为输入数据，由显示屏自动给出显示字模数据。字符入数据，由显示屏自动给出显示字模数据。字符入数据，由显示屏自动给出显示字模数据。字符入数据，由显示屏自动给出显示字模数据。字符显示的位置由显示的位置由显示的位置由显示的位置由DDRAMDDRAM给出。给出。给出。给出。DDRAMDDRAM地址和显示字符位置关系地址和显示字符位置关系地址和显示字符位置关系地址和显示字符位置关系118n n在在字符字符方式下，显示操作
110、步骤如下：方式下，显示操作步骤如下：1）用命令写入方式向）用命令写入方式向LCD写入写入DDRAM地地址（址（809F）2）用数据写操作将要显示的字符外码送给）用数据写操作将要显示的字符外码送给LCD，先高位，后低位，可连续送数据，先高位，后低位，可连续送数据119LCD图形显示方式图形显示方式n n当当LCD工作于图形显示方式时，需要首先工作于图形显示方式时，需要首先确定确定GDRAM的地址，然后以字节为单位写的地址，然后以字节为单位写入图形数据。入图形数据。GDRAM地址和显示图形之间地址和显示图形之间的关系如下：的关系如下：DDRAMDDRAM地址和显示字符位置关系地址和显示字符位置关系
111、地址和显示字符位置关系地址和显示字符位置关系120n n进行进行图形图形显示，操作步骤如下：显示，操作步骤如下：1）切换到图形显示模式）切换到图形显示模式2）将）将Y地址送到地址送到GDRAM中，中，0-313）将）将X地址送到地址送到GDRAM中，中，0-154）将显示数据送入）将显示数据送入GDRAM，先高字节，先高字节，后低字节后低字节5）切换回字符显示模式）切换回字符显示模式121课后思考题课后思考题n n请查阅请查阅LCD相关技术资料，说明其串行接相关技术资料，说明其串行接口和口和4位数据接口方式下引脚功能。位数据接口方式下引脚功能。n n请简要说明请简要说明LED点阵式显示屏的基本
112、工作点阵式显示屏的基本工作原理？原理？1223.6 其他硬件接口其他硬件接口n n在嵌入式系统中，常用的接口还包括键盘在嵌入式系统中，常用的接口还包括键盘接口设计，触摸屏接口，接口设计，触摸屏接口，A/D，D/A接口，接口，PWM接口，接口，PS2串口，串口，SPI串口，串口，I2C接口接口等接口技术。等接口技术。1233.6.1 键盘接口设计键盘接口设计n n在嵌入式系统中，常使用简单的键盘作为在嵌入式系统中，常使用简单的键盘作为人机交互的手段，实现人对设备的操作和人机交互的手段，实现人对设备的操作和控制。常见的键盘电路有独立式键盘和行控制。常见的键盘电路有独立式键盘和行列式键盘。列式键盘。
113、124n n独立式键盘结构最为简单，直接通过读取独立式键盘结构最为简单，直接通过读取与键盘相连的与键盘相连的I/O口就可以获得键盘值。口就可以获得键盘值。但由于每个键需要占用一个但由于每个键需要占用一个I/O口，对于操口，对于操作键较多的嵌入式应用就难以使用了。作键较多的嵌入式应用就难以使用了。125n n行列式键盘，使用行号列号的方式标识行列式键盘，使用行号列号的方式标识键盘的位置，因此能够大大提高键盘的位置，因此能够大大提高I/O口的使口的使用效率，但这种键盘需要相应的扫描软件用效率，但这种键盘需要相应的扫描软件支持。支持。1261273.6.2 触摸屏接口原理触摸屏接口原理n n触摸屏主
114、要分为三大类，即电阻式触摸屏，表面触摸屏主要分为三大类，即电阻式触摸屏，表面触摸屏主要分为三大类，即电阻式触摸屏，表面触摸屏主要分为三大类，即电阻式触摸屏，表面声波触摸屏和电容式触摸屏。声波触摸屏和电容式触摸屏。声波触摸屏和电容式触摸屏。声波触摸屏和电容式触摸屏。1 1）电阻式触摸屏的特点包括：）电阻式触摸屏的特点包括：）电阻式触摸屏的特点包括：）电阻式触摸屏的特点包括：n n解析度高，高速反应；解析度高，高速反应；解析度高，高速反应；解析度高，高速反应；n n较高表面硬度，可具有防擦及防化能力较高表面硬度，可具有防擦及防化能力较高表面硬度，可具有防擦及防化能力较高表面硬度，可具有防擦及防化能
115、力n n可制成不同类型的表面样式可制成不同类型的表面样式可制成不同类型的表面样式可制成不同类型的表面样式n n一次校正后具有较高稳定性一次校正后具有较高稳定性一次校正后具有较高稳定性一次校正后具有较高稳定性n n在嵌入式系统应用较为广泛在嵌入式系统应用较为广泛在嵌入式系统应用较为广泛在嵌入式系统应用较为广泛1282）表面声波触摸屏主要特点：）表面声波触摸屏主要特点：n n清晰度高，透光性好清晰度高，透光性好清晰度高，透光性好清晰度高，透光性好n n高度耐久，抗刮性能好高度耐久，抗刮性能好高度耐久，抗刮性能好高度耐久，抗刮性能好n n一次校正，不漂移一次校正，不漂移一次校正，不漂移一次校正，不漂
116、移n n反应灵敏反应灵敏反应灵敏反应灵敏n n易受污染影响工作，适合较清洁场所易受污染影响工作，适合较清洁场所易受污染影响工作，适合较清洁场所易受污染影响工作，适合较清洁场所3）表面声波触摸屏主要特点：）表面声波触摸屏主要特点：n n清晰度高，透光性好清晰度高，透光性好清晰度高，透光性好清晰度高，透光性好n n高度耐久，抗刮性能好高度耐久，抗刮性能好高度耐久，抗刮性能好高度耐久，抗刮性能好n n一次校正，不漂移一次校正，不漂移一次校正，不漂移一次校正，不漂移n n反应灵敏反应灵敏反应灵敏反应灵敏n n易受污染影响工作，适合较清洁场所易受污染影响工作，适合较清洁场所易受污染影响工作，适合较清洁场
117、所易受污染影响工作，适合较清洁场所129n n电阻式触摸屏的工作原理电阻式触摸屏的工作原理1303.6.3 A/D,D/A接口接口n n为了获取外部信息，嵌入式微处理器需要为了获取外部信息，嵌入式微处理器需要将外部的模拟信号转换成一定的数字信息将外部的模拟信号转换成一定的数字信息才能进行处理和运算，这就需要才能进行处理和运算，这就需要A/D转换电转换电路，路，A/D接口是嵌入式应用中最常见的接口接口是嵌入式应用中最常见的接口之一。之一。n n另外在很多控制系统中被控制对象需要以另外在很多控制系统中被控制对象需要以模拟方式进行，因此又需要将嵌入式微处模拟方式进行，因此又需要将嵌入式微处理器输出的
118、数字信号转换成对应的模拟信理器输出的数字信号转换成对应的模拟信号，这就需要号，这就需要D/A转换电路完成。转换电路完成。131A/D电路接口电路接口n n由于由于A/D接口在控制系统中使用较多，因此接口在控制系统中使用较多，因此很多单片机都将很多单片机都将A/D功能集成在了处理器中，功能集成在了处理器中，只需要对相应的特殊功能寄存器进行设置只需要对相应的特殊功能寄存器进行设置就可以了。就可以了。但是集成在单片机中的但是集成在单片机中的A/D器件在转换速度器件在转换速度和精度等方面还有一定局限，因此在需要和精度等方面还有一定局限，因此在需要高速，高精度高速，高精度A/D转换还常常使用专用转换还常
119、常使用专用A/D器件。器件。132n nA/D转换器件接口主要有两种，一种是并行转换器件接口主要有两种，一种是并行接口，这需要占用较多的微处理器接口，这需要占用较多的微处理器I/O口，口，另一种是串行接口的另一种是串行接口的A/D，可以使用较少的，可以使用较少的引脚实现与微处理器的连接。引脚实现与微处理器的连接。1333.6.4 I2C总线总线n nI2C（Inter Integrated Circuit BUS）使用）使用两根线路可以实现多个设备的连接和通信，两根线路可以实现多个设备的连接和通信，是嵌入式系统中使用较普遍的一种总线。是嵌入式系统中使用较普遍的一种总线。134n nI2CI2C
120、总线工作原理总线工作原理总线工作原理总线工作原理总线上设备分为主设备和从设备，每个从设备使总线上设备分为主设备和从设备，每个从设备使总线上设备分为主设备和从设备，每个从设备使总线上设备分为主设备和从设备，每个从设备使用三根地址线标识其地址，一条总线上最多可连用三根地址线标识其地址，一条总线上最多可连用三根地址线标识其地址，一条总线上最多可连用三根地址线标识其地址，一条总线上最多可连接接接接8 8个同类从设备。个同类从设备。个同类从设备。个同类从设备。使用使用使用使用SCLSCL作为串行时钟信号，作为串行时钟信号，作为串行时钟信号，作为串行时钟信号，SDASDA作为串行地址作为串行地址作为串行地
121、址作为串行地址/ /数据信号通信，时钟由主设备控制。数据信号通信，时钟由主设备控制。数据信号通信，时钟由主设备控制。数据信号通信，时钟由主设备控制。当当当当SCLSCL为保持高，为保持高，为保持高，为保持高，SDASDA由由由由高高高高变变变变低低低低时表示开始传送时表示开始传送时表示开始传送时表示开始传送数据；当数据；当数据；当数据；当SCLSCL保持高，保持高，保持高，保持高，SDASDA由由由由低低低低变变变变高高高高时表示数据时表示数据时表示数据时表示数据传送结束。传送结束。传送结束。传送结束。数据传送以字节为单位进行，每个字节传完后需数据传送以字节为单位进行，每个字节传完后需数据传送以字节为单位进行，每个字节传完后需数据传送以字节为单位进行，每个字节传完后需要等待要等待要等待要等待ACKACK应答。最后主机必须以停止位结束通应答。最后主机必须以停止位结束通应答。最后主机必须以停止位结束通应答。最后主机必须以停止位结束通信。信。信。信。135课后思考题课后思考题n n如果要做一个如果要做一个24键的键盘，能否只占用键的键盘，能否只占用5个个MCU的的IO口，如果能请给出相关电路，及口，如果能请给出相关电路，及操作方法。操作方法。n n请查阅资料，给出一个串行请查阅资料，给出一个串行A/D芯片的接口芯片的接口电路及工作时序电路及工作时序136
