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本文轉(zhuǎn)自4412開發(fā)板實(shí)戰(zhàn)書籍：http://www.topeetboard.com 硬件介紹 嵌入式系統(tǒng)的硬件除了核心部件——嵌入式處理器外，還包括存儲器系統(tǒng)、外圍接口部件以及連接各種設(shè)備的總線系統(tǒng)。其中，存儲器是嵌入式系統(tǒng)存放數(shù)據(jù)和程序的功能部件，而外圍設(shè)備決定了應(yīng)用于不同領(lǐng)域的嵌入式系統(tǒng)的獨(dú)特功能。 嵌入式處理器是嵌入式系統(tǒng)中硬件的核心組成部分，但是若沒有存儲器和I/O設(shè)備，它就無法具有各種實(shí)用的功能。嵌入式處理器通常集成了大量的I/O模塊單元(如中斷控制器和通信控制器等)和存儲器(Flash和RAM等)。當(dāng)嵌入式處理器上集成的存儲器單元和I/O單元不夠時，可以通過擴(kuò)充組成強(qiáng)大的嵌入式硬件系統(tǒng)。 嵌入式系統(tǒng)的硬件是以嵌入式處理器為中心，由存儲器、I/O單元電路、通信模塊、外部設(shè)備等必要的輔助接口組成的，如下圖所示。在實(shí)際應(yīng)用中，嵌入式系統(tǒng)硬件配置可能非常精簡，除了微處理器和基本的外圍電路以外，其余的電路可以根據(jù)需要和成本進(jìn)行裁剪、定制。 
在嵌入式系統(tǒng)中使用的存儲器可以是內(nèi)部存儲器，也可以是外部存儲器。通常處理器的內(nèi)部存儲器是非常有限的。對于小型應(yīng)用，如果這些存儲器夠用，就不必使用外部存儲器；否則，就必須進(jìn)行擴(kuò)展，使用外部存儲設(shè)備。與通用計(jì)算機(jī)把應(yīng)用軟件和操作系統(tǒng)放在外存的工作方式不同，嵌入式系統(tǒng)的軟件通常直接存放在內(nèi)存(如Flash)中，上電之后可以立刻運(yùn)行；當(dāng)然，也有的嵌入式系統(tǒng)的軟件從外存啟動、裝載并運(yùn)行。無論如何，需要考慮嵌入式系統(tǒng)的軟件的固化問題，而這一問題在通用計(jì)算機(jī)(如PC機(jī))上開發(fā)軟件是不需要考慮的。此外，考慮存儲器系統(tǒng)時，還需要考慮嵌入式系統(tǒng)軟件的引導(dǎo)問題。 嵌入式處理器工作時必須有附屬電路支持，如時鐘電路、復(fù)位電路、調(diào)試電路、監(jiān)視定時器、中斷控制電路等，這些電路并不完成數(shù)據(jù)的輸入/輸出功能，而是為嵌入式處理器的工作提供必要的條件。在設(shè)計(jì)嵌入式系統(tǒng)的硬件電路時，常常將它們與嵌入式處理器設(shè)計(jì)成一個模塊，形成處理器最小系統(tǒng)。 嵌入式處理器在功能上有別于通用處理器，其區(qū)別在于嵌入式處理器上集成了大量的I/O電路。因此，用戶在開發(fā)嵌入式系統(tǒng)時，可以根據(jù)系統(tǒng)需求選擇合適的嵌入式處理器，而無需再另外配合I/O電路。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，嵌入式處理器的集成度不斷提高，許多嵌入式處理器上集成的I/O功能完全滿足應(yīng)用的需求，基本無需擴(kuò)展。嵌入式系統(tǒng)的I/O接口電路主要完成嵌入式處理器與外部設(shè)備之間的交互和數(shù)據(jù)通信。這些電路包括網(wǎng)絡(luò)接口、串行接口、模/數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)/模轉(zhuǎn)換接口、人機(jī)交互接口等。應(yīng)用于不同行業(yè)的嵌入式系統(tǒng)，其接口功能和數(shù)量有很大的差異。在設(shè)計(jì)I/O接口電路時，一般把這部分作為I/O子系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一的設(shè)計(jì)，這樣既可以綜合考慮優(yōu)化電路，又便于設(shè)計(jì)成果的重復(fù)使用。 處理器和ARM處理器中央微處理器，簡稱CPU，它是計(jì)算機(jī)中最重要的一個部分，它決定嵌入式系統(tǒng)的主要功能特性。CPU又由運(yùn)算器和控制器兩大部分組成。
所謂寄存器（register），是CPU內(nèi)部用來存放數(shù)據(jù)的一些小型存儲區(qū)域，用于暫時存放參與運(yùn)算的數(shù)據(jù)和運(yùn)算結(jié)果。 外部設(shè)備也有寄存器，是一種存儲單元，其物理結(jié)構(gòu)跟內(nèi)存單元不一樣，但作用跟內(nèi)存單元一樣，都能保存信息。 在設(shè)計(jì)時，給外部設(shè)備的每個寄存器都分配一個地址，CPU可以根據(jù)地址訪問某個寄存器，則該寄存器發(fā)生相應(yīng)的動作：或接收數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)（對應(yīng)于寫操作），或把自己的數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)總線上（對應(yīng)于讀操作）。當(dāng)CPU訪問某個寄存器時，同一個外設(shè)的其他寄存器和其他外設(shè)的寄存器由于沒有CPU的指令不會發(fā)生動作。 嵌入式處理器通常包括幾個部分：處理器內(nèi)核、地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線、片上I/O接口電路及輔助電路（如時鐘、復(fù)位電路等）。 下面簡單介紹一下ARM處理器的歷史和發(fā)展。 1991年ARM公司（Advanced RISC Machine Limited）成立于英國劍橋，最早由Arcon、Apple和VLSI合資成立，主要出售芯片設(shè)計(jì)技術(shù)的授權(quán)，在1985年4月26 日，第一個ARM原型在英國劍橋的Acorn 計(jì)算機(jī)有限公司誕生（在美國VLSI 公司制造）。目前，ARM 架構(gòu)處理器已在高性能、低功耗、低成本的嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域中占據(jù)了領(lǐng)先地位。 ARM 公司最初只有12 人，經(jīng)過十多年的發(fā)展，ARM 公司已擁有近千名員工，在許多國家都設(shè)立了分公司，包括ARM 公司在中國上海的分公司。目前，采用ARM 技術(shù)知識產(chǎn)權(quán)（IP）核的微處理器，即我們通常所說的ARM 微處理器，已遍及工業(yè)控制、消費(fèi)類電子產(chǎn)品、通信系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、無線系統(tǒng)等各類產(chǎn)品市場，基于ARM 技術(shù)的微處理器應(yīng)用約占據(jù)了32 位RISC 微處理器80%以上的市場份額，其中，在手機(jī)市場，ARM 占有絕對的壟斷地位。可以說，ARM技術(shù)正在逐步滲入到人們生活中的各個方面，而且隨著32 位CPU價格的不斷下降和開發(fā)環(huán)境的不斷成熟，ARM技術(shù)會應(yīng)用得越來越廣泛。 ARM公司是專門從事基于RISC技術(shù)芯片設(shè)計(jì)開發(fā)的公司，作為嵌入式RISC處理器的知識產(chǎn)權(quán)IP供應(yīng)商，公司本身并不直接從事芯片生產(chǎn)，而是靠轉(zhuǎn)讓設(shè)計(jì)許可由合作公司生產(chǎn)各具特色的芯片，世界各大半導(dǎo)體生產(chǎn)商從ARM 公司購買其設(shè)計(jì)的ARM 微處理器核，根據(jù)各自不同的應(yīng)用領(lǐng)域，加入適當(dāng)?shù)耐鈬娐罚瑥亩纬勺约旱腁RM 微處理器芯片進(jìn)入市場，利用這種合伙關(guān)系，ARM很快成為許多全球性RISC標(biāo)準(zhǔn)的締造者。目前，全世界有幾十家大的半導(dǎo)體公司都使用ARM公司的授權(quán)，其中包括Intel、IBM、Samsung、LG 半導(dǎo)體、NEC、SONY、PHILIP 等公司，這也使得ARM 技術(shù)獲得更多的第三方工具、制造、軟件的支持，又使整個系統(tǒng)成本降低，使產(chǎn)品更容易進(jìn)入市場并被消費(fèi)者所接受，更具有競爭力。 存儲設(shè)備嵌入式系統(tǒng)的存儲器子系統(tǒng)與通用計(jì)算機(jī)的存儲器子系統(tǒng)的功能并無明顯的區(qū)別，這決定了嵌入式系統(tǒng)的存儲器子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)指標(biāo)和方法也可以采用通用計(jì)算機(jī)的方法，尤其是嵌入通用計(jì)算機(jī)的大型嵌入式系統(tǒng)更是如此。 存儲器子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的首要目標(biāo)是使存儲器在工作速度上很好地與處理器匹配，并滿足各種存取需要。因此，體系結(jié)構(gòu)的特性能夠提高存儲系統(tǒng)的速度和容量。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，微處理器的工作速度有了很大的提高。而微處理器時鐘頻率提高比內(nèi)存速度提高要快，以至于內(nèi)存速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于CPU速度。如果大量使用高速存儲器，使它們在速度上與處理器相吻合，就能夠簡便地解決問題。但是，這種方法受到經(jīng)濟(jì)上的限制。因?yàn)殡S著存儲器芯片速度的提高，其價格急劇上升，使系統(tǒng)成本十分昂貴。在實(shí)際的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，總是采用分級的方法來設(shè)計(jì)整個存儲器系統(tǒng)。如下圖所示為這種分級存儲系統(tǒng)的組織結(jié)構(gòu)示意圖，它把全部存儲系統(tǒng)分為四級，即寄存器組、高速緩存、內(nèi)存和外存。它們在存取速度上依次遞減，而在存儲容量上逐級遞增。
寄存器組是最高一級的存儲器。在計(jì)算機(jī)設(shè)備中，寄存器組一般是微處理器內(nèi)含的，如上一章介紹的ARM處理器中有37個寄存器。有些待使用的數(shù)據(jù)或者運(yùn)算的中間結(jié)果可以暫存在這些寄存器中。微處理器在對本芯片內(nèi)的寄存器讀/寫時，速度很快，一般在一個時鐘周期內(nèi)完成。從總體上說，設(shè)置一系列寄存器是為了盡可能減少微處理器直接從外部取數(shù)的次數(shù)。但是，由于寄存器組是制作在微處理器內(nèi)部的，受芯片面積和集成度的限制，因此寄存器的數(shù)量不可能做得很多。 第二級存儲器是高速緩沖存儲器(Cache)。高速緩存是一種小型、快速的存儲器，其存取速度足以與微處理器相匹配。高速緩存能夠保存部分內(nèi)存的內(nèi)容的拷貝，如果正確使用，它能夠減少內(nèi)存平均訪問時間。 第三級是內(nèi)存。運(yùn)行的程序和數(shù)據(jù)都放在內(nèi)存中。由于微處理器的尋址大部分在高速緩存上，因此內(nèi)存可以采用速度稍慢的存儲器芯片，對系統(tǒng)性能的影響不會太大，同時又降低了成本。內(nèi)存除主要使用RAM外，還要使用一定量的ROM。這些ROM主要用來解決系統(tǒng)初始化的一系列操作，如設(shè)備檢測、接口電路初始化、啟動操作系統(tǒng)等。一般情況下，ROM的存取時間比較長，對ROM的每次讀/寫要增添3～4個等待周期。但這種少量慢速存儲器只在開機(jī)時運(yùn)行，對系統(tǒng)性能影響不大。 最低一級存儲器是大容量的外存。這種外存容量大，但是在存取速度上比內(nèi)存要慢得多。目前嵌入式系統(tǒng)中常用閃存作為大容量硬盤存儲各種程序和數(shù)據(jù)。 上述四級存儲器系統(tǒng)并不是每個嵌入式系統(tǒng)所必須具備的，應(yīng)當(dāng)根據(jù)系統(tǒng)的性能要求和處理器的功能來確定。例如，在8位處理器上，主要考慮內(nèi)存的時間，而高速緩存極少被采用。對于16位和32位微處理器組成的系統(tǒng)，隨著性能的提高，存儲系統(tǒng)變得更為復(fù)雜，一般都包含了全部四級存儲器。 總線一個處理器系統(tǒng)可能使用多條總線來連接設(shè)備。高速設(shè)備可以連到高速總線上，而低速設(shè)備連到低速總線上，通過一個被稱為橋的邏輯電路使得總線可以互連。
使用這樣的總線配置主要考慮到以下幾個原因： (1) 高速總線通常提供較寬的數(shù)據(jù)連接。 (2) 高速總線通常要更昂貴的電路和連接器，可以通過使用較慢的、比較便宜的總線來降低低速設(shè)備成本。 (3) 橋允許總線獨(dú)立操作，因此可以在I/O操作中提供并行性。 在高速總線和低速總線之間的總線橋是高速總線的受控器，是低速總線的主控器。橋從高速總線上獲取指令并將其傳到低速總線，將結(jié)果從低速總線傳到高速總線上。 I2C總線 IIC總線，是INTER-IC串行總線的縮寫。INTER-IC原文大意是用于相互作用的集成電路，這種集成電路主要由雙向串行時鐘線SCL和雙向串行數(shù)據(jù)線SDA兩條線路組成，由荷蘭菲利浦公司于80年代研制開發(fā)成功。 IIC總線在傳送數(shù)據(jù)時其速率可達(dá)100kbps，最高速率時可達(dá)400kbps，總線上允許連接的設(shè)備數(shù)主要決定于總線上的電容量，一般設(shè)定為400pF以下。I2C總線主要在微處理器的控制之下，因此通常稱微處理器是I2C總線的主機(jī)。習(xí)慣上總稱受控設(shè)備及功能電路為I2C總線的從機(jī)。這種主機(jī)與從機(jī)之間的連接通常是在總線的輸出端，而輸出端的電路結(jié)構(gòu)為IIC總線的從機(jī)。這種主機(jī)與從機(jī)之間的連接通常是在總線的輸出端，而輸出端的電路結(jié)構(gòu)又總是開漏輸出或集電極開路輸出。 通常數(shù)據(jù)傳送要由主機(jī)發(fā)出啟動信號和時鐘信號，向所控從機(jī)發(fā)出一個地址、一個讀寫位和一個應(yīng)答位，其中地址位為7位數(shù)據(jù)，在實(shí)際控制中，一般一次只能傳送一個8位數(shù)據(jù)，并以一個停止位結(jié)束。 在實(shí)際應(yīng)用中，往往被傳送的數(shù)據(jù)位數(shù)會超過8位，也就是說總會有多字節(jié)傳送，這時必須在傳送數(shù)據(jù)地址結(jié)束后再傳送一個副地址。因此，被傳送的字節(jié)沒有限制，但每一個字節(jié)后面必須有一位應(yīng)答位。應(yīng)答位通常被設(shè)定在低電平，當(dāng)應(yīng)答位處于高電平時，指示被傳送的數(shù)據(jù)已結(jié)束。 在I2C總線的控制系統(tǒng)中，有時從機(jī)也可以是多臺微處理器，在多臺微機(jī)同時工作時，它們對總線的控制也由相似于時鐘的同步方式進(jìn)行仲裁，也就是說時鐘的同步與仲裁過程是同時進(jìn)行的，不存在因是主機(jī)而有優(yōu)先權(quán)次序。不同速度的從機(jī)可以接在同一I2C總線上完成相互間數(shù)據(jù)的傳送。高速方式芯片和普通芯片可以混合于同一I2C總線上。 I2C總線的特點(diǎn)與特性I2C總線與傳統(tǒng)的PWM調(diào)寬脈沖相比較，其最大的特點(diǎn)是串行數(shù)據(jù)線和時鐘線都是雙向傳輸線。I2C總線在實(shí)際電路的應(yīng)用中，兩根線各自通過一個上拉電阻連接到電源電壓的正極端，當(dāng)總線空閑時，數(shù)據(jù)線SDA和時鐘線SCL必須保持高電平，同時各接口電路的輸出又必須是開路漏極或開路集電極，因此I2C總線的最大特性是在地址信息傳輸過程中，即可以是主控器也可以是被控器，或既可以是發(fā)射器又可以是接收器，從而為掛在總線上的各集成電路或功能模塊完成各自的功能提供了極大方便。 總線具有十分靈活的運(yùn)用性，并且還具有多重主控的能力，如多個作為主控器去控制占用總線的電路，都可以根據(jù)在I2C總線上進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送的工作狀態(tài)，被分為主控發(fā)送器、主控接收器、被控發(fā)射器、被控接收器。在多重主控能力中，由于總線的仲裁過程，I2C總線的時鐘信號將是各試力占用總線的各主控器的時鐘信號的同步組合。所謂仲裁是在多個主控器試圖同時控制總線時一個裁決過程，它只允許其中的一個主控器繼續(xù)占用總線，并保證在整個過程中總線上的數(shù)據(jù)不會被丟失或出錯誤；所謂同步是將兩個或多個器件的時鐘信號進(jìn)行處理。 SPI總線 SPI接口的全稱是"Serial Peripheral Interface"，意為串行外圍接口，是Motorola首先在其MC68HCXX系列處理器上定義的。SPI接口主要應(yīng)用在EEPROM，F(xiàn)LASH，實(shí)時時鐘，AD轉(zhuǎn)換器，還有數(shù)字信號處理器和數(shù)字信號解碼器之間。 SPI接口是在CPU和外圍低速器件之間進(jìn)行同步串行數(shù)據(jù)傳輸，在主器件的移位脈沖下，數(shù)據(jù)按位傳輸，高位在前，地位在后，為全雙工通信，數(shù)據(jù)傳輸速度總體來說比I2C總線要快，速度可達(dá)到幾Mbps。 SPI接口是以主從方式工作的，這種模式通常有一個主器件和一個或多個從器件，其接口包括以下四種信號： （1）MOSI – 主器件數(shù)據(jù)輸出，從器件數(shù)據(jù)輸入 （2）MISO – 主器件數(shù)據(jù)輸入，從器件數(shù)據(jù)輸出 （3）SCLK – 時鐘信號，由主器件產(chǎn)生 （4）/SS – 從器件使能信號，由主器件控制
在點(diǎn)對點(diǎn)的通信中，SPI接口不需要進(jìn)行尋址操作，且為全雙工通信，顯得簡單高效。 在多個從器件的系統(tǒng)中，每個從器件需要獨(dú)立的使能信號，硬件上比I2C系統(tǒng)要稍微復(fù)雜一些。
SPI接口在內(nèi)部硬件實(shí)際上是兩個簡單的移位寄存器，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)為8位，在主器件產(chǎn)生的從器件使能信號和移位脈沖下，按位傳輸，高位在前，低位在后。如下圖所示，在SCLK的下降沿上數(shù)據(jù)改變，同時一位數(shù)據(jù)被存入移位寄存器。
SPI接口內(nèi)部硬件圖示：
SPI接口的一個缺點(diǎn)：沒有指定的流控制，沒有應(yīng)答機(jī)制確認(rèn)是否接收到數(shù)據(jù)。 CAN總線CAN（Controller Area Network）是ISO國際標(biāo)準(zhǔn)化的串行通信協(xié)議。廣泛應(yīng)用于汽車、船舶等。具有已經(jīng)被大家認(rèn)可的高性能和可靠性。 CAN控制器通過組成總線的2根線（CAN-H和CAN-L）的電位差來確定總線的電平，在任一時刻，總線上有2種電平：顯性電平和隱性電平。 “顯性”具有“優(yōu)先”的意味，只要有一個單元輸出顯性電平，總線上即為顯性電平，并且，“隱性”具有“包容”的意味，只有所有的單元都輸出隱性電平，總線上才為隱性電平。（顯性電平比隱性電平更強(qiáng)）。 總線上執(zhí)行邏輯上的線“與”時，顯性電平的邏輯值為“0”，隱性電平為“1”。 下圖顯示了一個典型的CAN拓?fù)溥B接圖。 連接在總線上的所有單元都能夠發(fā)送信息，如果有超過一個單元在同一時刻發(fā)送信息，有最高優(yōu)先級的單元獲得發(fā)送的資格，所有其它單元執(zhí)行接收操作。 CAN總線協(xié)議具有下面的特點(diǎn)： 1) 多主控制。當(dāng)總線空閑時，連接到總線上的所有單元都可以啟動發(fā)送信息，這就是所謂的多主控制的概念。先占有總線的設(shè)備獲得在總線上進(jìn)行發(fā)送信息的資格。這就是所謂的CSMA/CR（Carrier Sense MultipleAccess/Collosion Avoidance）方法。如果多個設(shè)備同時開始發(fā)送信息，那么發(fā)送最高優(yōu)先級ID消息的設(shè)備獲得發(fā)送資格。 2) 信息的發(fā)送。在CAN協(xié)議中，所有發(fā)送的信息要滿足預(yù)先定義的格式。當(dāng)總線沒有被占用的時候，連接在總線上的任何設(shè)備都能起動新信息的傳輸，如果兩個或更多個設(shè)備在同時刻啟動信息的傳輸，通過ID來決定優(yōu)先級。ID并不是指明信息發(fā)送的目的地，而是指示信息的優(yōu)先級。如果2個或者更多的設(shè)備在同一時刻啟動信息的傳輸，在總線上按照信息所包含的ID的每一位來競爭，贏得競爭的設(shè)備（也就是具有最高優(yōu)先級的信息）能夠繼續(xù)發(fā)送，而失敗者則立刻停止發(fā)送并進(jìn)入接收操作。因?yàn)榭偩�上同一時刻只可能有一個發(fā)送者，而其它均處于接收狀態(tài)，所以，并不需要在底層協(xié)議中定義地址的概念。 3) 系統(tǒng)的靈活性。連接到總線上的單元并沒有類似地址這樣的標(biāo)識，所以，添加或去除一個設(shè)備，無需改變軟件和硬件，或其它設(shè)備的應(yīng)用層軟件。 4) 通信速度。可以設(shè)置任何通訊速度，以適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模。對一個網(wǎng)絡(luò)，所有單元必須有相同的通訊速度，如果不同，就會產(chǎn)生錯誤，并妨礙網(wǎng)絡(luò)通訊，然而，不同網(wǎng)絡(luò)間可以有不同的通訊速度。 5) 遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)請求。可以通過發(fā)送“遙控幀”，請求其他單元發(fā)送數(shù)據(jù)。 6) 錯誤檢測、錯誤通知、錯誤恢復(fù)功能。所有單元均可以檢測出錯誤（錯誤檢測功能）。檢測到錯誤的單元立刻同時通知其它所有的單元（錯誤通知功能）。如果一個單元發(fā)送信息時檢測到一個錯誤，它會強(qiáng)制終止信息傳輸，并通知其它所有設(shè)備發(fā)生了錯誤，然后它會重傳直到信息正常傳輸出去（錯誤恢復(fù)功能）。 7) 錯誤隔離。在CAN總線上有兩種類型的錯誤：暫時性的錯誤（總線上的數(shù)據(jù)由于受到噪聲的影響而暫時出錯）；持續(xù)性的錯誤（由于設(shè)備內(nèi)部出錯（如驅(qū)動器壞了、連接有問題等）而導(dǎo)致的）。CAN能夠區(qū)別這兩種類型，一方面降低常出錯單元的通訊優(yōu)先級以阻止對其它正常設(shè)備的影響，另一方面，如果是一種持續(xù)性的錯誤，將這個設(shè)備從總線上隔離開。 8) 連接。CAN總線允許多個設(shè)備同時連接到總線上且在邏輯上沒有數(shù)目上的限制。然而由于延遲和負(fù)載能力的限制，實(shí)際可連接得設(shè)備還是有限制的，可以通過降低通訊速度來增加連接的設(shè)備個數(shù)。相反，如果連接的設(shè)備少，通訊的速度可以增加。 USB總線連接計(jì)算機(jī)外設(shè)的串行數(shù)據(jù)總線，其技術(shù)的發(fā)展一直非常緩慢。1969年EIA推出的RS-232C串行總線至今仍是連接計(jì)算機(jī)外設(shè)的主流串行總線。盡管在20世紀(jì)70年代和80年代陸續(xù)推出了RS-422A、RS-449、RS-485和RS-530等串行總線(其中RS-449的設(shè)計(jì)初衷是想取代 RS-232C，而RS-530則是想取代RS-449)，但由于種種原因都沒有改變RS-232C先入為主的主導(dǎo)地位。因此，長期以來，串行總線只用于連接慢速外設(shè)或用作低速網(wǎng)絡(luò)的總線。 通用串行總線(Universal Serial Bus，USB)是1995年Microsoft、Compaq、IBM等公司聯(lián)合制定的一種新的計(jì)算機(jī)串行通信協(xié)議。USB協(xié)議得到各PC廠商、芯片制造商和PC外設(shè)廠商的廣泛支持。從當(dāng)初的0.7、0.8版本到現(xiàn)在廣泛采用的1.0、1.1版本，甚至到正在逐步推廣的2.0版本，USB本身也在不斷地發(fā)展和完善。 通用串行總線是一種將USB外圍設(shè)備連接到主機(jī)的外部總線結(jié)構(gòu)，它通過PCI總線和PC的內(nèi)部系統(tǒng)數(shù)據(jù)線連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送。USB同時又是一種通信協(xié)議，它支持主系統(tǒng)和USB外圍設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳送，通過一個4針的標(biāo)準(zhǔn)插頭，采用菊花鏈形式把所有的外設(shè)連接起來。 USB主要具有以下優(yōu)點(diǎn)： (1) 支持熱插拔(hot plug)和即插即用(Plug-and-Play)，即在不關(guān)機(jī)的情況下可以安全地插上或斷開USB設(shè)備，動態(tài)加載驅(qū)動程序。 (2) 為所有的USB外設(shè)提供單一的、易于操作的標(biāo)準(zhǔn)連接類型，排除了外設(shè)對系統(tǒng)資源的需求，因此減少了硬件的復(fù)雜性和對端口的占用，整個USB系統(tǒng)只有一個端口和一個中斷，節(jié)省了系統(tǒng)資源。 (3) USB1.1提供全速12 Mb/s和低速1.5 Mb/s的模式，USB2.0提供高達(dá)480 Mb/s的傳輸速率。 (4) 為了適應(yīng)各種不同類型外設(shè)的要求，USB提供了四種不同的數(shù)據(jù)傳輸類型。 (5) 易于擴(kuò)展，理論上最多可支持127個設(shè)備。 液晶控制板大平面顯示器通常由LCD構(gòu)成。其中每個像素都由一個液晶體構(gòu)成。LCD顯示器到系統(tǒng)的接口獨(dú)具特點(diǎn)，這主要因?yàn)長CD像素陣列能夠被隨機(jī)訪問。早期的液晶顯示控制板被稱為被動矩陣，它依靠一個二維的電線網(wǎng)絡(luò)來編址像素。現(xiàn)代液晶顯示控制板顯示器使用一種主動矩陣系統(tǒng)，它給每個像素配置轉(zhuǎn)發(fā)器，以此來控制、訪問LCD顯示器。主動矩陣顯示器提供了更高的對比度和顯示質(zhì)量。 觸摸屏觸摸屏是覆蓋在輸出設(shè)備上的輸入設(shè)備，用來記錄觸摸位置。把觸摸屏覆蓋在顯示器上，使用者可以對顯示的信息作出反應(yīng)。 觸摸屏按其工作原理不同分為表面聲波屏、電容屏、電阻屏和紅外屏等。其中常見的觸摸屏是電阻式觸摸屏。電阻式觸摸屏用二維電壓表來探測位置。觸摸屏由兩層被許多細(xì)小的透明隔離球隔開的導(dǎo)電薄層組成。當(dāng)手指或筆觸摸屏幕時，平常互相絕緣的導(dǎo)電層在觸摸點(diǎn)位置有了一個接觸。在頂層的導(dǎo)電層上加上電壓，它的電阻就在穿過該層時產(chǎn)生電勢差；然后頂層在接觸點(diǎn)對電壓采樣；最后用模/數(shù)轉(zhuǎn)換器來測量電壓，以此得出位置。 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備以太網(wǎng)接口以太網(wǎng)是最廣泛應(yīng)用的局域網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了在小區(qū)域(如一個辦公室)范圍內(nèi)連接計(jì)算機(jī)。以太網(wǎng)數(shù)據(jù)速率為10 Mb/s，而快速以太網(wǎng)(Fast Ethernet)數(shù)據(jù)速率為100 Mb/s。最常用的以太網(wǎng)協(xié)議是IEEE 802.3標(biāo)準(zhǔn)，媒體的存取規(guī)則采用CSMA/CD(載波檢測多路存取/沖突檢測)。現(xiàn)代的操作系統(tǒng)均能同時支持這些協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，因此對嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用來說，考慮系統(tǒng)精簡因素，只需要支持這一種就夠了，除非有特殊需要，否則沒有必要支持太多協(xié)議。 以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸有以下特點(diǎn)： (1) 所有數(shù)據(jù)位的傳輸由低位開始，傳輸?shù)奈涣鞑捎寐鼜厮固鼐幋a。 (2) 以太網(wǎng)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)段長度最小為60字節(jié)，最大為1514字節(jié)。 (3) 通常以太網(wǎng)卡可以接收來自三種地址的數(shù)據(jù)，即廣播地址、多播地址(在嵌入式系統(tǒng)中很少使用)和它自己的地址。但有時用于網(wǎng)絡(luò)分析和監(jiān)控，網(wǎng)卡也可以設(shè)置為接收任何數(shù)據(jù)包。 (4) 任何兩個網(wǎng)卡的物理地址都是不一樣的。網(wǎng)卡地址由專門結(jié)構(gòu)分配，不同廠家使用不同地址段，同一廠家的任意兩個網(wǎng)卡的地址也是唯一的。 藍(lán)牙藍(lán)牙，是一種無線個人局域網(wǎng)（Wireless PAN），最初由愛立信創(chuàng)制，后來由藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟訂定技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。能在包括移動電話、PDA、無線耳機(jī)、筆記本電腦、相關(guān)外設(shè)等眾多設(shè)備之間進(jìn)行無線信息交換。利用“藍(lán)牙”技術(shù)，能夠有效地簡化移動通信終端設(shè)備之間的通信，也能夠成功地簡化設(shè)備與因特網(wǎng)Internet之間的通信，從而數(shù)據(jù)傳輸變得更加迅速高效，為無線通信拓寬道路。藍(lán)牙采用分散式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以及快跳頻和短包技術(shù)，支持點(diǎn)對點(diǎn)及點(diǎn)對多點(diǎn)通信，工作在全球通用的2.4GHz ISM（即工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)學(xué)）頻段。其數(shù)據(jù)速率為1Mbps。采用時分雙工傳輸方案實(shí)現(xiàn)全雙工傳輸。 WIFIWIFI一般指Wi-Fi，Wi-Fi是一種可以將個人電腦、手持設(shè)備（如pad、手機(jī)）等終端以無線方式互相連接的技術(shù)，事實(shí)上它是一個高頻無線電信號。無線保真是一個無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的品牌，由Wi-Fi聯(lián)盟所持有。目的是改善基于IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)的無線網(wǎng)路產(chǎn)品之間的互通性。有人把使用IEEE 802.11系列協(xié)議的局域網(wǎng)就稱為無線保真。甚至把無線保真等同于無線網(wǎng)際網(wǎng)路（Wi-Fi是WLAN的重要組成部分）關(guān)于"Wi-Fi”這個縮寫詞的發(fā)音，根據(jù)英文標(biāo)準(zhǔn)韋伯斯特詞典的讀音注釋，標(biāo)準(zhǔn)發(fā)音為/ˈwaɪ.faɪ/因?yàn)閃i-Fi這個單詞是兩個單詞組成的，所以書寫形式最好為WI-FI，這樣也就不存在所謂專家所說的讀音問題，同理有HI-FI(/haɪ.faɪ/)。 標(biāo)準(zhǔn)串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)異步串行通信接口主要有以下幾類：RS-232C、RS-422和RS-485。RS-232C是美國電子工業(yè)協(xié)會(EIA)正式公布的、在異步串行通信中應(yīng)用最廣的標(biāo)準(zhǔn)總線，適合短距離或帶調(diào)制解調(diào)器的通信場合。為了提供數(shù)據(jù)傳輸速率和通信距離，EIA又公布了RS-422和RS-485串行總線接口標(biāo)準(zhǔn)。 RS-232C是美國電子工業(yè)協(xié)會(Electronic Industry Association，EIA)制定的在數(shù)據(jù)終端設(shè)備(Data Terminal Equipment，DTE)和數(shù)據(jù)通信設(shè)備(Data Communication Equipment，DCE)之間進(jìn)行串行二進(jìn)制數(shù)據(jù)交換的接口。RS是英文“推薦標(biāo)準(zhǔn)”的縮寫，232為標(biāo)識號，C表示修改次數(shù)。RS-232C標(biāo)準(zhǔn)是一種硬件協(xié)議，規(guī)定了21個信號和25個引腳，用于連接DTE和DCE兩種設(shè)備。 RS-232C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的數(shù)據(jù)傳輸速率為50、75、100、150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200 b/s等；驅(qū)動器允許有不超過2500 pF的電容負(fù)載，通信距離將受此電容限制。例如，當(dāng)信號傳輸速率為20 kb/s時，最大傳輸距離為15 m。傳輸距離短的另一個原因是RS-232C屬于單端信號傳送，存在共地噪聲和不能抑制共模干擾等問題，因此一般用于短距離通信。 RS-232C接口的缺點(diǎn)主要表現(xiàn)在兩個方面：數(shù)據(jù)傳輸速率慢和傳輸距離短。RS-232C規(guī)定的20 kb/s的傳輸速率雖然能夠滿足異步通信要求(通常異步通信速率限制在19.2 kb/s以下)，但對某些同步系統(tǒng)來說不能滿足傳輸速率要求。此外，RS-232C接口的一般設(shè)備之間電纜長度為15 m，最長也不會超過60 m。 RS-422是EIA公布的“平衡電壓數(shù)字接口電路的電氣特性”標(biāo)準(zhǔn)，是為改善RS-232C標(biāo)準(zhǔn)的電氣特性、又考慮與RS-232C兼容而制定的。RS-422與RS-232C的關(guān)鍵差別在于把單端輸入改為雙端差分輸入，雙方的信號地不再共用。 RS-422給出了對電纜、驅(qū)動器的要求，規(guī)定了雙端電氣接口形式，并使用雙絞線傳送信號。與RS-232C相比，RS-422傳輸信號距離長、速度快。傳輸率最大為10 Mb/s，在此速率下，電纜允許長度為120 m。如果采用較低傳輸速率，如90 kb/s，則最大距離可達(dá)1200 m。 RS-485是RS-422的變型，RS-422是全雙工的，可以同時發(fā)送與接收；而RS-485是半雙工的，在某一時刻，只能一個發(fā)送另一個接收。 RS-485是一種多發(fā)送器的電路標(biāo)準(zhǔn)，它擴(kuò)展了RS-422的性能，允許雙線總線上驅(qū)動32個負(fù)載設(shè)備。負(fù)載設(shè)備可以是被動發(fā)送器、接收器或二者組合而成的收發(fā)器。當(dāng)用于多點(diǎn)互連時，可節(jié)省信號線，便于高速遠(yuǎn)距離傳送。許多智能儀器設(shè)備配有RS-485總線接口，便于將它們進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)。 UART提供了RS-232C數(shù)據(jù)終端設(shè)備接口，這樣計(jì)算機(jī)就可以和調(diào)制解調(diào)器或其他使用RS-232C接口的串行設(shè)備進(jìn)行通信。作為接口的一部分，UART還提供了以下功能：將計(jì)算機(jī)外部傳來的串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為字節(jié)，供計(jì)算機(jī)內(nèi)部使用并行數(shù)據(jù)的器件使用；將由計(jì)算機(jī)內(nèi)部傳送過來的并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為輸出的串行數(shù)據(jù)；在輸出的串行數(shù)據(jù)流中加入奇偶校驗(yàn)位，并對從外部接收的數(shù)據(jù)流進(jìn)行奇偶校驗(yàn)；在輸出的數(shù)據(jù)流中加入“起”、“止”標(biāo)記，并從接收數(shù)據(jù)流中刪除“起”、“止”標(biāo)記；處理計(jì)算機(jī)與外部串行設(shè)備的同步管理問題；處理由鍵盤或鼠標(biāo)發(fā)出的中斷信號(鍵盤和鼠標(biāo)也是串行設(shè)備)。 相對于微處理器，一臺UART是作為一個甚至多個存儲點(diǎn)或I/O端口的。UART一般包括一個或多個狀態(tài)寄存器，用于驗(yàn)證數(shù)據(jù)傳輸和接收時的狀態(tài)、進(jìn)程。微處理器能夠判斷何時已收到一個字節(jié)、何時已發(fā)送一個字節(jié)、是否產(chǎn)生通信錯誤等。UART還可以通過一個或多個控制寄存器進(jìn)行配置，配置內(nèi)容包括波特率的設(shè)置、終止位數(shù)量的設(shè)置以及在發(fā)送字節(jié)時產(chǎn)生中斷等。異步通信在UART上幾乎是透明地運(yùn)行，為了收、發(fā)數(shù)據(jù)，只需運(yùn)行程序，簡單地在UART上執(zhí)行讀/寫操作。 |
