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嵌入式系统基础及知识及接口技术总结

2017-9-19 09:54:07 2449 嵌入式

0 13、嵌入式系统的评价方法：测量法和模型法（1 ）测量法是最直接最基本的方法，需要解决两个问题： A 、根据研究的目的，确定要测量的系统参数。 B 、选择测量的工具和方式。（2 ）测量的方式有两种：采样方式和事件跟踪方式。（3 ）模型法分为分析模型法和模拟模型法。分析模型法是用一些数学方程去刻画系统的模型，而模拟模型法是用模拟程序的运行去动态表达嵌入式系统的状态，而进行系统统计分析，得出性能指标。（4 ）分析模型法中使用最多的是排队模型，它包括三个部分：输入流、排队规则和服务机构。（5 ）使用模型对系统进行评价需要解决 3 个问题：设计模型、解模型、校准和证实模型。接口技术 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。应用 NAND Flash 的困难在于闪存需要特殊的系统接口。（5 ） NOR Flash 与 NAND Flash 的区别： A 、 NOR Flash 的读速度比 NAND Flash 稍快一些。 B 、 NAND Flash 的擦除和写入速度比 NOR Flash 快很多。 C 、 NAND Flash 的随机读取能力差，适合大量数据的连续读取。 D 、 NOR Flash 带有 SRAM 接口，有足够的地址引进来寻址，可以很容易地存取其内部的每一个字节。 NAND Flash 的地址、数据和命令共用 8 位总线（有写公司的产品使用 16 位），每次读写都要使用复杂的 I/O 接口串行地存取数据。 E 、 NOR Flash 的容量一般较小，通常在 1MB~8MB 之间； NAND Flash 只用在 8MB 以上的产品中。因此， NOR Flash 只要应用在代码存储介质中， NAND Flash 适用于资料存储。 F 、 NAND Flash 中每个块的最大擦写次数是一百万次，而 NOR Flash 是十万次。 G 、 NOR Flash 可以像其他内存那样连接，非常直接地使用，并可以在上面直接运行代码； NAND Flash 需要特殊的 I/O 接口，在使用的时候，必须先写入驱动程序，才能继续执行其他操作。因为设计师绝不能向坏块写入，这就意味着在 NAND Flash 上自始至终必须进行虚拟映像。 H 、 NOR Flash 用于对数据可靠性要求较高的代码存储、通信产品、网络处理等领域，被成为代码闪存； NAND Flash 则用于对存储容量要求较高的 MP3 、存储卡、 U 盘等领域，被成为数据闪存信盈达嵌入式企鹅要妖气呜呜吧久零就要。 2、RAM存储器（1 ） SRAM 的特点： SRAM 表示静态随机存取存储器，只要供电它就会保持一个值，它没有刷新周期，由触发器构成基本单元，集成度低，每个 SRAM 存储单元由 6 个晶体管组成，因此其成本较高。它具有较高速率，常用于高速缓冲存储器。通常SRAM 有 4 种引脚： CE ：片选信号，低电平有效。 R/W ：读写控制信号。 ADDRESS ：一组地址线。 DATA ：用于数据传输的一组双向信号线。（2 ） DRAM 的特点： DRAM 表示动态随机存取存储器。这是一种以电荷形式进行存储的半导体存储器。它的每个存储单元由一个晶体管和一个电容器组成，数据存储在电容器中。电容器会由于漏电而导致电荷丢失，因而 DRAM 器件是不稳定的。它必须有规律地进行刷新，从而将数据保存在存储器中。 DRAM 的接口比较复杂，通常有一下引脚： CE ：片选信号，低电平有效。 R/W ：读写控制信号。 RAS ：行地址选通信号，通常接地址的高位部分。 CAS ：列地址选通信号，通常接地址的低位部分。 ADDRESS ：一组地址线。 DATA ：用于数据传输的一组双向信号线。（3 ） SDRAM 的特点： SDRAM 表示同步动态随机存取存储器。同步是指内存工作需要同步时钟，内部的命令发送与数据的传输都以它为基准；动态是指存储器阵列需要不断的刷新来保证数据不丢失。它通常只能工作在 133MHz 的主频。（4 ） DDRAM 的特点 DDRAM 表示双倍速率同步动态随机存取存储器，也称 DDR 。 DDRAM 是基于 SDRAM 技术的， SDRAM 在一个时钟周期内只传输一次数据，它是在时钟的上升期进行数据传输；而 DDR 内存则是一个时钟周期内传输两次次数据，它能够在时钟的上升期和下降期各传输一次数据。在 133MHz 的主频下， DDR 内存带宽可以达到 133×64b/8×2 ＝ 2.1GB/s 。 ## 3 、硬盘、光盘、 CF 卡、 SD 卡 4、GPIO原理与结构 GPIO 是 I/O 的最基本形式，它是一组输入引脚或输出引脚。有些 GPIO 引脚能够加以编程改变工作方向，通常有两个控制寄存器：数据寄存器和数据方向寄存器。数据方向寄存器设置端口的方向。如果将引脚设置为输出，那么数据寄存器将控制着该引脚状态。若将引脚设置为输入，则此输入引脚的状态由引脚上的逻辑电路层来实现对它的控制。 5、A/D接口（1 ） A/D 转换器是把电模拟量转换为数字量的电路。实现 A/D 转换的方法有很多，常用的方法有计数法、双积分法和逐次逼进法。（2 ）计数式 A/D 转换法其电路主要部件包括：比较器、计数器、D/A 转换器和标准电压源。其工作原理简单来说就是，有一个计数器，从0 开始进行加 1 计数，每进行一次加 1 ，该数值作为 D/A 转换器的输入，其产生一个比较电压 VO 与输入模拟电压 VIN 进行比较。如果 VO 小于 VIN 则继续进行加 1 计数，直到 VO 大于 VIN ，这时计数器的累加数值就是 A/D 转换器的输出值。这种转换方式的特点是简单，但是速度比较慢，特别是模拟电压较高时，转换速度更慢。例如对于一个8 位 A/D 转换器，若输入模拟量为最大值，计数器要从 0 开始计数到 255 ，做 255 次 D/A 转换和电压比较的工作，才能完成转换。（3 ）双积分式 A/D 转换法其电路主要部件包括：积分器、比较器、计数器和标准电压源。其工作原理是，首先电路对输入待测电压进行固定时间的积分，然后换为标准电压进行固定斜率的反向积分，反向积分进行到一定时间，便返回起始值。由于使用固定斜率，对标准电压进行反向积分的时间正比于输入模拟电压值，输入模拟电压越大，反向积分回到起始值的时间越长。只要用标准的高频时钟脉冲测定反向积分花费的时间，就可以得到相应于输入模拟电压的数字量，也就完成了A/D 转换。其特点是，具有很强的抗工频干扰能力，转换精度高，但转换速度慢，通常转换频率小于10Hz ，主要用于数字式测试仪表、温度测量等方面。（4 ）逐次逼近式 A/D 转换法其电路主要部件包括：比较器、D/A 转换器、逐次逼近寄存器和基准电压源。其工作原理是，实质上就是对分搜索法，和平时天平的使用原理一样。在进行A/D 转换时，由 D/A 转换器从高位到低位逐位增加转换位数，产生不同的输出电压，把输入电压与输出电压进行比较而实现。首先使最高位为 1 ，这相当于取出基准电压的 1/2 与输入电压比较，如果在输入电压小于 1/2 的基准电压，则最高位置 0 ，反之置 1 。之后，次高位置 1 ，相当于在 1/2 的范围中再作对分搜索，以此类推，逐次逼近。其特点是，速度快，转换精度高，对N 位 A/D 转换器只需要 M 个时钟脉冲即可完成，一般可用于测量几十到几百微秒的过渡过程的变化，是目前应用最普遍的转换方法。（5 ） A/D 转换的重要指标（有可能考一些简单的计算） A 、分辨率：反映 A/D 转换器对输入微小变化响应的能力，通常用数字输出最低位（ LSB ）所对应的模拟电压的电平值表示。 n 位 A/D 转换器能反映 1/2n 满量程的模拟输入电平。 B 、量程：所能转换的模拟输入电压范围，分为单极性和双极性两种类型。 C 、转换时间：完成一次 A/D 转换所需要的时间，其倒数为转换速率。 D 、精度：精度与分辨率是两个不同的概念，即使分辨率很高，也可能由于温漂、线性度等原因使其精度不够高。精度有绝对精度和相对精度两种表示方法。通常用数字量的最低有效位 LSB 的分数值来表示绝对精度，用其模拟电压满量程的百分比来表示相对精度。例如，满量程10V ， 10 位 A/D 芯片，若其绝对精度为 ±1/2LSB ，则其最小有效位 LSB 的量化单位为： 10/1024 ＝ 9.77mv ，其绝对精度为 9.77mv/2 ＝ 4.88mv ，相对精度为： 0.048 ％。 0
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