资源描述
单击此处编辑母版标题样式,第3章 嵌入式硬件平台,第3章 嵌入式硬件平台,存 储 设 备,分级存储器系统,I/O 设 备,定时器/计数器,所有的嵌入式处理器都集成了定时器/计数器单元，系统中至少有一个定时器设备用作系统时钟。定时器和计数器都是由带有保存当前值的寄存器和可令当前寄存器值加1的增量输入的加法器逻辑电路组成的。但是，定时器和计数器的用处不同，主要体现在：定时器的计数装置是连到周期性时钟信号上的，用来测量时间间隔；而计数器的计数装置是连到非周期性信号上的，用来计算外部事件的发生次数。因为同样的逻辑电路可以有这两种使用方式，所以该设备经常被称为“定时器/计数器”。,嵌入式处理器上的定时器/计数器通常具有以下功能：(1)嵌入式操作系统的任务调度，特别是具有时间片轮转调度功能的嵌入式操作系统的任务调度，必须使用定时器产生时间片。(2)嵌入式操作系统的软件时钟需要基于硬件定时器产生定时信号。(3)通信电路的波特率发生器。(4)实时时钟电路。(5)集成的片上A/D转换和D/A转换电路。(6)具有液晶控制器的嵌入式处理器，用于液晶屏的刷新。,(7)处理器监控电路，如看门狗等。(8)集成的动态存储器控制器，用于动态存储器的刷新。,3.3 总 线,3.3.1 总线协议1握手协议,总线协议中的基本构件是四周期握手协议。总线握手信号的作用是控制每个总线周期中数据传送的开始和结束，从而实现两个设备间的协调和配合，保证数据传送的可靠性。握手线用两根连线enq(查询)和ack(应答)来表示。在握手期间，使用专用的握手线来传输数据。因此，数据握手线必须以某种方式由信号的电压变化来表明整个总线传输周期的开始和结束，以及在整个周期内每个子周期的开始和结束。一般地，四周期握手过程如图3-2所示。,图3-2 四周期握手协议,对握手过程的描述如下：(1)设备1升高它的输出电平来发出查询信号，它告诉设备2应准备好接收数据。(2)当设备2准备好接收数据时，它通过升高它的输出电平来发出应答信号。这时，设备1已准备好发送数据，设备2已准备好接收数据。(3)一旦数据传送完毕，设备2降低它的输出电平表示它已经接收完数据。(4)看到设备2的应答信号变低，设备1降低它的输出电平。,2总线读/写,微处理器总线在握手基础上为CPU和系统其他部分建立通信。基本的总线操作包括读和写。图3-3说明了一个支持读和写的典型总线结构。,图3-3 典型的微处理器总线,总线行为经常用时序图来说明，时序图表示了总线上的信号如何随时间变化。图3-4所示为某总线的时序图，包括读和写两部分。由于读不改变设备和存储器的任何状态，因此总线通常处于读状态。CPU可以忽略数据线直到它要使用读操作的结果为止。此外，还要注意在双向线路上数据的传输方向并未在时序图中指定。在读过程中，外设或存储器在数据线上发送数据；而在写过程中，CPU控制数据线。,图3-4 总线时序图,通常可以用总线握手信号来执行突发传输，如图3-5所示。在这个突发读事务中，CPU发送一个地址信号，但接收的是一个数据值序列。我们给总线额外增加一根称为Burst的线路。当事务是突发事务时，用它来向设备发信号；用释放Burst信号来通知设备已传输了足够的数据。,我们给总线额外增加一根称为Burst的线路。,直接存储器访问(Direct Memory-Access，DMA)是允许读/写不由CPU控制的总线操作。,定时器和计数器都是由带有保存当前值的寄存器和可令当前寄存器值加1的增量输入的加法器逻辑电路组成的。,当事务是突发事务时，用它来向设备发信号；,(2)嵌入式操作系统的软件时钟需要基于硬件定时器产生定时信号。,DMA控制器从CPU请求总线控制，得到控制权后，控制器能像CPU那样提供内存的地址和必要的读/写控制信号，实现直接在设备和存储器之间的读/写操作。,对握手过程的描述如下：(1)设备1升高它的输出电平来发出查询信号，它告诉设备2应准备好接收数据。,直接存储器访问(Direct Memory-Access，DMA)是允许读/写不由CPU控制的总线操作。,图3-2 四周期握手协议,图3-4 总线时序图,在这个突发读事务中，CPU发送一个地址信号，但接收的是一个数据值序列。,此外，还要注意在双向线路上数据的传输方向并未在时序图中指定。,CPU可以忽略数据线直到它要使用读操作的结果为止。,要实现这类操作，就要求CPU以外的设备单元能够控制总线上的操作。,DMA控制器从CPU请求总线控制，得到控制权后，控制器能像CPU那样提供内存的地址和必要的读/写控制信号，实现直接在设备和存储器之间的读/写操作。,2 DMA在每个读/写事务中间，标准总线事务要求CPU解决它与其他设备的信息交换问题。,图3-5 总线的突发读事务,总线事务的状态图是对时序图的有效补充，图3-6展示了读操作的CPU和设备的状态图。当CPU决定执行一个读事务时，它转换到新状态，并发出让设备正确工作的总线信号；而设备状态转换图捕获了它这一端的总线协议状态。,2 DMA在每个读/写事务中间，标准总线事务要求CPU解决它与其他设备的信息交换问题。,因为同样的逻辑电路可以有这两种使用方式，所以该设备经常被称为“定时器/计数器”。,(3)一旦数据传送完毕，设备2降低它的输出电平表示它已经接收完数据。,图3-3 典型的微处理器总线,当事务是突发事务时，用它来向设备发信号；,我们给总线额外增加一根称为Burst的线路。,要实现这类操作，就要求CPU以外的设备单元能够控制总线上的操作。,但是，定时器和计数器的用处不同，主要体现在：定时器的计数装置是连到周期性时钟信号上的，用来测量时间间隔；,在握手期间，使用专用的握手线来传输数据。,CPU可以忽略数据线直到它要使用读操作的结果为止。,直接存储器访问(Direct Memory-Access，DMA)是允许读/写不由CPU控制的总线操作。,(6)具有液晶控制器的嵌入式处理器，用于液晶屏的刷新。,总线事务的状态图是对时序图的有效补充，图3-6展示了读操作的CPU和设备的状态图。,图3-6 总线读事务的状态图,图3-3 典型的微处理器总线,(2)嵌入式操作系统的软件时钟需要基于硬件定时器产生定时信号。,如图3-8所示，高速设备连到高速总线上，而低速设备连到低速总线上，通过一个被称为桥的逻辑电路使得总线可以互连。,但是，定时器和计数器的用处不同，主要体现在：定时器的计数装置是连到周期性时钟信号上的，用来测量时间间隔；,因为同样的逻辑电路可以有这两种使用方式，所以该设备经常被称为“定时器/计数器”。,图3-5 总线的突发读事务,直接存储器访问(Direct Memory-Access，DMA)是允许读/写不由CPU控制的总线操作。,2总线读/写微处理器总线在握手基础上为CPU和系统其他部分建立通信。,这时，设备1已准备好发送数据，设备2已准备好接收数据。,嵌入式处理器上的定时器/计数器通常具有以下功能：(1)嵌入式操作系统的任务调度，特别是具有时间片轮转调度功能的嵌入式操作系统的任务调度，必须使用定时器产生时间片。,图3-3 典型的微处理器总线,而计数器的计数装置是连到非周期性信号上的，用来计算外部事件的发生次数。,(3)一旦数据传送完毕，设备2降低它的输出电平表示它已经接收完数据。,总线握手信号的作用是控制每个总线周期中数据传送的开始和结束，从而实现两个设备间的协调和配合，保证数据传送的可靠性。,1 总线协议1握手协议总线协议中的基本构件是四周期握手协议。,因为同样的逻辑电路可以有这两种使用方式，所以该设备经常被称为“定时器/计数器”。,我们给总线额外增加一根称为Burst的线路。,3.3.2 DMA,在每个读/写事务中间，标准总线事务要求CPU解决它与其他设备的信息交换问题。但是，某些数据传输不需要CPU介入，如I/O设备和存储器之间的数据交换。要实现这类操作，就要求CPU以外的设备单元能够控制总线上的操作。直接存储器访问(Direct Memory-Access，DMA)是允许读/写不由CPU控制的总线操作。DMA使用一种称为DMA控制器的专用硬件来完成外设与存储器之间的高速数据传送。DMA控制器从CPU请求总线控制，得到控制权后，控制器能像CPU那样提供内存的地址和必要的读/写控制信号，实现直接在设备和存储器之间的读/写操作。图3-7展示了一个带有DMA控制器的总线配置。,图3-7 带DMA控制器的总线,总线配置,一个微处理器系统可能使用多条总线来连接设备。如图3-8所示，高速设备连到高速总线上，而低速设备连到低速总线上，通过一个被称为桥的逻辑电路使得总线可以互连。,图3-8 多总线系统,
展开阅读全文