嵌入式系統(tǒng)知識(shí)和接口技術(shù)合集4

16、IIC接口

(1)IIC總線是具備總線仲裁和高低速設(shè)備同步等功能的高性能多主機(jī)總線。

(2)IIC總線上需要兩條線：串行數(shù)據(jù)線SDA和串行時(shí)鐘線SCL。

(3)總線上的每個(gè)器件都有唯一的地址以供識(shí)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(shù)據(jù)過(guò)程******有3種類型信號(hào)：

A、開始信號(hào)：SCL為低電平時(shí)，SDA由高向低跳變。

B、結(jié)束信號(hào)：SCL為低電平時(shí)，SDA由低向高跳變。

C、應(yīng)答信號(hào)：接收方在收到8位數(shù)據(jù)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)開始信號(hào)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(shù)據(jù)通信的從器件。1個(gè)字節(jié)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)寫操作，如果為1，表示要進(jìn)行一個(gè)讀操作。

(7)SDA線上傳輸?shù)拿總€(gè)字節(jié)長(zhǎng)度都是8位，每次傳輸種字節(jié)的數(shù)量沒(méi)有限制的。在開始信號(hào)后面的第一個(gè)字節(jié)是地址域，之后每個(gè)傳輸字節(jié)后面都有一個(gè)應(yīng)答位(ACK)，傳輸中串行數(shù)據(jù)的MSB(字節(jié)高位)首先發(fā)送。

(8)如果數(shù)據(jù)接收方無(wú)法再接收更多的數(shù)據(jù)，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(shù)據(jù)發(fā)送方等待，直到SCL被重新釋放。這樣可以達(dá)到高低速設(shè)備同步。

(9)IIC總線的工作過(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)榈碗娖剑又鳶CL再變?yōu)榈碗娖?，IIC總線的數(shù)據(jù)傳輸才開始。SDA線上被傳輸?shù)拿恳晃辉赟CL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SDA也變?yōu)楦唠娖?，表示?shù)據(jù)傳輸結(jié)束。

17、以太網(wǎng)接口

(1)最常用的以太網(wǎng)協(xié)議是IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)。

(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)碼元開始時(shí)有無(wú)跳變來(lái)表示“0”或“1”，有跳變?yōu)椤?”，無(wú)跳變?yōu)椤?”。

(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(shù)據(jù)傳輸特點(diǎn)：

A、所有數(shù)據(jù)位的傳輸由低位開始，傳輸?shù)奈涣鲿r(shí)用曼徹斯特編碼。

B、以太網(wǎng)是基于沖突檢測(cè)的總線復(fù)用方法，由硬件自動(dòng)執(zhí)行。

C、傳輸?shù)臄?shù)據(jù)長(zhǎng)度，目的地址DA+源地址SA+類型字段TYPE+數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)：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)卡地址由專門機(jī)構(gòu)分配。

(5)嵌入式以太網(wǎng)接口有兩種實(shí)現(xiàn)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(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和應(yīng)用層。每層實(shí)現(xiàn)一個(gè)明確的功能，對(duì)應(yīng)一個(gè)或幾個(gè)傳輸協(xié)議，每層相對(duì)于它的下層都作為一個(gè)獨(dú)立的數(shù)據(jù)包來(lái)實(shí)現(xiàn)。每層上的協(xié)議如下：

A、應(yīng)用層：BSD套接字。

B、傳輸層：TCP、UDP。

C、網(wǎng)絡(luò)層：IP、ARP、ICMP、IGMP

D、數(shù)據(jù)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(biāo)識(shí)不同的主機(jī)(即IP地址)，而鏈路層使用48位的物理地址(MAC)來(lái)標(biāo)識(shí)不同的以太網(wǎng)或令牌網(wǎng)接口。

B、ARP功能：實(shí)現(xiàn)從IP地址到對(duì)應(yīng)物理地址的轉(zhuǎn)換。

(8)ICMP(網(wǎng)絡(luò)控制報(bào)文協(xié)議)

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

B、ICMP報(bào)文是在IP數(shù)據(jù)包內(nèi)被傳輸?shù)摹?/p>

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(shù)據(jù)都以IP數(shù)據(jù)包格式傳輸。

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

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

a、不可靠：它不能保證數(shù)據(jù)包能成功到達(dá)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(cuò)誤，IP有一個(gè)簡(jiǎn)單的錯(cuò)誤處理算法--丟棄該數(shù)據(jù)包，然后發(fā)送ICMP消息報(bào)給信源端。

b、無(wú)連接：IP不維護(hù)任何關(guān)于后續(xù)數(shù)據(jù)包的狀態(tài)信息。每個(gè)數(shù)據(jù)包的處理都是相互獨(dú)立的。IP數(shù)據(jù)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(tái)主機(jī)提供高可靠性的端到端數(shù)據(jù)通信。

(11)UDP(用戶數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)包能到達(dá)目的地，可靠性有應(yīng)用層來(lái)提供。UDP協(xié)議開銷少，和TCP相比更適合于應(yīng)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(hào)來(lái)識(shí)別上層的用戶，即應(yīng)用層協(xié)議，例如FTP服務(wù)的TCP端口號(hào)都是21，Telnet服務(wù)的TCP端口號(hào)都是23，TFTP服務(wù)的UDP端口號(hào)都是69。

18、CAN總線接口

(1)CAN(Control Area Network，控制器局域網(wǎng))總線是一種多主方式的串行通信總線，是國(guó)際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場(chǎng)總線之一，最初被用于汽車環(huán)境中的電子控制網(wǎng)絡(luò)。一個(gè)CAN總線構(gòu)成的單一網(wǎng)絡(luò)中，理想情況下可以掛接任意多個(gè)節(jié)點(diǎn)，實(shí)際應(yīng)用中節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)受網(wǎng)絡(luò)硬件的電氣特性所限制。

(2)總線信號(hào)使用差分電壓傳送。兩條信號(hào)線被稱為CAN_H和CAN_L，靜態(tài)是均為2.5V左右，此時(shí)狀態(tài)表示邏輯1，也可以叫做“隱性”。用CAN_H比CAN_L高表示邏輯0，稱為“顯性”，此時(shí)，通常電壓值為CAN_H=3.5V和CAN_L=1.5V。

(3)當(dāng)“顯性”和“隱性”位同時(shí)發(fā)送的時(shí)候，最后總線數(shù)值將為“顯性”這種特性為CAN總線的仲裁奠定了基礎(chǔ)。

(4)CAN總線的一個(gè)位時(shí)間可以分成4個(gè)部分：同步段、傳播時(shí)間段、相位緩沖段1和相位緩沖段2。

(5)CAN總線的數(shù)據(jù)幀有兩種格式：標(biāo)準(zhǔn)格式和擴(kuò)展格式。包括：幀起始、仲裁場(chǎng)、控制場(chǎng)、數(shù)據(jù)場(chǎng)、CRC場(chǎng)、ACK場(chǎng)和幀結(jié)束。

(6)CAN總線硬件接口包括：CAN總線控制器和CAN收發(fā)器。CAN控制器主要完成時(shí)序邏輯轉(zhuǎn)換等工作，例如菲利普的SJA1000。CAN收發(fā)器是CAN總線的物理層芯片，實(shí)現(xiàn)TTL電平到CAN總線電平特性的轉(zhuǎn)換，例如TJA1050。

19、xDSL接口

(1)xDSL(數(shù)字用戶線路)技術(shù)是，在現(xiàn)有用戶電話線兩側(cè)同時(shí)接入專用的DSL調(diào)制解調(diào)設(shè)備，在用戶線上利用數(shù)字數(shù)字信號(hào)高頻帶寬較寬的特性直接采用數(shù)字信號(hào)傳輸，省去中間的A/D轉(zhuǎn)換，突破了模擬信號(hào)傳輸極限速率為56KB/s的閑置。

(2)DSL技術(shù)主要分為對(duì)稱和非對(duì)稱兩大類。

(3)對(duì)成xDSL更適合于企業(yè)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接應(yīng)用，例如文件傳輸、視頻會(huì)議等收發(fā)數(shù)據(jù)量大致相同的工作。

(4)ASDL是近年發(fā)展的另一種寬帶接入技術(shù)，是利用雙絞銅線向用戶提供兩個(gè)方向上速率不對(duì)稱的寬帶信息業(yè)務(wù)。

(5)ADSL在一對(duì)電話線上同時(shí)傳送一路高速下行數(shù)據(jù)、一路較低速率上行數(shù)據(jù)、一路模擬電話。各信號(hào)之間采用頻分復(fù)用方式占用不同頻帶，低頻段傳送話音;中間窄頻帶傳送上行信道數(shù)據(jù)及控制信息;其余高頻段傳送下行信道數(shù)據(jù)、圖像或高速數(shù)據(jù)。

20、WLAN接口

(1)WLAN(Wireless Local Area Network)是利用無(wú)線通信技術(shù)在一定的局部范圍內(nèi)建立的，是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與無(wú)線通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它以無(wú)線多址通道作為傳輸媒介，提供有線局域網(wǎng)的功能。

(2)WLAN的標(biāo)準(zhǔn)：主要是針對(duì)物理層和媒質(zhì)訪問(wèn)控制層(MAC層)，涉及到所有使用的無(wú)線頻率范圍、控制接口通信協(xié)議等技術(shù)規(guī)范與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

A、IEEE 802.11：定義了物理層和MAC層規(guī)范，工作在2.4～2.4835GHz頻段，最高速率為2Mb/s，是IEEE最初制定的一個(gè)無(wú)線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。

B、IEEE 802.11b：工作在2.4～2.4835GHz頻段，最高速率為11Mb/s，傳輸距離50～150inch。采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)模式和基本模式兩種運(yùn)行模式。在數(shù)據(jù)傳輸速率方面可以根據(jù)實(shí)際情況在11Mb/s、5.5Mb/s、2 Mb/s、1 Mb/s的不同速率間自動(dòng)切換。

C、IEEE 802.11a：工作在5.15～8.825GHz頻段，最高速率為54Mb/s/72Mb/s，傳輸距離10～100m。

D、IEEE 802.11g：混合標(biāo)準(zhǔn)，擁有EEE 802.11a的傳輸速率，安全性較EEE 802.11b好，采用兩種調(diào)制方式，做到與EEE 802.11a和EEE 802.11b兼容。

(3)WLAN有兩種網(wǎng)絡(luò)類型：對(duì)等網(wǎng)絡(luò)和基礎(chǔ)機(jī)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。

21、藍(lán)牙接口

(1)藍(lán)牙技術(shù)的目的：使特定的移動(dòng)電話、便鞋式電腦以及各種便攜通信設(shè)備的主機(jī)之間近距離內(nèi)實(shí)現(xiàn)無(wú)縫的資源共享。

(2)藍(lán)牙技術(shù)的實(shí)質(zhì)內(nèi)容是要建立通用的無(wú)線空中接口及其控制軟件的公開標(biāo)準(zhǔn)。其工作頻段為全球通用的2.4GHz ISM(即工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)學(xué))頻段，其數(shù)據(jù)傳輸速率為1Mb/s，采用時(shí)分雙工方案來(lái)實(shí)現(xiàn)全雙工傳輸，其理想的連接范圍為10cm～10m。

(3)藍(lán)牙基帶協(xié)議是電路交換和分組交換的結(jié)合。

(4)藍(lán)牙技術(shù)特點(diǎn)：

A、傳輸距離短，工作距離在10m以內(nèi)。

B、采用跳頻擴(kuò)頻技術(shù)。

C、采用時(shí)分復(fù)用多路訪問(wèn)技術(shù)，有效地避免了“碰撞”和“隱藏終端”等問(wèn)題。

D、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。

E、語(yǔ)言支持。

F、糾錯(cuò)技術(shù)，其采用的是FEC(前向糾錯(cuò))方案。

(5)藍(lán)牙接口由3大單元組成：無(wú)線單元、基帶單元、鏈路管理與控制單元。

22、1394接口

(1)1394作為一種標(biāo)準(zhǔn)總線，可以在不同的工業(yè)設(shè)備之間架起一座溝通的橋梁，在一條總線上可以接入63個(gè)設(shè)備。

(2)IEEE 1394的特點(diǎn)：

A、支持多種總線速度，適應(yīng)不同應(yīng)用要求。

B、即插即用，支持熱插拔。

C、支持同步和異步兩種傳輸方式。

D、支持點(diǎn)到點(diǎn)通信模式，IEEE 1394是多主總線。

E、遵循ANSI IEEE 1212控制及狀態(tài)寄存器(CSR)標(biāo)準(zhǔn)，定義了64位的地址空間，可尋址1024條總線的63個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)可包含256TB的內(nèi)存空間。

F、支持較遠(yuǎn)距離的傳輸。

G、支持公平仲裁原則，為每一種傳輸方式保證足夠的傳輸帶寬。

H、六線電纜具有電源線，可傳輸8～40V的直流電壓。

(3)IEEE 1394的協(xié)議棧由3層組成：物理層、鏈路層和事務(wù)層，例外還有一個(gè)管理層。物理層和鏈路層由硬件構(gòu)成，而事務(wù)層主要由軟件實(shí)現(xiàn)。

A、物理層提供IEEE 1394的電氣和機(jī)械接口，功能是重組字節(jié)流并將它們發(fā)送到目的節(jié)點(diǎn)上去。

B、鏈路層提供了給事務(wù)層確認(rèn)的數(shù)據(jù)服務(wù)，包括：尋址、數(shù)據(jù)組幀和數(shù)據(jù)校驗(yàn)。

C、事務(wù)層為應(yīng)用提供服務(wù)。

D、管理層定義了一個(gè)管理節(jié)點(diǎn)所使用的所有協(xié)議、服務(wù)以及進(jìn)程。

23、電源接口

(1)DC-DC轉(zhuǎn)換器有三種類型：

A、線性穩(wěn)壓器：產(chǎn)生較輸入電壓低的電壓。

B、開關(guān)穩(wěn)壓器：能升高電壓、降低電壓或翻轉(zhuǎn)輸入電壓。

C、充電泵：可以升高、降低或翻轉(zhuǎn)輸入電壓，但電流驅(qū)動(dòng)能力有限。

(2)任何變壓器的轉(zhuǎn)換過(guò)程都不具有100%的效率，穩(wěn)壓器本省也使用電流(靜態(tài)電流)，這個(gè)電流來(lái)自輸入電流。靜態(tài)電流越大，穩(wěn)壓器功耗越大。

(3)線性穩(wěn)壓器輸入輸出使用退耦電容來(lái)過(guò)濾，電容除了有助于平穩(wěn)電壓以外，還有利于去除電源中的瞬間短時(shí)脈沖波形干擾。

(4)電壓與功耗之間的平方關(guān)系意味著理想高效的方法是在要求較低電壓的較低時(shí)鐘速率上執(zhí)行代碼，而不是先以最高的時(shí)鐘速率執(zhí)行代碼然后再轉(zhuǎn)為空閑休眠。

(5)電源通常被認(rèn)為是整個(gè)系統(tǒng)的“心臟”，絕大多數(shù)電子設(shè)備50%～80%的節(jié)能潛力在于電源系統(tǒng)，研制開發(fā)新型開關(guān)電源是節(jié)能的主要舉措之一。

(6)降低功耗的設(shè)計(jì)技術(shù)：

A、采用低功耗器件，例如選用CMOS電路芯片。

B、采用高集成度專用器件，外部設(shè)備的選擇也要盡量支持低功耗設(shè)計(jì)。

C、動(dòng)態(tài)調(diào)整處理器的時(shí)鐘頻率和電壓，在允許的情況下盡量使用低頻率器件。

D、利用“節(jié)電”工作方式。

E、合理處理器件空余引腳：

a、大多數(shù)數(shù)字電路的輸出端在輸出低電平時(shí)，其功耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于輸出高電平時(shí)的功耗，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該注意控制低電平的輸出時(shí)間，閑置時(shí)使其處于高電平輸出狀態(tài)。

b、多余的非門、與非門的輸入端應(yīng)接低電平，多余的與門、或門的輸入端應(yīng)接高電平。

c、ROM或RAM及其他有片選信號(hào)的器件，不要將“片選”引腳直接接地，避免器件長(zhǎng)期被接通，而應(yīng)該與“讀/寫”信號(hào)結(jié)合，只對(duì)其進(jìn)行讀寫操作時(shí)才選通。

F、實(shí)現(xiàn)電源管理，設(shè)計(jì)外部器件電源控制電路，控制“耗電大戶”的供電情況。