學(xué)習嵌入式必讀：嵌入式系統基礎及知識及接口技術(shù)總結

　　8、顯示接口

　　(1)LCD的基本原理是，通過(guò)給不同的液晶單元供電，控制其光線(xiàn)的通過(guò)與否，從而達到顯示的目的。

　　(2)LCD的光源提供方式有兩種：投射式和反射式。筆記本電腦的LCD顯示器為投射式，屏的背后有一個(gè)光源，因此外界環(huán)境可以不需要光源。一般微控制器上使用的LCD為反射式，需要外界提供電源，靠反射光來(lái)工作。電致發(fā)光(EL)是液晶屏提供光源的一種方式。

　　(3)按照液晶驅動(dòng)方式分類(lèi)，常見(jiàn)的LCD可以分為三類(lèi)：扭轉向列類(lèi)(TN)、超扭曲向列型(STN)和薄膜晶體管型(TFT)。

　　(4)市面上出售的LCD有兩種類(lèi)型：帶有驅動(dòng)電路的LCD顯示模塊，只要總線(xiàn)方式驅動(dòng);沒(méi)有驅動(dòng)電路的LCD顯示器，使用控制器掃描方式。

　　(5)通常，LCD控制器工作的時(shí)候，通過(guò)DMA請求總線(xiàn)，直接通過(guò)SDRAM控制器讀取SDRAM中指定地址(顯示緩沖區)的數據，此數據經(jīng)過(guò)LCD控制器轉換成液晶屏掃描數據格式，直接驅動(dòng)液晶顯示器。

　　(6)VGA接口本質(zhì)上是一個(gè)模擬接口，一般都采用統一的15引腳接口，包括2個(gè)NC信號、3根顯示器數據總線(xiàn)、5個(gè)GND信號、3個(gè)RGB色彩分量、1個(gè)行同步信號和1個(gè)場(chǎng)同步信號。其色彩分量采用的電平標準為EIA定義的RS343標準。

　　9、觸摸屏接口

　　(1)按工作原理分，觸摸屏可以分為：表面聲波屏、電容屏、電阻屏和紅外屏幾種。

　　(2)觸摸屏的控制采用專(zhuān)業(yè)芯片，例如ADS7843。

　　10、音頻接口

　　(1)基本原理：麥克風(fēng)輸入的數據經(jīng)音頻編解碼器解碼完成A/D轉換，解碼后的音頻數據通過(guò)音頻控制器送入DSP或CPU進(jìn)行相應的處理，然后數據經(jīng)音頻控制器發(fā)送給音頻編碼器，經(jīng)編碼D/A轉換后由揚聲器輸出。

　　(2)數字音頻的格式有多種，最常用的是下面三種：

　　A、采用數字音頻(PCM)：是CD或DVD采用的數據格式。其采樣頻率為44.1kHz。精度為16位時(shí)，PCM音頻數據速率為1.41Mb/s;精度為32位時(shí)為2.42 Mb/s。一張700MB的CD可以保存大約60分鐘的16位PCM數據格式的音樂(lè )。

　　B、MPEG層3音頻(MP3)：MP3播放器采用的音頻格式。立體聲MP3數據速率為112kb/s至128kb/s。

　　C、ATSC數字音頻壓縮標準(AC3)：數字TV、HDTV和電影數字音頻編碼標準，立體聲AC3編碼后的數據速率為192kb/s。

　　(3)IIS是音頻數據的編碼或解碼常用的串行音頻數字接口。IIS總線(xiàn)只處理聲音數據，其他控制信號等則需要單獨傳輸。IIS使用了3根串行總線(xiàn)：數據線(xiàn)SD、字段選擇線(xiàn)WS、時(shí)鐘信號線(xiàn)SCK。

　　(4)當接收方和發(fā)送方的數據字段寬度不一樣時(shí)，發(fā)送方不考慮接收方的數據字段寬度。如果發(fā)送方發(fā)送的數據字段小于系統字段寬度，就在低位補0;如果發(fā)送方的數據寬度大于接收方的寬度，則超過(guò)LSB的部分被截斷。字段選擇WS用來(lái)選擇左右聲道，WS=0表示選擇左聲道;WS=1表示選擇右聲道。此外，WS能讓接收設備存儲前一個(gè)字節，并準備接收下一個(gè)字節。

　　11、串行接口

　　(1)串行通信是指，使數據一位一位地進(jìn)行傳輸而實(shí)現的通信。與并行通信相比，串行通信具有傳輸線(xiàn)少、成本低等優(yōu)點(diǎn)，特別適合遠距離傳送;缺點(diǎn)使速度慢。

　　(2)串行數據傳送有3種基本的通信模式：?jiǎn)喂?、半雙工、全雙工。

　　(3)串行通信在信息格式上可以分為2種方式：同步通信和異步通信。

　　A、異步傳輸：把每個(gè)字符當作獨立的信息來(lái)傳輸，并按照一固定且預定的時(shí)序傳送，但在字符之間卻取決于字符與字符的任意時(shí)序。異步通信時(shí)，字符是一幀一幀傳送的，每幀字符的傳送靠起始位來(lái)同步。一幀數據的各個(gè)代碼間間隔是固定的，而相鄰兩幀數據其時(shí)間間隔是不固定的。

　　B、同步傳輸：同步方式不僅在字符之間是同步的，而且在字符與字符之間的時(shí)序仍然是同步的，即同步方式是將許多字符******成一字符塊后，在每塊信息之前要加上1～2個(gè)同步字符，字符塊之后再加入適當的錯誤檢測數據才傳送出去。

　　(4)異步通信必須遵循3項規定：

　　A、字符格式：起始位+數據+校驗位+停止位(檢驗位可無(wú))，低位先傳送。

　　B、波特率：每秒傳送的位數。

　　C、校驗位：奇偶檢驗。

　　a、奇校驗：要使字符加上校驗位有奇數個(gè)“1”。

　　b、偶檢驗：要使字符加上校驗位有偶數個(gè)“1”。

　　(5)RS-232C的電氣特性：負邏輯。

　　A、在TxD和RxD上：邏輯1為-3V～-15V，邏輯0為3V～15V。

　　B、在TES、CTS、DTR、DCD等控制線(xiàn)上：

　　信號有效(ON狀態(tài))為3V～15V

　　信號無(wú)效(OFF狀態(tài))為-3V～-15V

　　(6)TTL標準與RS-232C標準之間的電平轉換利用集成芯片RS232實(shí)現。

　　(7)RS-422串行通信接口

　　A、RS-422是一種單機發(fā)送、多機接收的單向、平衡傳輸規范，傳輸速率可達10Mb/s。

　　B、RS-422采用差分傳輸方式，也稱(chēng)做平衡傳輸，使用一對雙絞線(xiàn)。

　　C、RS-422需要一終端電阻，要求其阻值約等于傳輸電纜的特性阻抗。

　　(8)RS-485串行總線(xiàn)接口

　　A、RS-485是在RS-422的基礎上建立的標準，增加了多點(diǎn)、雙向通信能力，通信距離可為幾十米到上千米。

　　B、RS-485收發(fā)器采用平衡發(fā)送和差分接收，具有抑制共模干擾的能力。

　　C、RS-485需要兩個(gè)終端電阻。在近距離(300m一下)傳輸可不需要終端電阻。

　　12、并行接口

　　(1)并行接口的數據傳輸率比串行接口快8倍，標準并行接口的數據傳輸率為1Mb/s，一般用來(lái)連接打印機、掃描儀等，所以又稱(chēng)打印口。

　　(2)并行接口可以分為SPP(標準并口)、EPP(增強型并口)和ECP(擴展型并口)。

　　(3)并行總線(xiàn)分為標準和非標準兩類(lèi)。常用的并行標準總線(xiàn)有IEEE 488總線(xiàn)和ANSI SCSI總線(xiàn)。MXI總線(xiàn)是一種高性能非標準的通用多用戶(hù)并行總線(xiàn)。

　　13、PCI接口

　　(1)PCI總線(xiàn)是地址、數據多路復用的高性能32位和64位總線(xiàn)，是微處理器與外圍控制部件、外圍附加板之間的互連機構。

　　(2)從數據寬度上看，PCI定義了32位數據總線(xiàn)，且可擴展為64位。從總線(xiàn)速度上分，有33MHz和66MHz兩種。

　　(3)與ISA總線(xiàn)相比，PCI總線(xiàn)的地址總線(xiàn)與數據總線(xiàn)分時(shí)復用，支持即插即用、中斷共享等功能。

　　14、USB接口

　　(1)USB總線(xiàn)的主要特點(diǎn)：

　　A、使用簡(jiǎn)單，即插即用。

　　B、每個(gè)USB系統中都有主機，這個(gè)USB網(wǎng)絡(luò )中最多可以連接127個(gè)設備。

　　C、應用范圍廣，支持多個(gè)設備同時(shí)操作。

　　D、低成本的電纜和連接器，使用統一的4引腳插頭。

　　E、較強的糾錯能力。

　　F、較低的協(xié)議開(kāi)銷(xiāo)帶來(lái)了高的總線(xiàn)性能，且適合于低成本外設的開(kāi)發(fā)。

　　G、支持主機與設備之間的多數據流和多消息流傳輸，且支持同步和異步傳輸類(lèi)型。

　　H、總線(xiàn)供電，能為設備提供5V/100mA的供電。

　　(2)USB系統由3部分來(lái)描述：USB主機、USB設備和USB互連。

　　(3)USB總線(xiàn)支持的數據傳輸率有3種：高速信令位傳輸率為480Mb/s;全速信令位傳輸率為12Mb/s;全速信令位傳輸率為1.5Mb/s。

　　(4)USB總線(xiàn)電纜有4根線(xiàn)：一對雙絞信號線(xiàn)和一對電源線(xiàn)。

　　(5)USB是一種查詢(xún)總線(xiàn)，由主控制器啟動(dòng)所有的數據傳輸。USB上所掛接的外設通過(guò)由主機調度的、基于令牌的協(xié)議來(lái)共享USB帶寬。

　　(6)大部分總線(xiàn)事務(wù)涉及3個(gè)包的傳輸：

　　A、令牌包：指示總線(xiàn)上要執行什么事務(wù)，欲尋址的USB設備及數據傳送方向。

　　B、數據包：傳輸數據或指示它沒(méi)有數據要傳輸。

　　C、握手包：指示傳輸是否成功。

　　(7)主機與設備端點(diǎn)之間的USB數據傳輸模型被稱(chēng)作管道。管道有兩種類(lèi)型：流和消息。消息數據具有USB定義的結構，而數據流沒(méi)有。

　　(8)事務(wù)調度表允許對某些流管道進(jìn)行流量控制，在硬件級，通過(guò)使用NAK(否認)握手信號來(lái)調節數據傳輸率，以防止緩沖區上溢或下溢產(chǎn)生。

　　(9)USB設備最大的特點(diǎn)是即插即用。

　　(10)工作原理：USB設備插入USB端點(diǎn)時(shí)，主機都通過(guò)默認地址0與設備的端點(diǎn)0進(jìn)行通信。在這個(gè)過(guò)程中，主機發(fā)出一系列試圖得到描述符的標準請求，通過(guò)這些請求，主機得到所有感興趣的設備信息，從而知道了設備的情況以及該如何與設備通信。隨后主機通過(guò)發(fā)出Set Address請求為設備設置一個(gè)唯一的地址。以后主機就通過(guò)為設備設置好的地址與設備通信，而不再使用默認地址0。

　　15、SPI接口

　　(1)SPI是一個(gè)同步協(xié)議接口，所有的傳輸都參照一個(gè)共同的時(shí)鐘，這個(gè)同步時(shí)鐘有主機產(chǎn)生，接收數據的外設使用時(shí)鐘來(lái)對串行比特流的接收進(jìn)行同步化。

　　(2)在多個(gè)設備連接到主機的同一個(gè)SPI接口時(shí)，主機通過(guò)從設備的片選引腳來(lái)選擇。

　　(3)SPI主要使用4個(gè)信號：主機輸出/從機輸入(MOSI)，主機輸入/從機輸出(MISO)、串行時(shí)鐘SCLK和外設片選CS。

　　(4)主機和外設都包含一個(gè)串行移位寄存器，主機通過(guò)向它的SPI串行寄存器寫(xiě)入一個(gè)字節來(lái)發(fā)起一次數據傳輸。寄存器通過(guò)MOSI信號線(xiàn)將字節傳送給外設，外設也將自己移位寄存器中的內容通過(guò)MISO信號線(xiàn)返回給主機，這樣，兩個(gè)移位寄存器中的內容就被交換了。

　　(5)外設的寫(xiě)操作和讀操作時(shí)同步完成的，因此SPI成為一個(gè)很有效的協(xié)議。

　　(6)如果只是進(jìn)行寫(xiě)操作，主機只需忽略收到的字節;反過(guò)來(lái)，如果主機要讀取外設的一個(gè)字節，就必須發(fā)送一個(gè)空字節來(lái)引發(fā)從機的傳輸。

　　16、IIC接口

　　(1)IIC總線(xiàn)是具備總線(xiàn)仲裁和高低速設備同步等功能的高性能多主機總線(xiàn)。

　　(2)IIC總線(xiàn)上需要兩條線(xiàn)：串行數據線(xiàn)SDA和串行時(shí)鐘線(xiàn)SCL。

　　(3)總線(xiàn)上的每個(gè)器件都有唯一的地址以供識別，而且各器件都可以作為一個(gè)發(fā)送器或者接收器(由器件的功能決定)。

　　(4)IIC總線(xiàn)有4種操作模式：主發(fā)送、主接收、從發(fā)送、從接收。

　　(5)IIC在傳送數據過(guò)程******有3種類(lèi)型信號：

　　A、開(kāi)始信號：SCL為低電平時(shí)，SDA由高向低跳變。

　　B、結束信號：SCL為低電平時(shí)，SDA由低向高跳變。

　　C、應答信號：接收方在收到8位數據后，在第9個(gè)脈沖向發(fā)送方發(fā)出特點(diǎn)的低電平。

　　(6)主器件發(fā)送一個(gè)開(kāi)始信號后，它還會(huì )立即送出一個(gè)從地址，來(lái)通知將與它進(jìn)行數據通信的從器件。1個(gè)字節的地址包括7位地址信息和1位傳輸方向指示位，如果第7位為0，表示要進(jìn)行一個(gè)寫(xiě)操作，如果為1，表示要進(jìn)行一個(gè)讀操作。

　　(7)SDA線(xiàn)上傳輸的每個(gè)字節長(cháng)度都是8位，每次傳輸種字節的數量沒(méi)有限制的。在開(kāi)始信號后面的第一個(gè)字節是地址域，之后每個(gè)傳輸字節后面都有一個(gè)應答位(ACK)，傳輸中串行數據的MSB(字節高位)首先發(fā)送。

　　(8)如果數據接收方無(wú)法再接收更多的數據，它可以通過(guò)將SCL保持低電平來(lái)中斷傳輸，這樣可以迫使數據發(fā)送方等待，直到SCL被重新釋放。這樣可以達到高低速設備同步。

　　(9)IIC總線(xiàn)的工作過(guò)程：SDA和SCL都是雙向的?？臻e的時(shí)候，SDA和SCL都是高電平，只有SDA變?yōu)榈碗娖?，接?zhù)SCL再變?yōu)榈碗娖?，IIC總線(xiàn)的數據傳輸才開(kāi)始。SDA線(xiàn)上被傳輸的每一位在SCL的上升沿被采樣，該位必須一直保持有效到SCL再次變?yōu)榈碗娖?，然后SDA就在SCL再次變?yōu)楦唠娖街皞鬏斚乱粋€(gè)位。最后，SCL變回高電平，接著(zhù)SDA也變?yōu)楦唠娖?，表示數據傳輸結束。

　　17、以太網(wǎng)接口

　　(1)最常用的以太網(wǎng)協(xié)議是IEEE802.3標準。

　　(2)傳輸編碼(06和07年都有******)：曼徹斯特編碼和差分曼徹斯特編碼。

　　A、曼徹斯特編碼：每位中間有一個(gè)電平跳變，從高到底的跳變表示“0”，從低到高的跳變表示為“1”。

　　B、差分曼徹斯特編碼：每位中間有一個(gè)電平跳變，利用每個(gè)碼元開(kāi)始時(shí)有無(wú)跳變來(lái)表示“0”或“1”，有跳變?yōu)?ldquo;0”，無(wú)跳變?yōu)?ldquo;1”。

　　(3)相比之下，曼徹斯特編碼編碼簡(jiǎn)單，差分曼徹斯特編碼提供更好的噪聲抑制性能。

　　(4)以太網(wǎng)數據傳輸特點(diǎn)：

　　A、所有數據位的傳輸由低位開(kāi)始，傳輸的位流時(shí)用曼徹斯特編碼。

　　B、以太網(wǎng)是基于沖突檢測的總線(xiàn)復用方法，由硬件自動(dòng)執行。

　　C、傳輸的數據長(cháng)度，目的地址DA+源地址SA+類(lèi)型字段TYPE+數據段DATA+填充位PAD，最小為60B，最大為1514B。

　　D、通常以太網(wǎng)卡可以接收3種地址的數據：廣播地址、多播地址、自己的地址。

　　E、任何兩個(gè)網(wǎng)卡的物理地址都不一樣，是世界上唯一的，網(wǎng)卡地址由專(zhuān)門(mén)機構分配。

　　(5)嵌入式以太網(wǎng)接口有兩種實(shí)現方法：

　　A、嵌入式處理器+網(wǎng)卡芯片(例如：RTL8019AS、CS8900等)

　　B、帶有以太網(wǎng)接口的處理器。

　　(6)TCP/IP是一個(gè)分層協(xié)議，分為：物理層、數據鏈路層、網(wǎng)絡(luò )層、傳輸層和應用層。每層實(shí)現一個(gè)明確的功能，對應一個(gè)或幾個(gè)傳輸協(xié)議，每層相對于它的下層都作為一個(gè)獨立的數據包來(lái)實(shí)現。每層上的協(xié)議如下：

　　A、應用層：BSD套接字。

　　B、傳輸層：TCP、UDP。

　　C、網(wǎng)絡(luò )層：IP、ARP、ICMP、IGMP

　　D、數據鏈路層：IEEE802.3 Ethernet MAC

　　E、物理層：二進(jìn)制比特流。

　　(7)ARP(地址解析協(xié)議)

　　A、網(wǎng)絡(luò )層用32位的地址來(lái)標識不同的主機(即IP地址)，而鏈路層使用48位的物理地址(MAC)來(lái)標識不同的以太網(wǎng)或令牌網(wǎng)接口。

　　B、ARP功能：實(shí)現從IP地址到對應物理地址的轉換。

　　(8)ICMP(網(wǎng)絡(luò )控制報文協(xié)議)

　　A、IP層用它來(lái)與其他主機或路由器交換錯誤報文和其他重要控制信息。

　　B、ICMP報文是在IP數據包內被傳輸的。

　　C、網(wǎng)絡(luò )診斷工具ping和traceroute其實(shí)就是ICMP協(xié)議。

　　(9)IP(網(wǎng)際協(xié)議)

　　A、IP工作在網(wǎng)絡(luò )層，是TCP/IP協(xié)議族中最為核心的協(xié)議。

　　B、所有的TCP、UDP、ICMP及IGMP數據都以IP數據包格式傳輸。

　　C、TTL(生存時(shí)間字段)：指定了IP數據包的生存時(shí)間(數據包可以經(jīng)過(guò)的路由器數)。

　　D、IP提供不可靠、無(wú)連接的數據包傳送服務(wù)，高效、靈活。

　　a、不可靠：它不能保證數據包能成功到達目的地，任何要求的可靠性必須由上層來(lái)提供(如TCP)。如果發(fā)生某種錯誤，IP有一個(gè)簡(jiǎn)單的錯誤處理算法--丟棄該數據包，然后發(fā)送ICMP消息報給信源端。

　　b、無(wú)連接：IP不維護任何關(guān)于后續數據包的狀態(tài)信息。每個(gè)數據包的處理都是相互獨立的。IP數據包可以不按順序接收，

　　(10)TCP(傳輸控制協(xié)議)

　　TCP協(xié)議是一個(gè)面向連接的可靠的傳輸層協(xié)議，它為兩臺主機提供高可靠性的端到端數據通信。

　　(11)UDP(用戶(hù)數據包協(xié)議)

　　UDP協(xié)議是一種無(wú)連接不可靠的傳輸層協(xié)議，它不保證數據包能到達目的地，可靠性有應用層來(lái)提供。UDP協(xié)議開(kāi)銷(xiāo)少，和TCP相比更適合于應用在低端的嵌入式領(lǐng)域中。

　　(12)端口：TCP和UDP采用16位端口號來(lái)識別上層的用戶(hù)，即應用層協(xié)議，例如FTP服務(wù)的TCP端口號都是21，Telnet服務(wù)的TCP端口號都是23，TFTP服務(wù)的UDP端口號都是69。