嵌入式系统常用接口_工学_高等教育_教育专区

根据数据的通信形式，嵌入式系统接口可以分为串行数据传输接口和并行数据传输接口两种形式。

串行数据传输接口又分为数字数据传输接口和模拟数据传输接口两种形式，即通过数据线上的信号形式来进行划分，目前使用的大多数串行数据传输接口均为数字式。

串行数字数据传输接口又有单极性/双极性、差分/非差分、同步/异步、全双工/半双工、归零/非归零之分；模拟数据传输接口又有幅值键控ASK（Amplitude-Shift Keying）、频移键控FSK （Frequency-Shift Keying）、相移键控PSK（Phase-Shift Keying）之分。

单极性/双极性是指数据线传输数据时的电平情况，差分信号传输则需要两根数据线，两根数据线上的电平完全相反，当有外部干扰信号时，仍然能够通过两个电平完全相反的信号得到正确的数据，因此差分数据传输能够有效地抵制干扰，提高数据传输的距离。

同步/异步是指收发双方是否需要同步时钟信号。

全双工/半双工是针对接收与发送能否同时完成而言，能够同时收发的就是全双工形式，否则就是半双工形式。

要实现全双工串行数据收发需要收发各一路信号，而半双工收发数据可以共用一路信号。

归零是指每一位二进制信息传输后均返回到零电平。

根据以上介绍，很容易对常见的串行接口进行划分。

如UART RS-232-C接口是双极性、非归零、全双工异步串行接口。

I2C、JTAG、1-Wire接口是单极性、非归零、半双工串行接口。

USB、1394、RS-485、CAN、EMAC等接口是非归零、差分串行接口。

对更详细的分类感兴趣的读者可以自己归纳总结。

从实现的功能上接口类型还可以分为人机通信接口、工业板卡接口、现场总线接口等多种形式。

常见的嵌入式接口及其类型划分如图7-1所示。

7.2 嵌入式系统的电平匹配由于外部设备种类丰富，当外部设备与微处理器之间通过接口进行连接时往往存在接口类型匹配、电平匹配、通信速度匹配、数据格式匹配等一系列匹配问题。

嵌入式开发基础知识uartUART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，通用异步收发器）是嵌入式系统中常用的串行通信接口之一。

它是一种简单、可靠、成本低廉的通信方式，广泛应用于各种嵌入式设备中。

UART接口主要用于实现设备之间的数据通信。

在嵌入式系统中，各个硬件模块或外设通常需要与主控芯片进行数据交换，UART接口就是实现这种交换的桥梁。

它通过串行传输方式，将数据按位发送或接收，并且通过定时机制保证数据的可靠传输。

UART接口通常由两个信号线组成：一个是传输线TX（Transmit），用于发送数据；另一个是接收线RX（Receive），用于接收数据。

这两个信号线通过电压的高低来表示数据的0和1，形成一种简单的二进制通信方式。

UART通信是一种异步通信方式，意味着发送和接收双方的时钟不同步。

为了确保数据的正确传输，UART接口需要在数据传输之前约定好一些参数，包括波特率（Baud Rate）、数据位数、校验位和停止位等。

波特率是UART通信中最重要的参数之一，它表示数据传输的速率。

常见的波特率有9600、115200等，可以根据实际需求进行设置。

发送方和接收方的波特率必须一致，否则数据将无法正确传输。

数据位数表示每个数据字节中的位数，通常为8位。

校验位用于检测数据传输过程中的错误，常见的校验方式有奇偶校验和无校验。

停止位用于表示一个数据字节的结束，通常为1位。

在使用UART接口进行数据通信时，发送方将数据按照一定的格式发送到传输线上，接收方根据约定好的参数对传输线上的数据进行解析和处理。

由于UART是一种点对点的通信方式，所以在多个设备之间进行通信时，通常需要使用多个UART接口。

除了基本的数据传输功能，UART接口还可以实现其他功能，如流控制。

流控制用于解决发送方和接收方之间数据传输速率不匹配的问题，常见的流控制方式有硬件流控和软件流控。

硬件流控是通过额外的信号线来控制数据的传输，常见的硬件流控信号有RTS（Request to Send）和CTS（Clear to Send）。

史上最详细！嵌入式系统知识和接口技术总结1什么是嵌入式IEEE（Institute of Electrical and Electronics Engineers，美国电气和电子工程师协会）对嵌入式系统的定义：“用于控制、监视或者辅助操作机器和设备的装置”。

原文为：Devices Used to Control，Monitor or Assist the Operation of Equipment，Machinery or Plants）。

嵌入式系统是一种专用的计算机系统，作为装置或设备的一部分。

通常，嵌入式系统是一个控制程序存储在ROM中的嵌入式处理器控制板。

事实上，所有带有数字接口的设备，如手表、微波炉、录像机、汽车等，都使用嵌入式系统，有些嵌入式系统还包含操作系统，但大多数嵌入式系统都是由单个程序实现整个控制逻辑。

从应用对象上加以定义，嵌入式系统是软件和硬件的综合体，还可以涵盖机械等附属装置。

国内普遍认同的嵌入式系统定义为：以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等严格要求的专用计算机系统。

一个嵌入式系统装置一般都由嵌入式计算机系统和执行装置组成,嵌入式计算机系统是整个嵌入式系统的核心，由硬件层、中间层、系统软件层和应用软件层组成。

执行装置也称为被控对象，它可以接受嵌入式计算机系统发出的控制命令，执行所规定的操作或任务。

执行装置可以很简单，如手机上的一个微小型的电机，当手机处于震动接收状态时打开；也可以很复杂，如SONY 智能机器狗，上面集成了多个微小型控制电机和多种传感器，从而可以执行各种复杂的动作和感受各种状态信息。

2嵌入式系统的组成一、硬件层硬件层中包含嵌入式微处理器、存储器（SDRAM、ROM、Flash等）、通用设备接口和I/O接口（A/D、D/A、I/O等）。

在一嵌入式处理器基础上添加电源电路、时钟电路和存储器电路，就构成了一个嵌入式核心控制模块。

嵌入式培训：嵌入式系统基础（接口）1、USB接口（1）USB总线的主要特点：A、使用简单，即插即用。

B、每个USB系统中都有主机，这个USB网络中最多可以连接127个设备。

C、应用范围广，支持多个设备同时操作。

D、低成本的电缆和连接器，使用统一的4引脚插头。

E、较强的纠错能力。

F、较低的协议开销带来了高的总线性能，且适合于低成本外设的开发。

G、支持主机与设备之间的多数据流和多消息流传输，且支持同步和异步传输类型。

H、总线供电，能为设备提供5V/100mA的供电。

（2）USB系统由3部分来描述：USB主机、USB设备和USB互连。

（3）USB总线支持的数据传输率有3种：高速信令位传输率为480Mb/s；全速信令位传输率为12Mb/s；全速信令位传输率为1.5Mb/s。

（4）USB总线电缆有4根线：一对双绞信号线和一对电源线。

（5）USB是一种查询总线，由主控制器启动所有的数据传输。

USB上所挂接的外设通过由主机调度的、基于令牌的协议来共享USB带宽。

（6）大部分总线事务涉及3个包的传输：A、令牌包：指示总线上要执行什么事务，欲寻址的USB设备及数据传送方向。

B、数据包：传输数据或指示它没有数据要传输。

C、握手包：指示传输是否成功。

（7）主机与设备端点之间的USB数据传输模型被称作管道。

管道有两种类型：流和消息。

消息数据具有USB定义的结构，而数据流没有。

（8）事务调度表允许对某些流管道进行流量控制，在硬件级，通过使用NAK（否认）握手信号来调节数据传输率，以防止缓冲区上溢或下溢产生。

（9）USB设备最大的特点是即插即用。

（10）工作原理：USB设备插入USB端点时，主机都通过默认地址0与设备的端点0进行通信。

在这个过程中，主机发出一系列试图得到描述符的标准请求，通过这些请求，主机得到所有感兴趣的设备信息，从而知道了设备的情况以及该如何与设备通信。

随后主机通过发出Set Address请求为设备设置一个唯一的地址。

基础知识：嵌入式系统之常用接口技术(转）2010-11-25 09:21一、引言嵌入式系统的硬件除了核心的微处理器之外就是外围器件和接口。

接口技术在嵌入式系统设计处于如此重要的位置，是嵌入式系统设计师硬件部分的重要考试范围。

目前嵌入式系统中的接口五花百门，每个接口都可以写成一本厚厚的书。

面对内容如此之多，范围如此之广的考试部分，应该怎么样去复习呢？我的指导思想是，把握好每种接口技术的最基本概念，理解透每个接口的最基本工作原理，从历年考题中提炼出常考知识点，重点进行复习，这样足以应付考试了。

是不是这样就要通过真题考试来验证了，让我们期待吧。

二、接口技术汇总1. Flash存储器（1）Flash存储器是一种非易失性存储器，根据结构的不同可以将其分为NOR Flash和NAND Flash两种。

（2）Flash存储器的特点：∙A、区块结构：在物理上分成若干个区块，区块之间相互独立。

∙B、先擦后写：Flash的写操作只能将数据位从1写成0，不能从0写成1，所以在对存储器进行写入之前必须先执行擦除操作，将预写入的数据位初始化为1。

擦除操作的最小单位是一个区块，而不是单个字节。

∙C、操作指令：执行写操作，它必须输入一串特殊指令（NOR Flash）或者完成一段时序（NAND Flash）才能将数据写入。

∙D、位反转：由于Flash的固有特性，在读写过程中偶尔会产生一位或几位的数据错误。

位反转无法避免，只能通过其他手段对结果进行事后处理。

∙E、坏块：区块一旦损坏，将无法进行修复。

对已损坏的区块操作其结果不可预测。

（3）NOR Flash的特点：应用程序可以直接在闪存内运行，不需要再把代码读到系统RAM中运行。

NOR Flash的传输效率很高，在1MB~4MB的小容量时具有很高的成本效益，但是很低的写入和擦除速度大大影响了它的性能。

（4）NAND Flash的特点：能够提高极高的密度单元，可以达到高存储密度，并且写入和擦除的速度也很快，这也是为何所有的U盘都使用NAND Flash作为存储介质的原因。

1．嵌入式模块接口目前嵌入式系统中常用的通用设备接口有I/O接口,有RS-232接口（串行通信接口）、Ethernet（以太网接口）、USB（通用串行总线接口）、I2C（现场总线）、I2S、SPI（串行外围设备接口）、LVDS、JTAG、PCI、HPI、camera link等。

1.1 I/O接口CPU与外部设备、存储器的连接和数据交换都需要通过接口设备来实现，前者被称为I/O接口，而后者则被称为存储器接口。

I/O接口的功能是负责实现CPU通过系统总线把I/O电路和外围设备联系在一起，按照电路和设备的复杂程度，I/O接口的硬件主要分为两大类：（1）I/O接口芯片这些芯片大都是集成电路，通过CPU输入不同的命令和参数，并控制相关的I/O电路和简单的外设作相应的操作，常见的接口芯片如定时/计数器、中断控制器、DMA控制器、并行接口等。

（2）I/O接口控制卡有若干个集成电路按一定的逻辑组成为一个部件，或者直接与CPU同在主板上，或是一个插件插在系统总线插槽上。

按照接口的连接对象来分，又可以将他们分为串行接口、并行接口、键盘接口和磁盘接口等.1.2 以太网接口以太网一般分为十兆、百兆、千兆以太网：1.2.1 传统以太网接口符合10Base-T物理层规范，工作速率为10Mbit/s，有全双工和半双工两种工作方式。

1.2.2 快速以太网接口符合100Base-TX物理层规范，兼容10Base-T物理层规范，可以在10Mbit/s、100Mbit/s两种速率下工作，有半双工和全双工两种工作方式。

它具有自动协商模式，可以与其它网络设备协商确定工作方式和速率，自动选择最合适的工作方式和速率，从而可以大大简化系统的配置和管理。

传统以太网接口的配置与快速以太网接口的配置基本相同，但前者配置简单，配置项较少。

1.2.3 千兆以太网技术作为最新的高速以太网技术，给用户带来了提高核心网络的有效解决方案，这种解决方案的最大优点是继承了传统以太技术价格便宜的优点。

嵌入式系统设计中常用的总线和接口任何一个微处理器都要与一定数量的部件和外围设备连接，但如果将各部件和每一种外围设备都分别用一组线路与CPU直接连接，那么连线将会错综复杂，甚至难以实现。

为了简化硬件电路设计、简化系统结构，常用一组线路，配置以适当的接口电路，与各部件和外围设备连接，这组共用的连接线路被称为总线。

采用总线结构便于部件和设备的扩充，尤其制定了统一的总线标准则容易使不同设备间实现互连。

微机中总线一般有内部总线、系统总线和外部总线。

（1）、内部总线是微机内部各外围芯片与处理器之间的总线，用于芯片一级的互连；（2）、系统总线是微机中各插件板与系统板之间的总线，用于插件板一级的互连；（3）、外部总线则是微机和外部设备之间的总线，微机作为一种设备，通过该总线和其他设备进行信息与数据交换，它用于设备一级的互连。

另外，从广义上说，计算机通信方式可以分为并行通信和串行通信，相应的通信总线被称为并行总线和串行总线。

并行通信速度快、实时性好，但由于占用的口线多，不适于小型化产品；而串行通信速率虽低，但在数据通信吞吐量不是很大的微处理电路中则显得更加简易、方便、灵活。

串行通信一般可分为异步模式和同步模式。

随着微电子技术和计算机技术的发展，总线技术也在不断地发展和完善，而使计算机总线技术种类繁多，各具特色。

下面仅对微机各类总线中目前比较流行的总线技术分别加以介绍。

一、内部总线1．I2C总线I2C（Inter-IC）总线10多年前由Philips公司推出，是近年来在微电子通信控制领域广泛采用的一种新型总线标准。

它是同步通信的一种特殊形式，具有接口线少，控制方式简化，器件封装形式小，通信速率较高等优点。

在主从通信中，可以有多个I2C总线器件同时接到I2C总线上，通过地址来识别通信对象。

2．SPI总线串行外围设备接口SPI（serial peripheral interface）总线技术是Motorola公司推出的一种同。