44通用io接口的设计

44通用io接口的设计内容摘要：

39 2） 常用的调试方法 • 指令集模拟器 一种利用 PC机端的仿真开发软件模拟调试的方法。 • JTAG仿真器 通过 ARM芯片的 JTAG边界扫描口与 ARM核进行通信，不占用目标板的资源，是目前使用最广泛的调试手段。 • 实时在线硬件仿真器 ICE 使用仿真头代替目标板上的 CPU，可以完全仿真 ARM芯片的行为。 但结构较复杂，价格较贵，通常用于 ARM硬件开发中。 40 ARM JTAG仿真调试连接图 41 ARM JTAG Emulator 实时仿真器 42 支持程序下载及实时调试：支持实时硬件断点；可通过JTAG修改寄存器、存储器内容。 JTAG接口：支持 14针或 20针 JTAG接头。 支持 EPP增强型并口：下载速度可达 130KB/s。 JTAG时钟速率可调：最大可达 10MHz；可满足多种用户需要。 支持所有符合 ：SDT、 ADS 支持多种操作系统： Microsoft Windows 95/98/NT/2020/Me/XP X86 Red Hat Linux 独立的直流 5V供电：不会影响目标板供电系统；兼容不同电压的目标板。 支持通过网络连接使用；支持多内核系统 （ 1） ARM JTAG Emulator 特点 43 仿真开发工具 44 （ 3）建立开发环境 搭建硬件平台 连接好目标板电源，将 ARM JTAG的一端与开发主机并口连接，另一端接与目标板的 JTAG接口。 安装集成开发环境 如 ADS 安装 ARM JTAG驱动程序 45 例：嵌入式系统的开发与调试 模式 发射器项目设备按 钮目标服务器编 译 器调 试 程 序命 名 解 释 外 壳系 统 浏 览 器目 标 浏 览 器逻 辑 分 析 仪C + + 类第 三 方 工 具模 拟 环 境 V x S i m图 形 连 通 性J a v a 嵌 入 式 因 特 网多 处 理 器 内 存 保 护实 时 嵌 入 式 系 统w i n d M i c r o k e r n e l文 件 系 统 T C P / I PB S P调 试 代 理目 标V x W o r k s 提 供 的 支 持V x W o r k s C o r e O S主 机T o r n a d o 插 件以 太 网串 行 线片 上 调 试客 户46 （ 4） JTAG调试原理 Angel JTAG 47 • 宿主机调试器通过固定的协议控制下位机（协议转换器）。 宿主机调试器只发送宏观的命令，比如： 程序运行、终止；读些内存、 ARM寄存器等。 通讯的介质可以是串口、并口、以太网、 USB等。 调试手段可采用如下两种方式。 • JTAG调试：协议转换器解释上位机传送过来的命令，通过 JTAG控制 ARM执行。 • Angel调试：协议转换器可以直接做为目标板的一部分。 直接执行从宿主机传送过来的调试命令；并回送相应的数据。 • Angel可以节省专门的 JTAG仿真器，但是，它需要软件，或者是嵌入式操作系统的支持，做不到完全的实时仿真。 而 JTAG仿真是通过硬件和控制 ARM的 Embedded ICE实现的，可以做到实时仿真。 48 • 在调试目标系统时，首先要通过一定的方式使目标系统进入调试状态。 在调试状态下就可以完成各种调试功能，例如查看处理器状态、查看和修改存储器内容等。 ARM7TDMI可以通过下面的方式进入调试状态： • 通过设置程序断点（ breakpoint）； • 通过设置数据断点（ watchpoint）； • 相应外部请求进入调试状态； • 在目标程序中特定的位置设置断点后，当该位置处的指令进入指令流水线时， ARM7TDMI内核将该指令表示为断点指令。 当程序执行到断点指令时，处理器进入调试状态，此时断点指令还没有被执行。 这时，用户就可以执行需要的调试功能。 例如，查看处理器状态、查看和修改处理器内容等。 49 3） JTAG（ 14针）接口电路图 50 A/D转换接口 • 模数转换器（ ADC或 A/D）将模拟信号转为数字信号，而数模转换器（ DAC或 D/A）正好相反。 这些转换对嵌入式系统而言是必要的，因为嵌入式系统要处理数字值，而系统所处环境中一般有很多模拟信号。 模拟信号是具有连续值的信号，例如温度或速度，其可能值有无限多；数字信号是具有离散值的信号，例如整数，在计算系统中，数字信号可以用二进制编码表示。 有了模拟信号和数字信号之间的转换，就可以将数字处理器用于模拟环境中。 51 • 例如 S3C440BX芯片内部就自带一个８路 A/D转换器，其内部由 8通道多路复用模拟输入端、自动调零比较器、时钟发生器、 10位连续寄存器和输出寄存器组成。 该转换器是属于逐次逼近 SAR型的，可以通过软件设置为 Sleep摸式，可以节电减少功率损失。 最大转换率为 100Ksps；输入电压范围 ；分辨率 10位；输入带宽0100HZ（无采样 /保持电路 ）。 􀂄 • ARM芯片与 A/D功能有关的引脚： AIN[7:0]为 8路摸拟采集通道 ,ADC的模拟输入； AREFT为参考正电压， AREFB为参考负电压， AVCOM为摸拟公共参考电压。 52 A/D内部结构图 数 据 总 线A D C I N T中 断逻 辑逐 次 逼 近寄 存 器A D 结 果寄 存 器控 制 逻 辑P S R 预 分 频 器D / A 转 换器C O M P+比 较 器M C L KA I N 7 08V c o m1 0模 拟 转换 开 关A M U XVA D/A 53 • 逐次逼近型（也称逐位比较式）的 A/D转换器，主要由逐次逼近寄存器 SAR、 D/A转换器、比较器以及时序和控制逻辑等部分组成。 它的实质是逐次把设定的 SAR寄存器中的数字量经 D/A转换后得到电压 Vc,与待转换模拟电压 Vx进行比较。 比较时，先从 SAR的最高位开始，逐次确定各位的数码应是 “ 1”还是 “ 0”，其工作过程如下： • 转换前，先将 SAR寄存器各位清零。 转换开始时，控制逻辑电路先设定 SAR寄存器的最高位为 “ 1”，其余位为 “ 0”，此试探值经D/A转换成电压 Vc，然后将 Vc与模拟输入电压 Vx比较。 如果Vx≥Vc ，说明 SAR最高位的 “ 1”应予保留；如果 VxVc，说明 SAR该位应予清零。 然后再对 SAR寄存器的次高位置 “ 1”，依上述方法进行 D/A转换和比较。 如此重复上述过程，直至确定 SAR寄存器的最低位为止。 此过程结束后，状态线改变状态，表明已完成一次转换。 最后，逐次逼近寄存器 SAR中的内容就是与输入模拟量 V相对应的二进制数字量。 显然 A/D转换器的位数 N决定于 SAR的位数和 D/A的位数。 转换结果能否准确逼近模拟信号，主要取决于SAR和 D/A的位数。 位数越多，越能准确逼近模拟量，但转换所需的时间也越长。 54 人机交互接口 • 为了使嵌入式系统具有友好的人机接口，需要给嵌入式系统配置显示装置，如LCD显示器以及必要的声响提示等。 另外，要进行人机交互，还得由输入装置，使用户可以对嵌入式系统发出命令或输入必要的参数等。 输入设备如 键盘、触摸屏等。 55 显示器与其接口电路 • 1）液晶显示器（ LCD） • 液晶显示器（ LCD， Liquid Crystal Display）是一种低成本、低功率的器件，可显示文字和图像。 LCD在嵌入式系统中极为常见，因为嵌入式系统通常没有象台式系统那样配备标准的显示器。 LCD也可以用于很多常见的设备，如手表、传真机、复印机以及计算器。 • LCD有很多种类，其中一种是反射式 LCD，其基本原理是，首先入射光线通过一个偏极化板，接着偏极化的光遇到液晶材料，如果激活液晶材料的部分区域，则LCD材料的分子整齐排列，使偏极化光能穿过 LCD材料，否则光线无法通过，最后通过液晶材料的光线碰到一面镜子而反射回来，因此激活的部分区域亮起来。 另一种LCD是吸收式 LCD，其工作原理类似，但使用黑色表面而没有使用镜子，该黑色表面在激活区域下面，可以吸收光线，因而显得比其它区域暗。 56 • 点阵式 LCD由点的矩阵构成，可以显示文字字符（字母和数字）以及其他符号，常见的点阵 LCD用 5行 8列的点表示一个字符， LCD驱动器将输入数据转换为激发相应的点所需的电信号。 • 液晶显示的原理是液晶在不同电压的作用下会有不同的光特性。 一类是无源 Passive的，这类液晶本身不发光，因而需要有外部提供光源，根据光源的位置又可以进一步分成反射式和透射式两种。 Passive液晶显示的成本较低，但有效视角较小，色彩也不够鲜艳。 另一类是有源的，主要是 TFT(一般在 5英寸以上的 LCD）。 TFT是薄膜晶体管 Thin Film Transitor的缩写，每个液晶实际上就是一个可以发光的晶体管，所以严格的说并不是液晶。 液晶显示屏就是有许多液晶排列成阵列而构成的。 • 在单色液晶显示屏中，一个液晶就是一个象素，而在彩色液晶屏中则每个象素由 R红、 G绿和 B兰三个液晶共同组成。 57 同时也可以认为每个象素背后都有一个 8位的寄存器，寄存器的值决定着三个液晶单元各自的亮度。 有些情况下寄存器的值并不直接驱动 RGB三个液晶单元的亮度，而是通过一个调色板技术来访问，发出真彩色的效果。 在实际现实中如果要为每个象素都配备寄存器是不现实的，实际上只配备了一行的寄存器，而这些寄存器依次轮流连接到每一行象素并装入该行的内容，使每一行象素都暂短的受到驱动，这样周而复始将所有的象素行都驱动一遍就显示一个完整的画面。 一般为了使人不感到闪烁，一秒钟要重复显示数十帧。 LCB一般采用并行传输。 58 • CPU与 LCD显示屏之间的数据传输很频繁，完全由 CPU通过程序直接驱动显然不合适，需要有硬件自动的加以驱动控制以减轻 CPU的负担。 • LCD的驱动控制通常由两种方式，一种是 LCD显示屏后边有印刷板并在板上带有驱动芯片的 LCD模块。 • 另一种是如果有需要，也可以直接使用微处理器芯片上的内置 LCD控制器来构造显示模块，它可以支持彩色/灰度 /单色三种模式，灰度模式下可支持 4级灰度和 16级灰度，彩色模式下最多支持 256色， LCD的实际尺寸可支持到 320X240。 比如： PXA270处理器，带有 LCD控制器，显示缓存和系统内存公用。 可以支持 STN（彩色 /灰度）和 TFT两种模式的 LCD TFT模式下最多支持 18位色， 800x600分辨率。 59 60 在常用的嵌入式 LCD屏幕上实现图像和字符的显示具体步骤如下： 首先在程序中配置微处理器 GPIO的寄存器 ， 将与 LCD连接的引脚定义为所需的功能；将帧描述符定义在 SDRAM里 ， 在 DMAC被初始化后供 DMAC提取；配置 LCD控制器的各寄存器；最后建立 LCD屏幕上的每一象素与帧缓冲区对应位置的映射关系 ， 将字符位图转换成字符矩阵数据 ， 并且写入到帧缓冲器 （ 也成为显存 ） 里。 显存中的每一个单元对应 LCD上的一个点 ， 只要显存中的内容改变 ， 显示结果便进行刷新。 显示屏可以以单色或彩色显示 ， 单色用 1位来表示 ，彩色可以用 8位 （ 256色 ） 或 16位 、 24位表示其颜色。 屏幕的大小和显示模式这些因素会影响显存的大小。 61 • 显存通常是从内存空间分配所得，并且它是由连续的字节空间组成，而屏幕的显示操作总是从左到右逐点象素扫描，从上到下逐行扫描，直到右下角，然后再折返到左上角。 而显存里的数据则是按地址递增的顺序被提取，当显存里的最后一个字节被提取后，再返回显存的首地址。 • 计算机反映自然界的颜色是通过 RGB值来表示的，如果要在屏幕某一点显示某种颜色，则必须在显存里给出相应每一个象素的 RGB值。 其实现方法有直接从显存中得到和间接得到两种方式。 直接得到是指在显存里存放有象素对应的 RGB值，通过将该 RGB值传输到显示屏上而令屏幕显示。 间接得到方式是指显存中存放的并不是 RGB值，而是调色板的索引值，调色板里存放的才是 RGB值，然后再发送到显示屏上。 62 • 在显存与显示器之间还需要有 LCD控制器负责完成从现存提取数据，进行处理并传输到屏幕上。 例如 PXA255微处理器内部集成有 LCD控制器，它提供了一个从微处理器到 Passive(STN)或Active(TFT)显示屏的接口。 • LCD控制器由 LCD DMAC,输入输出 FIFO，内部调色板和寄存器组组成。 • 当接 Passive(STN)显示屏，。