嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)及知識(shí)及接口技術(shù)總結(jié)

tainqing

13、嵌入式系統(tǒng)的評(píng)價(jià)方法：測(cè)量法和模型法

（1）測(cè)量法是最直接最基本的方法，需要解決兩個(gè)問(wèn)題：

A、根據(jù)研究的目的，確定要測(cè)量的系統(tǒng)參數(shù)。

B、選擇測(cè)量的工具和方式。

（2）測(cè)量的方式有兩種：采樣方式和事件跟蹤方式。

（3）模型法分為分析模型法和模擬模型法。分析模型法是用一些數(shù)學(xué)方程去刻畫系統(tǒng)的模型，而模擬模型法是用模擬程序的運(yùn)行去動(dòng)態(tài)表達(dá)嵌入式系統(tǒng)的狀態(tài)，而進(jìn)行系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)分析，得出性能指標(biāo)。

（4）分析模型法中使用最多的是排隊(duì)模型，它包括三個(gè)部分：輸入流、排隊(duì)規(guī)則和服務(wù)機(jī)構(gòu)。

（5）使用模型對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)價(jià)需要解決3個(gè)問(wèn)題：設(shè)計(jì)模型、解模型、校準(zhǔn)和證實(shí)模型。

接口技術(shù)1. Flash存儲(chǔ)器

（1）Flash存儲(chǔ)器是一種非易失性存儲(chǔ)器，根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同可以將其分為NOR Flash和NAND Flash兩種。

（2）Flash存儲(chǔ)器的特點(diǎn)：

A、區(qū)塊結(jié)構(gòu)：在物理上分成若干個(gè)區(qū)塊，區(qū)塊之間相互獨(dú)立。

B、先擦后寫：Flash的寫操作只能將數(shù)據(jù)位從1寫成0，不能從0寫成1，所以在對(duì)存儲(chǔ)器進(jìn)行寫入之前必須先執(zhí)行擦除操作，將預(yù)寫入的數(shù)據(jù)位初始化為1。擦除操作的最小單位是一個(gè)區(qū)塊，而不是單個(gè)字節(jié)。

C、操作指令：執(zhí)行寫操作，它必須輸入一串特殊指令（NOR Flash）或者完成一段時(shí)序（NAND Flash）才能將數(shù)據(jù)寫入。

D、位反轉(zhuǎn)：由于Flash的固有特性，在讀寫過(guò)程中偶爾會(huì)產(chǎn)生一位或幾位的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤。位反轉(zhuǎn)無(wú)法避免，只能通過(guò)其他手段對(duì)結(jié)果進(jìn)行事后處理。

E、壞塊：區(qū)塊一旦損壞，將無(wú)法進(jìn)行修復(fù)。對(duì)已損壞的區(qū)塊操作其結(jié)果不可預(yù)測(cè)。

（3）NOR Flash的特點(diǎn)：

應(yīng)用程序可以直接在閃存內(nèi)運(yùn)行，不需要再把代碼讀到系統(tǒng)RAM中運(yùn)行。NOR Flash的傳輸效率很高，在1MB~4MB的小容量時(shí)具有很高的成本效益，但是很低的寫入和擦除速度大大影響了它的性能。

（4）NAND Flash的特點(diǎn)

能夠提高極高的密度單元，可以達(dá)到高存儲(chǔ)密度，并且寫入和擦除的速度也很快，這也是為何所有的U盤都使用NAND Flash作為存儲(chǔ)介質(zhì)的原因。應(yīng)用NAND Flash的困難在于閃存需要特殊的系統(tǒng)接口。

（5）NOR Flash與NAND Flash的區(qū)別：

A、NOR Flash的讀速度比NAND Flash稍快一些。

B、NAND Flash的擦除和寫入速度比NOR Flash快很多。

C、NAND Flash的隨機(jī)讀取能力差，適合大量數(shù)據(jù)的連續(xù)讀取。

D、NOR Flash帶有SRAM接口，有足夠的地址引進(jìn)來(lái)尋址，可以很容易地存取其內(nèi)部的每一個(gè)字節(jié)。NAND Flash的地址、數(shù)據(jù)和命令共用8位總線（有寫公司的產(chǎn)品使用16位），每次讀寫都要使用復(fù)雜的I/O接口串行地存取數(shù)據(jù)。

E、NOR Flash的容量一般較小，通常在1MB~8MB之間；NAND Flash只用在8MB以上的產(chǎn)品中。因此，NOR Flash只要應(yīng)用在代碼存儲(chǔ)介質(zhì)中，NAND Flash適用于資料存儲(chǔ)。

F、NAND Flash中每個(gè)塊的最大擦寫次數(shù)是一百萬(wàn)次，而NOR Flash是十萬(wàn)次。

G、NOR Flash可以像其他內(nèi)存那樣連接，非常直接地使用，并可以在上面直接運(yùn)行代碼；NAND Flash需要特殊的I/O接口，在使用的時(shí)候，必須先寫入驅(qū)動(dòng)程序，才能繼續(xù)執(zhí)行其他操作。因?yàn)樵O(shè)計(jì)師絕不能向壞塊寫入，這就意味著在NAND Flash上自始至終必須進(jìn)行虛擬映像。

H、NOR Flash用于對(duì)數(shù)據(jù)可靠性要求較高的代碼存儲(chǔ)、通信產(chǎn)品、網(wǎng)絡(luò)處理等領(lǐng)域，被成為代碼閃存；NAND Flash則用于對(duì)存儲(chǔ)容量要求較高的MP3、存儲(chǔ)卡、U盤等領(lǐng)域，被成為數(shù)據(jù)閃存信盈達(dá)嵌入式企鵝要妖氣嗚嗚吧久零就要。

2、RAM存儲(chǔ)器

（1）SRAM的特點(diǎn)：

SRAM表示靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器，只要供電它就會(huì)保持一個(gè)值，它沒(méi)有刷新周期，由觸發(fā)器構(gòu)成基本單元，集成度低，每個(gè)SRAM存儲(chǔ)單元由6個(gè)晶體管組成，因此其成本較高。它具有較高速率，常用于高速緩沖存儲(chǔ)器。

通常SRAM有4種引腳：

CE：片選信號(hào)，低電平有效。
R/W：讀寫控制信號(hào)。
& A! c" F  B$ j9 f9 m- E( T& S4 nADDRESS：一組地址線。
& s# J4 G1 V) b2 [DATA：用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊唤M雙向信號(hào)線。

（2）DRAM的特點(diǎn)：

DRAM表示動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器。這是一種以電荷形式進(jìn)行存儲(chǔ)的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器。它的每個(gè)存儲(chǔ)單元由一個(gè)晶體管和一個(gè)電容器組成，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在電容器中。電容器會(huì)由于漏電而導(dǎo)致電荷丟失，因而DRAM器件是不穩(wěn)定的。它必須有規(guī)律地進(jìn)行刷新，從而將數(shù)據(jù)保存在存儲(chǔ)器中。

DRAM的接口比較復(fù)雜，通常有一下引腳：

CE：片選信號(hào)，低電平有效。
R/W：讀寫控制信號(hào)。
RAS：行地址選通信號(hào)，通常接地址的高位部分。
' s: p! f! J4 E$ ~7 e# y" ~CAS：列地址選通信號(hào)，通常接地址的低位部分。
ADDRESS：一組地址線。
! ~2 j2 o1 [% J0 Y; o+ DDATA：用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊唤M雙向信號(hào)線。

（3）SDRAM的特點(diǎn)：

SDRAM表示同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器。同步是指內(nèi)存工作需要同步時(shí)鐘，內(nèi)部的命令發(fā)送與數(shù)據(jù)的傳輸都以它為基準(zhǔn)；動(dòng)態(tài)是指存儲(chǔ)器陣列需要不斷的刷新來(lái)保證數(shù)據(jù)不丟失。它通常只能工作在133MHz的主頻。

（4）DDRAM的特點(diǎn)

DDRAM表示雙倍速率同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器，也稱DDR。DDRAM是基于SDRAM技術(shù)的，SDRAM在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)只傳輸一次數(shù)據(jù)，它是在時(shí)鐘的上升期進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；而DDR內(nèi)存則是一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)傳輸兩次次數(shù)據(jù)，它能夠在時(shí)鐘的上升期和下降期各傳輸一次數(shù)據(jù)。在133MHz的主頻下，DDR內(nèi)存帶寬可以達(dá)到133×64b/8×2＝2.1GB/s。

## 3、硬盤、光盤、CF卡、SD卡

4、GPIO原理與結(jié)構(gòu)

GPIO是I/O的最基本形式，它是一組輸入引腳或輸出引腳。有些GPIO引腳能夠加以編程改變工作方向，通常有兩個(gè)控制寄存器：數(shù)據(jù)寄存器和數(shù)據(jù)方向寄存器。數(shù)據(jù)方向寄存器設(shè)置端口的方向。如果將引腳設(shè)置為輸出，那么數(shù)據(jù)寄存器將控制著該引腳狀態(tài)。若將引腳設(shè)置為輸入，則此輸入引腳的狀態(tài)由引腳上的邏輯電路層來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)它的控制。

5、A/D接口

（1）A/D轉(zhuǎn)換器是把電模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的電路。實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換的方法有很多，常用的方法有計(jì)數(shù)法、雙積分法和逐次逼進(jìn)法。

（2）計(jì)數(shù)式A/D轉(zhuǎn)換法

其電路主要部件包括：比較器、計(jì)數(shù)器、D/A轉(zhuǎn)換器和標(biāo)準(zhǔn)電壓源。

其工作原理簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是，有一個(gè)計(jì)數(shù)器，從0開(kāi)始進(jìn)行加1計(jì)數(shù)，每進(jìn)行一次加1，該數(shù)值作為D/A轉(zhuǎn)換器的輸入，其產(chǎn)生一個(gè)比較電壓VO與輸入模擬電壓VIN進(jìn)行比較。如果VO小于VIN則繼續(xù)進(jìn)行加1計(jì)數(shù)，直到VO大于VIN，這時(shí)計(jì)數(shù)器的累加數(shù)值就是A/D轉(zhuǎn)換器的輸出值。

這種轉(zhuǎn)換方式的特點(diǎn)是簡(jiǎn)單，但是速度比較慢，特別是模擬電壓較高時(shí)，轉(zhuǎn)換速度更慢。例如對(duì)于一個(gè)8位A/D轉(zhuǎn)換器，若輸入模擬量為最大值，計(jì)數(shù)器要從0開(kāi)始計(jì)數(shù)到255，做255次D/A轉(zhuǎn)換和電壓比較的工作，才能完成轉(zhuǎn)換。

（3）雙積分式A/D轉(zhuǎn)換法

其電路主要部件包括：積分器、比較器、計(jì)數(shù)器和標(biāo)準(zhǔn)電壓源。

其工作原理是，首先電路對(duì)輸入待測(cè)電壓進(jìn)行固定時(shí)間的積分，然后換為標(biāo)準(zhǔn)電壓進(jìn)行固定斜率的反向積分，反向積分進(jìn)行到一定時(shí)間，便返回起始值。由于使用固定斜率，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)電壓進(jìn)行反向積分的時(shí)間正比于輸入模擬電壓值，輸入模擬電壓越大，反向積分回到起始值的時(shí)間越長(zhǎng)。只要用標(biāo)準(zhǔn)的高頻時(shí)鐘脈沖測(cè)定反向積分花費(fèi)的時(shí)間，就可以得到相應(yīng)于輸入模擬電壓的數(shù)字量，也就完成了A/D轉(zhuǎn)換。

其特點(diǎn)是，具有很強(qiáng)的抗工頻干擾能力，轉(zhuǎn)換精度高，但轉(zhuǎn)換速度慢，通常轉(zhuǎn)換頻率小于10Hz，主要用于數(shù)字式測(cè)試儀表、溫度測(cè)量等方面。

（4）逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換法

其電路主要部件包括：比較器、D/A轉(zhuǎn)換器、逐次逼近寄存器和基準(zhǔn)電壓源。

其工作原理是，實(shí)質(zhì)上就是對(duì)分搜索法，和平時(shí)天平的使用原理一樣。在進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時(shí)，由D/A轉(zhuǎn)換器從高位到低位逐位增加轉(zhuǎn)換位數(shù)，產(chǎn)生不同的輸出電壓，把輸入電壓與輸出電壓進(jìn)行比較而實(shí)現(xiàn)。首先使最高位為1，這相當(dāng)于取出基準(zhǔn)電壓的1/2與輸入電壓比較，如果在輸入電壓小于1/2的基準(zhǔn)電壓，則最高位置0，反之置1。之后，次高位置1，相當(dāng)于在1/2的范圍中再作對(duì)分搜索，以此類推，逐次逼近。

其特點(diǎn)是，速度快，轉(zhuǎn)換精度高，對(duì)N位A/D轉(zhuǎn)換器只需要M個(gè)時(shí)鐘脈沖即可完成，一般可用于測(cè)量幾十到幾百微秒的過(guò)渡過(guò)程的變化，是目前應(yīng)用最普遍的轉(zhuǎn)換方法。

（5）A/D轉(zhuǎn)換的重要指標(biāo)（有可能考一些簡(jiǎn)單的計(jì)算）

A、分辨率：反映A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)輸入微小變化響應(yīng)的能力，通常用數(shù)字輸出最低位（LSB）所對(duì)應(yīng)的模擬電壓的電平值表示。n位A/D轉(zhuǎn)換器能反映1/2n滿量程的模擬輸入電平。

B、量程：所能轉(zhuǎn)換的模擬輸入電壓范圍，分為單極性和雙極性兩種類型。

C、轉(zhuǎn)換時(shí)間：完成一次A/D轉(zhuǎn)換所需要的時(shí)間，其倒數(shù)為轉(zhuǎn)換速率。

D、精度：精度與分辨率是兩個(gè)不同的概念，即使分辨率很高，也可能由于溫漂、線性度等原因使其精度不夠高。精度有絕對(duì)精度和相對(duì)精度兩種表示方法。通常用數(shù)字量的最低有效位LSB的分?jǐn)?shù)值來(lái)表示絕對(duì)精度，用其模擬電壓滿量程的百分比來(lái)表示相對(duì)精度。

例如，滿量程10V，10位A/D芯片，若其絕對(duì)精度為±1/2LSB，則其最小有效位LSB的量化單位為：10/1024＝9.77mv，其絕對(duì)精度為9.77mv/2＝4.88mv，相對(duì)精度為：0.048％。

淡然

機(jī)械工程師可能看不懂，不知道別人怎樣，我是看不懂。

lose2836

只能看看，感覺(jué)實(shí)際操作問(wèn)題很多。前段沒(méi)事玩stm32最小板，GPIO太煩了，感覺(jué)還是看寄存器地址直接來(lái)的比較容易懂。本想改個(gè)智能小車用，后來(lái)發(fā)現(xiàn)，這貨對(duì)于新手來(lái)說(shuō)能力有限。

675452577

好東西
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