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第六章 嵌入式系统总线接口.ppt

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简介:
本章内容聚焦于嵌入式系统的总线接口技术,详细解析了各类总线的工作原理、应用场景及其在硬件设计中的重要性。 ### 串行接口基本原理与结构 #### 1.串行通信概述 数据通信的方式主要分为并行通信和串行通信两种。当两台数字设备之间的传输距离较远时,通常采用串行方式来传送数据。在串行通信中,每一位数据都会依次进行传输,并且每一比特都占用固定的时间长度。与并行接口相比,在n位的数据通过n位的并行接口需要时间T的情况下,使用串行方式进行同样数量的数据传输所需的时间最少为nT。因此,相对于并行方式而言,串行通信具有线路简单、成本低廉等优势,并且更适合于远距离数据传送。 #### ① 串行数据通信模式 在实际应用中,常见的三种基本的串行数据通信模式包括单工通信、半双工通信和全双工通信。 - **单工通信**:这种模式下信息只能从一个方向传输,即设备A向设备B发送数据; - **半双工通信**:在这种方式里可以实现双向的数据传递但不能同时进行,在某一时刻内只允许一方发送另一方接收; - **全双工通信**:此方法支持在相同的时间段内双方互传信息,也就是说可以在同一时间从A到B和反向传输数据。

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    本章内容聚焦于嵌入式系统的总线接口技术,详细解析了各类总线的工作原理、应用场景及其在硬件设计中的重要性。 ### 串行接口基本原理与结构 #### 1.串行通信概述 数据通信的方式主要分为并行通信和串行通信两种。当两台数字设备之间的传输距离较远时,通常采用串行方式来传送数据。在串行通信中,每一位数据都会依次进行传输,并且每一比特都占用固定的时间长度。与并行接口相比,在n位的数据通过n位的并行接口需要时间T的情况下,使用串行方式进行同样数量的数据传输所需的时间最少为nT。因此,相对于并行方式而言,串行通信具有线路简单、成本低廉等优势,并且更适合于远距离数据传送。 #### ① 串行数据通信模式 在实际应用中,常见的三种基本的串行数据通信模式包括单工通信、半双工通信和全双工通信。 - **单工通信**:这种模式下信息只能从一个方向传输,即设备A向设备B发送数据; - **半双工通信**:在这种方式里可以实现双向的数据传递但不能同时进行,在某一时刻内只允许一方发送另一方接收; - **全双工通信**:此方法支持在相同的时间段内双方互传信息,也就是说可以在同一时间从A到B和反向传输数据。
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    本章节探讨嵌入式系统中的网络接口技术,涵盖硬件与软件层面的设计、实现及优化策略,旨在提升设备联网能力。 嵌入式系统通常采用IEEE 802.3标准的以太网协议。从硬件角度来看,802.3模型层间结构如图所示,以太网接口电路主要由媒质接入控制(MAC)控制器和物理层接口(PHY)两大部分构成。
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    本章节将探讨嵌入式系统的概念、组成及其应用领域,并深入分析其设计与开发流程。通过实例讲解如何优化硬件和软件集成以实现高效能的嵌入式解决方案。 嵌入式软件是指应用于嵌入式计算机系统中的各种程序集合,作为该系统的组成部分之一,其种类与规模已经得到了显著的增长,并形成了一个独立且完整的体系。除了具备通用软件的一般特性外,它还具有许多与嵌入式系统紧密相关的独特特点: 首先,从规模上看,由于大多数嵌入式设备的资源较为有限,因此对软件的要求是尽可能地精简和高效。这导致了多数嵌入式系统的软件大小通常不超过几MB。
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    本章节内容聚焦于嵌入式系统中输入模块的设计与实现,涵盖硬件接口、通信协议及软件处理流程,探讨如何高效采集和解析外部数据。 GPIO(通用输入输出接口)是最基本的IO形式之一,也被称为并行IO。它由一组可以被CPU存取操作的输入引脚、输出引脚或双向引脚构成。某些GPIO引脚可以通过软件编程来改变其方向。 图5.1.1展示了简化后的双向GPIO端口(D0)的功能逻辑图,其中PORT代表数据寄存器,DDR表示数据方向寄存器。
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  • 基于TJA1080的FlexRay线/ARM技术中的设计
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    本文章介绍了采用TJA1080芯片实现FlexRay总线接口的设计方法,并探讨其在嵌入式系统及ARM架构上的应用,为相关领域的研究提供参考。 本段落介绍了一种基于TJA1080的FlexRay总线在数字信号处理器(DSP)C5509上的实现方法。整个系统以DSP为核心,采用TJA1080总线控制器来执行数据收发操作,并实现了FlexRay通信协议;该设计具备制造简单、集成度高和功耗低的特点,适用于汽车内部多种电子设备的局域网络连接。 随着现代车辆上安装的电子装置数量不断增加,传统的CAN总线已难以满足日益增长的数据传输需求。因此,一种能提供更高数据速率且更安全的信息传递技术——FlexRay总线应运而生。该通信系统能够确保500kbps至10Mbps范围内的确定性数据流,并通过24位CRC校验码保障信息的准确性和可靠性。 TJA1080是由恩智浦半导体公司推出的用于实现FlexRay协议的关键硬件组件,它支持双通道传输,每个通道的最大速率可达10Mbps。此外,该控制器提供同步时钟功能以保证消息在特定时间点发送和接收,并且可以灵活地选择冗余或非冗余模式来优化系统性能。 从架构上看,TJA1080集成了状态机、信号路由器、输入输出管理单元以及独立的收发模块等组件。这些设计允许主机通过控制命令来进行数据传输操作;而内置接收过滤器则确保只处理属于本节点的数据帧,并且温度监测装置会在环境条件不适合时关闭总线通信以节约能源。 在基于DSP(如C5509)的嵌入式系统中,采用TJA1080控制器能够简化设计、提高集成度并降低功耗。作为核心处理器,DSP负责处理复杂的运算任务;通过与TJA1080硬件和软件接口相结合,开发人员可以构建高效的FlexRay通信网络以支持汽车内部的各种电子组件(例如引擎控制系统、刹车系统等),从而确保整个车辆电子系统的协同工作能力。 综上所述,基于TJA1080的FlexRay总线设计在嵌入式应用中扮演着重要角色,并为现代汽车提供了一种高速且安全的信息交换方式。这种技术不仅提升了车载设备的功能表现,也为未来智能驾驶和自动化领域的发展奠定了坚实的技术基础。
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