嵌入式系統(tǒng)設(shè)計與實例開發(fā)——ARM與C/OS-Ⅱ第六講基于ARM的嵌入式軟硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計概況一點擊此處輸入相關(guān)文本內(nèi)容點擊此處輸入相關(guān)文本內(nèi)容整體概述概況三點擊此處輸入相關(guān)文本內(nèi)容點擊此處輸入相關(guān)文本內(nèi)容概況二點擊此處輸入相關(guān)文本內(nèi)容點擊此處輸入相關(guān)文本內(nèi)容六、嵌入式系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計嵌入式系統(tǒng)的軟/硬件框架嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計步驟基于分層和模塊化的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計方法嵌入式系統(tǒng)設(shè)計的層次系統(tǒng)級應(yīng)用級基于ARM的嵌入式系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計主要介紹基于ARM7的嵌入式硬件開發(fā)平臺的設(shè)計方法，包括結(jié)構(gòu)、主要接口、存儲器選用方案以及外設(shè)、顯示等方面的內(nèi)容。嵌入式硬件開發(fā)平臺的體系結(jié)構(gòu)外圍存儲器接口設(shè)計方法鍵盤、LCD等人機交互接口的設(shè)計觸摸屏的設(shè)計以太網(wǎng)設(shè)計CAN總線設(shè)計基于ARM的嵌入式硬件平臺體系結(jié)構(gòu)

嵌入式開發(fā)板與PC機的串行通訊嵌入式開發(fā)板和PC機的通訊電纜可以按照如圖所示的方式連接。人機交互接口嵌入式處理器與LCD的連接嵌入式處理器LCD模塊數(shù)據(jù)總線寄存器選擇使能信號從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上來講，由于顯示器模塊中已經(jīng)有顯示存儲器。顯存中的每一個單元對應(yīng)LCD上的一個點，只要顯存中的內(nèi)容改變，顯示結(jié)果便進行刷新。于是便存在兩種刷新：1．直接對根據(jù)系統(tǒng)要求對顯存進行修改，一種是只需修改相應(yīng)的局部就可以，不需要判斷覆蓋等有覆蓋問題，那計算起來比較復(fù)雜，而且每做一點小的屏幕改變就進行刷新，將增加系統(tǒng)負擔(dān)。2．專門開辟顯示內(nèi)存，在需要刷新時候由程序進行顯示更新。這樣，不但可以減輕總線負荷，而且也比較合理，在有需要的時候進行統(tǒng)一的顯示更新，界面也可以比較美觀，不致由于無法預(yù)料的刷新動作導(dǎo)致顯示界面閃爍。前后臺雙重顯示緩存的顯示模塊結(jié)構(gòu)鍵盤模塊鍵盤模塊鍵盤可能用來輸入數(shù)字型數(shù)據(jù)或者選擇控制設(shè)備的操作模式。鍵盤有兩種方案：一是采用現(xiàn)有的一些芯片實現(xiàn)鍵盤掃描；再就是用軟件實現(xiàn)鍵盤掃描。嵌入式控制器的功能很強，可能允分利用這一資源。鍵盤掃描過程就是讓微處理器按有規(guī)律的時間間隔查看鍵盤矩陣，以確定是否有鍵被按下。每個鍵被分配一個稱為掃描碼的唯一標識符。應(yīng)用程序利用該掃描碼，根據(jù)按下的鍵來判定應(yīng)該采取什么行動。

消抖算法：組合鍵處理觸摸屏設(shè)計觸摸屏分類電阻式觸摸屏表面聲波觸摸屏紅外式觸摸屏電容式觸摸屏測量原理在觸摸點X、Y坐標的測量過程中，測量電壓與測量點的等效電路圖所示，圖中P為測量點XVYY觸摸屏芯片嵌入式以太網(wǎng)設(shè)計以太網(wǎng)接口的基本知識1、傳輸編碼曼徹斯特編碼差分曼徹斯特編碼以太網(wǎng)協(xié)議以太網(wǎng)MAC層物理傳輸幀（IEEE802.3）PRSDDASATYPEDATAPADFCS56位8位48位48位16位不超過1500字節(jié)可選32位PR： 同步位，收發(fā)雙方的時鐘同步，也指明傳輸?shù)乃俾剩?0M、100M）SD： 分隔位,表示下面跟著的是真正的數(shù)據(jù),而不是同步時鐘DA： 目的地址,以太網(wǎng)的地址為48位地址。如果為都為F,則是廣播地址SA： 源地址,48位,表明該幀的數(shù)據(jù)是哪個網(wǎng)卡發(fā)的,即發(fā)送端的網(wǎng)卡地址

TYPE：類型字段，表明該幀的數(shù)據(jù)是什么類型的數(shù)據(jù)。如：0800H表示數(shù) 據(jù)為IP包，0806H表示數(shù)據(jù)為ARP包，814CH是SNMP包，8137H為IPX/SPX包

DATA：數(shù)據(jù)段，該段數(shù)據(jù)不能超過1500字節(jié)。PAD： 填充位。以太網(wǎng)幀傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包最小不能小于60字節(jié),當數(shù)據(jù)段不足 46字節(jié)時，后面補000000.....(當然也可以補其它值)

FCS:32位CRC數(shù)據(jù)校驗位。該校驗由網(wǎng)卡自動完成以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸特點PR,SD,PAD,FCS這幾個數(shù)據(jù)段是由網(wǎng)卡自動產(chǎn)生的；只需要理解DA、SA、TYPE、DATA四個段的內(nèi)容所有數(shù)據(jù)位的傳輸由低位開始(傳輸?shù)奈涣魇褂寐鼜厮固鼐幋a)以太網(wǎng)的沖突退避算法是由硬件自動執(zhí)行的DA+SA+TYPE+DATA+PAD最小為60字節(jié),最大為1514字節(jié)以太網(wǎng)卡可以接收三種地址的數(shù)據(jù)，一個是廣播地位，一個是多播地址(在嵌入式的環(huán)境中一般不用)，一個是它自已的地址任何兩個網(wǎng)卡的物理地址都是不一樣的，是世界上唯一的，網(wǎng)卡地址由專門機構(gòu)分配。嵌入式的以太網(wǎng)方案嵌入式處理器＋網(wǎng)卡芯片（RTL8019）對嵌入式處理器沒有特殊要求，通用性強處理器和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換通過外部總線，速度慢，不適合于100M網(wǎng)絡(luò)帶有以太網(wǎng)絡(luò)接口的嵌入式處理器處理器面向網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用處理器和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換通過內(nèi)部總線，速度快RTL8019的原理框圖嵌入式網(wǎng)絡(luò)接口的特點與常規(guī)的網(wǎng)卡設(shè)計思路不同的是，在嵌入式系統(tǒng)中，系統(tǒng)的精簡一直是個主要的原則。RTL8019AS作為網(wǎng)卡，時需要一片EEPROM作為配置存儲器，來確定通訊的端口地址，中斷地址，網(wǎng)卡的物理地址，工作模式，制造廠商等信息；而在嵌入式系統(tǒng)中，可以使用RTL8019AS的默認配置和一些管腳作為網(wǎng)卡的初始化方法。這樣可以節(jié)省配置存儲器，減小嵌入式硬件平臺的體積。關(guān)于RTL8019的RAMRTL8019含有16K字節(jié)的RAM，地址為0x4000-0x7fff(指的是RTL8019內(nèi)部的存儲地址，而不是ISA總線的地址，是RTL8019工作用的存儲器，可以通過遠程DMA訪問），每256個字節(jié)稱為一頁，共有64頁。頁的地址就是地址的高8位，頁地址為0x40--0x7f。這16k的ram的一部分用來存放接收的數(shù)據(jù)包，一部分用來存儲待發(fā)送的數(shù)據(jù)包2通過RTL8019AS發(fā)送數(shù)據(jù)

作為一個集成的以太網(wǎng)芯片，數(shù)據(jù)的發(fā)送校驗，總線數(shù)據(jù)包的碰撞檢測與避免是由芯片自己完成的。我們只需要配置發(fā)送數(shù)據(jù)的物理層地址的源地址、目的地址、數(shù)據(jù)包類型以及發(fā)送的數(shù)據(jù)就可以了。3、通過RTL8019AS接收數(shù)據(jù)

在RTL8019的初始化程序中已經(jīng)設(shè)置好了接收緩沖區(qū)的位置，并且配置好了中斷的模式。當有一個正確的數(shù)據(jù)包到達的時候，RTL8019會產(chǎn)生一個中斷信號，在ARM中斷處理程序中，接收數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)的接收比較簡單，即可以通過遠端DMA把數(shù)據(jù)從RTL8019的RAM空間讀回ARM中處理。嵌入式文件系統(tǒng)什么是文件系統(tǒng)（FileSystem)文件系統(tǒng)的定義——處理文件的操作系統(tǒng)的部分稱為文件系統(tǒng).是操作系統(tǒng)中統(tǒng)一管理信息資源的一種軟件，管理文件的存儲、檢索、更新，提供安全可靠的共享和保護手段，并且方便用戶使用文件系統(tǒng)的功能——文件的構(gòu)造、命名、存取、采用、保護和實現(xiàn)等。文件的命名不同的操作系統(tǒng)有不同的命名規(guī)則基本命名規(guī)則：——MS-DOS系統(tǒng)：文件名（1-8個字符）+擴展名（1-3個字符）給出文件命名規(guī)則：長度，數(shù)字和特殊字符，大小寫區(qū)分，支持文件擴展名（一個或多個）例子：.bak.c.f77.gif.hlp.html.mpg.o.ps.tex.txt.zip存儲介質(zhì)磁盤，磁帶，光盤1.物理塊(塊)在文件系統(tǒng)中，文件的存儲設(shè)備常常劃分為若干大小相等的物理塊。同時也將文件信息劃分成相同大小的邏輯塊（塊），所有塊統(tǒng)一編號。以塊為單位進行信息的存儲、傳輸，分配文件結(jié)構(gòu)文件序列記錄序列樹結(jié)構(gòu)文件存取順序存?。╯equentialaccess):磁帶等介質(zhì)隨機存?。╮andomaccessfile)：磁盤、ROM、RAM、FLASH等介質(zhì)文件操作CREATEDELETEOPENCLOSEWRITEAPPENDSEEKGETATTRIBUTESSETATTRIBUTESRENAME文件目錄全部用戶共享一個目錄每個用戶擁有一個目錄每個用戶擁有一個目錄樹目錄文件文件系統(tǒng)的實現(xiàn)連續(xù)分配——把每個文件作為連續(xù)的數(shù)據(jù)塊存儲在磁盤上優(yōu)點：簡單，容易實現(xiàn)；性能較好缺點：要先知道文件的最大長度；造成磁盤碎片鏈表分配——為每個文件構(gòu)造磁盤塊的鏈表，每個塊的第一個字作為指向下一塊的指針，塊的其它部分存放數(shù)據(jù)采用索引的鏈表分配文件系統(tǒng)應(yīng)用——RTFiles文件系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)用戶應(yīng)用程序接口層物理邏輯塊層底層硬件接口層文件系統(tǒng)層文件系統(tǒng)的發(fā)展DOS1.0(1981)DOS3.0(1984)Win95(1995)Win95Osr2(1996)Win98(1998)Win3.1(1992)FAT12FAT16VFATFAT32FAT12/FAT16/FAT32的比較FAT12FAT16FAT32SizeofFATentry12bits16bits32bitsMaxnumofclusters4,08665,526268,435,456Clustersizeused0.5KB-4KB2KB-32KB4KB-32KB最大磁盤容量16,736,256

(16M)2,147,123,200

(2G)about2^41

(2T)FAT文件系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)FAT文件系統(tǒng)由下面四部分組成保留區(qū)Reservedregion存放引導(dǎo)記錄，BIOS信息等FAT區(qū)FAT信息列表(12/16/32bits)根目錄區(qū)目錄信息列表(32bytes)文件和目錄區(qū)存放簇信息reservedFAT(p)FAT(b)RootdirFileanddirectory……保留區(qū)ReservedRegion引導(dǎo)記錄基本信息……引導(dǎo)代碼BIOS參數(shù)塊(BPB)字節(jié)/扇區(qū)(512,1024,2048,4096)扇區(qū)/簇(1,2,4,8,16,32,64,128)根目錄數(shù)總扇區(qū)值介質(zhì)類型(硬盤,軟盤，F(xiàn)LASH）reservedFAT(p)FAT(b)RootdirFileanddirectory……FAT區(qū)通常有FAT(P)(primary)和FAT(B)(backup)每一個簇都有一個對應(yīng)的FAT目錄Cluster2Cluster3Clustern-1Clustern……FAT數(shù)據(jù)區(qū)reservedFAT(p)FAT(b)RootdirFileanddirectory………FAT鏈表(FAT16)……目錄樹目錄信息（DirectoryEntry）結(jié)構(gòu)(32bytes)文件名ext建立時間建立日期最后修改日期最后訪問日期屬性不使用(0)FAT12/16:不用首簇文件大小FAT32:首簇最后修改時間FAT16系統(tǒng)的實現(xiàn)(Filesystem)此文件系統(tǒng)可以保存最多512個文件，文件數(shù)據(jù)以簇為單位進行存儲。

FAT（FileAllocationTable）16的文件系統(tǒng)文件也是以“簇”（Cluster）為單位，分塊存儲的。每個簇的大小固定為16KB。文件的所占用的存儲空間必須為16KB（一個簇）的整數(shù)倍。例如：即使文件只有一個字節(jié)，也要占用一個簇的存儲空間。每個簇在文件分配表（FAT）中都有對應(yīng)的表項，簇號即為表項號，每個表項2個字節(jié)。不要把表項內(nèi)的數(shù)字誤認為表示當前簇號，而應(yīng)是該文件的下一個簇的簇號。

文件的名稱和相關(guān)信息（比如：創(chuàng)建時間、文件屬性等）存放在文件目錄表中。同時文件目錄表記錄了每一個文件的首簇號碼。這樣整個文件系統(tǒng)（文件目錄表和文件分配表）就構(gòu)成了一個單向鏈表。首先在文件目錄表中找到相應(yīng)的文件所對應(yīng)的首簇的號碼，讀取完成一個簇以后，如果文件的長度大于16KB（一個簇），就從文件分配表中查找到下一個簇的號碼，然后繼續(xù)讀取，直到文件分配表中的下一個簇號碼為FFFFH時為止。初始化文件系統(tǒng)的例子initOSFile：{INT8Uerr; pFileMem=OSMemCreate(FileMemPart,10,sizeof(FILE),&err); if(pFileMem==NULL){ Uart_Printf("FailedtoCreateFile"); LCD_printf("FailedtoCreateFile"); }typedefstruct{ U8Buffer[BLOCK_SIZE]; //文件緩沖區(qū) U32fileblock; //文件當前的簇的位置 U32filemode; //打開文件的模式 U32filebufnum; //文件緩沖區(qū)中已經(jīng)讀取/寫入的字節(jié)數(shù) U32fileCurpos; //讀寫的當前位置 U32filesize; //文件的大小}FILE;OpenOSFile的工作的流程圖OpenOSFi