第六章32位嵌入式系统常用总线课件.ppt
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1、嵌入式微处理器系统及应用,第六章 32位嵌入式系统常用总线,概述,并行总线,数据线与数据位数相同总线 串行总线,不管数据位数是多少,一般只需要 一根数据线,概述,并行总线 信息的各位数据被同时传送的通信方式 所有数据位同时传送,传送速度快、效率高 有多少数据位就要多少根数据线,硬件成本高数据线越多,相互干扰越大 ,只适合近距离传输(几十厘米到几米范围)EBI,IDE,SCSI,PCI等,概述,串行总线 信息的各位数据按照一定的顺序逐位进行传输的通信方式 每次只能传输一位数据, 传输速率依赖于传输的波特率不论传输多少位数据,都只需要一根数据线,成本低传输距离最远可达上千公里,如光纤通信USB I
2、EEE1394 I2C SPI RS232 CAN LIN等,并行总线,主要内容EBI总线LCD总线,EBI总线,介绍EBI总线主要用于处理器与外部存储器芯片之间进行数据交换根据处理器的不同,数据线宽度有8位,16位,32位,64位等工作速率从0133MHz传输带宽=位宽X速率,最高可达8Gbps,CPU,内存,外设,外设,外设,CPU,CPU,CPU,内存,CPU,内存,CPU,外设,内存,CPU,外设,内存,CPU,外设,外设,内存,CPU,外设,外设,内存,CPU,CPU,CPU,CPU,内存,CPU,内存,CPU,外设,内存,CPU,外设,内存,CPU,外设,外设,内存,CPU,外设,
3、外设,内存,CPU,EBI总线,接口信号EBI总线根据用途可以分为数据总线、地址总线和控制总线,数据总线用D0,D1,D2来表示,地址总线用A0,A1,A2来表示,控制总线则根据各个控制线作用的不同,分别用CS(芯片片选信号)、CKE(时钟使能)、WR(写控制信号)、OE(输出使能)等表示多个外设可以共享地址总线和数据总线,通过不同的CS信号线来选择不同的外设,EBI总线,总线时序读操作,EBI总线,总线时序读操作 发起数据传输的主机首先在总线上发出地址信息,然后使能nGS,选中某个外设,该外设在EXTCLK(外部时钟信号)的同步下读取地址信息;之后主机再将读使能信号nOE拉低,产生读操作信号
4、,此后外设就将对应地址中的数据放在DATA信号线上,主机也在EXTCLK的同步下读取DATA值,从而完成一次读操作,EBI总线,总线时序写操作,EBI总线,总线时序写操作 写操作时主机首先将需要写入数据的地址值从ADDR信号线送出,然后主机使能nGS,选中某个外设,外设在EXTCLK的同步下读取该地址信息。主机再将需要写入的数据放于DATA线上,并使能nWE信号,外设在EXTCLK的同步下从DATA线上读取数据值,并写入到ADDR指定的地址中,并行总线,主要内容EBI总线LCD总线,LCD总线,介绍分为专用接口和总线接口两种专用接口是由处理器对LCD的所有数据点直接进行处理和控制,需要处理器产
5、生LCD所需的时钟和点阵数据。这种接口的优点是所有显示均由处理器控制,使用灵活。缺点对处理器的速度要求比较高总线接口可以将LCD挂接到系统总线(EBI)上,通过外设访问时序,发送控制命令给LCD即可完成显示。其优点是对处理器的性能要求不高,使用方法简单,但是由于LCD集成了显示控制器,所以成本较高,LCD总线,总线信号专用接口信号 专用接口信号一般由数据锁存时钟、数据移位时钟VCLK、帧同步信号VFRAME、LCD驱动信号VM(用于控制某一行是否需要点亮)、以及数据信号VD0-VD7(根据模块的不同,数据线数量会有差别)组成,LCD总线,总线信号专用接口信号一般定义,LCD总线,接口时序专用接
6、口,LCD总线,接口时序专用接口 LCD工作时,先将VFRAME置为高电平,指示LCD一帧数据的开始,然后将VLINE置高电平,开始传送一行新数据,然后再由VCLK将每一位数据同步送到LCD模块进行显示,LCD总线,总线信号总线接口信号 总线接口信号一般由数据命令切换信号RS、读写信号R/W、LCD使能信号E(根据屏的大小可能会有多根使能信号)和数据信号DB0-DB7组成。,LCD总线,总线信号总线接口信号一般定义,LCD总线,接口时序总线接口,LCD总线,接口时序总线接口 LCD工作时,由R/W信号控制读写状态,R/W为高则进行读操作,R/W为低则进行写操作。A0决定当前传送的字节是命令还是
7、数据。写数据操作时首先设置R/W为低电平,再设置A0为高电平,将数据从DB0-DB7送出,然后将使能信号E拉低,数据就写入LCD控制器中。读数据操作时将R/W设置为高电平,A0为高电平,然后将使能信号E拉低,从DB0-DB7上读取LCD送出的数据,串行总线,主要内容SPI总线I2C总线UART接口USB总线I2S音频总线SDIO总线MII(RMII,SMII)总线CAN总线LIN总线,SPI总线,介绍 SPI (Serial Peripheral Interface)总线是一种同步串行外设接口,是Motorola公司开发的一种同步串行接口。 通过SPI总线连接的设备可以同时发送和接收串行数据,
8、它可以使MCU与各种外围设备以串行、同步的方式进行通信以交换信息。 最高工作速率可以到20Mbps左右。,SPI总线,接口信号该接口一般使用4根信号线:串行时钟线(SCK),主机输入/从机输出数据线MISO,主机输出/从机输入数据线MOST,低电平有效的从机选择线SSx(x可为0,1,2),SPI总线,工作时序写时序,SPI总线,工作时序写时序当主机需要对从机进行写入操作时,主机首先将SS信号拉低,选中某个从机,与从机建立通信通道。然后主机通过MOSI发送写命令字节和寄存器地址字节,然后再发送数据字节,数据字节可以是一个或者多个,SPI总线,工作时序读时序,SPI总线,工作时序读时序 当主机需
9、要对从机进行读出操作时,主机首先将SS信号拉低,选中某个从机,与从机建立通信通道。然后主机通过MOSI发送读命令字节和寄存器地址字节,在SCK的驱动下,从机将数据从MISO上送出,直到停止SCK信号为止,串行总线,主要内容SPI总线I2C总线UART接口USB总线I2S音频总线SDIO总线MII(RMII,SMII)总线CAN总线LIN总线,I2C总线,介绍I2C(InterIntegrated Circuit)总线是一种由PHILIPS公司开发的两线式串行总线,用于连接微控制器及其外围设备。I2C总线产生于80年代,最初是为音频和视频设备开发的。I2C总线最主要的优点是其简单性和有效性。由于
10、接口简单,I2C总线占用的空间非常小,减少了电路板的空间需求和芯片引脚的数量,降低了互联成本。I2C总线的另一个优点是,它支持多主机(multimastering)模式,任何能够进行数据发送和接收的设备都可以成为主机。一个主机能够控制总线上信号的传输和时钟频率。当然,在任何一个时间只能有一个设备工作于主机模式。I2C具有完善的总线协议,可以构成多主机系统,在协议软件的支持下可自动地处理总线任何可能的运行状态。I2C总线的工作速率在其最新的2.1版本规范中最高可以达到3.4Mbps,I2C总线,总线信号I2C总线由时钟信号SCL和双向数据信号SDA组成,I2C总线,总线工作原理开始信号 SCL为
11、高电平时,SDA由高电平向低电平跳变,开始传送数据。,I2C总线,总线工作原理结束信号 SCL为低电平时,SDA由低电平向高电平跳变,结束传送数据,I2C总线,总线工作原理总线协议 总线上每次传送开始时有起始信号,结束时有停止信号 启动总线后第一个字节(命令字节)的高7位是从器件的寻址地址,其中最高4位为器件类型识别码,接着的3位为器件地址,第位为方向位(“”表示写操作,“”表示读操作),I2C总线,总线工作原理总线协议 地址字节后面的字节为传输的数据,数据字节可以是1n个,I2C总线,总线工作原理总线协议 每个字节传输完成后,接收方必须发出一个应答位(Acknowledge Bit) ,主机
12、方用于确认接收方是否正确接收总线的数据传输采用最高位(MSB) 在前的方式,I2C总线,总线工作原理数据传输流程主机方需要通信时,首先产生一个起始信号,通知总线上的其他设备即将开始一个通信操作主机然后在SCL的同步下发送一个命令字节,在接收到从机的应答信号后,再发送一个字节的寄存器地址如果是写操作,后续则发送一个或多个字节的待写入数据到从机,直到主机产生一个停止信号,结束本次通信 如果是读操作,则在发送地址字节之后,主机将SDA置为输入状态,在SCL的驱动下,从机将数据送出到SDA上,直至主机产生停止信号,串行总线,主要内容SPI总线I2C总线UART接口USB总线I2S音频总线SDIO总线M
13、II(RMII,SMII)总线CAN总线LIN总线,UART接口,介绍 UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)即通用异步收发器,是嵌入式系统上很常用的一种串行接口,用于异步通信,可以实现全双工数据传输和接收。UART主要用于各种低速数据传输的场合,如控制台、modem等。UART工作于对等模式下,只要通信速率设置正确,UART接口两端的设备都可以自由发送数据。传输速率一般从1200bps到115200bps。根据应用环境的不同,UART接口可以转换为RS232、RS422或者RS485的工业标准与其他设备进行互联,来完成几十米至几公里
14、距离上的数据传输。,UART接口,信号组成 UART接口一般由9个信号组成,包括RD(数据输入)、TD(数据输出)、CTS(允许发送)、RTS(请求发送)、DTR(数据终端就绪)、CD(载波检测)、DSR(数据设备就绪)、RI(振铃指示)和GND(地线),也可以在某些应用场合采用更简单的3线制(只有RD、TD和GND信号)进行数据传输。UART的连接器一般采用9针D型连接器,逻辑图和实物如下图。,UART接口,信号组成DSR,数据设备就绪(Data set ready)。当该信号处于有效(ON)状态,表明MODEM处于可以使用的状态DTR,数据终端就绪(Data Terminal ready)
15、。当该信号处于有效(ON)状态,表明数据终端可以使用 RTS,请求发送(Request to send)。用来表示DTE(数据终端设备)请求DCE(数据通信设备)发送数据,当终端需要发送数据时,使该信号有效(ON状态),向MODEM请求发送。它用来控制MODEM是否要进入发送状态,UART接口,信号组成CTS,允许发送(Clear to send )。用来表示DCE准备好接收DTE发来的数据,是对请求发送信号RTS的响应信号。当MODEM已准备好接收终端传来的数据,并向前发送时,使该信号有效,通知终端开始向发送数据线TxD发送数据。RTS/CTS这对请求应答联络信号用于半双工MODEM系统中发
16、送方式和接收方式之间的切换,在全双工系统中,因配置为双向通道,故不需要RTS/CTS联络信号,可以使其一直保持为高电平,UART接口,信号组成RLSD,接收线信号检出(Received Line detection)。用来表示DCE已接通通信链路,告知DTE准备接收数据。当本地的MODEM收到由通信链路另一端(远地)的MODEM送来的载波信号时,使RLSD信号有效,通知终端准备接收,并且由MODEM将接收下来的载波信号解调成数字数据后,通过接收数据线RxD送到终端。此线也叫做数据载波检测(Data Carrier dectection DCD)线,UART接口,信号组成RI,振铃指示(Ring
17、ing)。当MODEM收到交换台送来的振铃呼叫信号时,使该信号有效(ON状态),通知终端已被呼叫 TxD,发送数据(Transmitted data)。通过TxD线,终端将串行数据发送到MODEM(DTEDCE)RxD,接收数据(Received data)。通过RxD线,终端接收从MODEM发来的串行数据(DCEDTE),UART接口,工作原理 UART工作采用异步模式,数据位可以设置为8位、9位和10位三种,停止位分为1位、1.5位和2位三种。因为没有时钟信号,所以需要双方约定好通信的格式和速率才能进行通信。接收方定时检查信号线上的电平变化来确定当前传输的数据位,从而接收完整的数据帧。在没
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- 第六 32 嵌入式 系统 常用 总线 课件
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