嵌入式系統基礎及知識及接口技術總結

1三、嵌入式系統的評價方法：測量法和模型法

（1）測量法是最直接最基本的方法，須要解決兩個問題：

A、根據研究的目的，肯定要測量的系統參數。

B、選擇測量的工具和方式。

（2）測量的方式有兩種：採樣方式和事件跟蹤方式。

（3）模型法分爲分析模型法和模擬模型法。分析模型法是用一些數學方程去刻畫系統的模型，而模擬模型法是用模擬程序的運行去動態表達嵌入式系統的狀態，而進行系通通計分析，得出性能指標。

（4）分析模型法中使用最多的是排隊模型，它包括三個部分：輸入流、排隊規則和服務機構。

（5）使用模型對系統進行評價須要解決3個問題：設計模型、解模型、校準和證明模型。

接口技術

1. Flash存儲器

（1）Flash存儲器是一種非易失性存儲器，根據結構的不一樣能夠將其分爲NOR Flash和NAND Flash兩種。

（2）Flash存儲器的特色：

A、區塊結構：在物理上分紅若干個區塊，區塊之間相互獨立。

B、先擦後寫：Flash的寫操做只能將數據位從1寫成0，不能從0寫成1，因此在對存儲器進行寫入以前必須先執行擦除操做，將預寫入的數據位初始化爲1。擦除操做的最小單位是一個區塊，而不是單個字節。

C、操做指令：執行寫操做，它必須輸入一串特殊指令（NOR Flash）或者完成一段時序（NAND Flash）才能將數據寫入。

D、位反轉：因爲Flash的固有特性，在讀寫過程當中偶爾會產生一位或幾位的數據錯誤。位反轉沒法避免，只能經過其餘手段對結果進行過後處理。

E、壞塊：區塊一旦損壞，將沒法進行修復。對已損壞的區塊操做其結果不可預測。

（3）NOR Flash的特色：

應用程序能夠直接在閃存內運行，不須要再把代碼讀到系統RAM中運行。NOR Flash的傳輸效率很高，在1MB~4MB的小容量時具備很高的成本效益，可是很低的寫入和擦除速度大大影響了它的性能。

（4）NAND Flash的特色

可以提升極高的密度單元，能夠達到高存儲密度，而且寫入和擦除的速度也很快，這也是爲什麼全部的U盤都使用NAND Flash做爲存儲介質的緣由。應用NAND Flash的困難在於閃存須要特殊的系統接口。

（5）NOR Flash與NAND Flash的區別：

A、NOR Flash的讀速度比NAND Flash稍快一些。

B、NAND Flash的擦除和寫入速度比NOR Flash快不少。

C、NAND Flash的隨機讀取能力差，適合大量數據的連續讀取。

D、NOR Flash帶有SRAM接口，有足夠的地址引進來尋址，能夠很容易地存取其內部的每個字節。NAND Flash的地址、數據和命令共用8位總線（有寫公司的產品使用16位），每次讀寫都要使用複雜的I/O接口串行地存取數據。

E、NOR Flash的容量通常較小，一般在1MB~8MB之間；NAND Flash只用在8MB以上的產品中。所以，NOR Flash只要應用在代碼存儲介質中，NAND Flash適用於資料存儲。

F、NAND Flash中每一個塊的最大擦寫次數是一百萬次，而NOR Flash是十萬次。

G、NOR Flash能夠像其餘內存那樣鏈接，很是直接地使用，並能夠在上面直接運行代碼；NAND Flash須要特殊的I/O接口，在使用的時候，必須先寫入驅動程序，才能繼續執行其餘操做。由於設計師毫不能向壞塊寫入，這就意味着在NAND Flash上自始至終必須進行虛擬映像。

H、NOR Flash用於對數據可靠性要求較高的代碼存儲、通訊產品、網絡處理等領域，被成爲代碼閃存；NAND Flash則用於對存儲容量要求較高的MP三、存儲卡、U盤等領域，被成爲數據閃存信盈達嵌入式企鵝要妖氣嗚嗚吧久零就要。

二、RAM存儲器

（1）SRAM的特色：

SRAM表示靜態隨機存取存儲器，只要供電它就會保持一個值，它沒有刷新週期，由觸發器構成基本單元，集成度低，每一個SRAM存儲單元由6個晶體管組成，所以其成本較高。它具備較高速率，經常使用於高速緩衝存儲器。

一般SRAM有4種引腳：

CE：片選信號，低電平有效。
R/W：讀寫控制信號。
ADDRESS：一組地址線。
DATA：用於數據傳輸的一組雙向信號線。

（2）DRAM的特色：

DRAM表示動態隨機存取存儲器。這是一種以電荷形式進行存儲的半導體存儲器。它的每一個存儲單元由一個晶體管和一個電容器組成，數據存儲在電容器中。電容器會因爲漏電而致使電荷丟失，於是DRAM器件是不穩定的。它必須有規律地進行刷新，從而將數據保存在存儲器中。

DRAM的接口比較複雜，一般有一下引腳：

CE：片選信號，低電平有效。
R/W：讀寫控制信號。
RAS：行地址選通訊號，一般接地址的高位部分。
CAS：列地址選通訊號，一般接地址的低位部分。
ADDRESS：一組地址線。
DATA：用於數據傳輸的一組雙向信號線。

（3）SDRAM的特色：

SDRAM表示同步動態隨機存取存儲器。同步是指內存工做須要同步時鐘，內部的命令發送與數據的傳輸都以它爲基準；動態是指存儲器陣列須要不斷的刷新來保證數據不丟失。它一般只能工做在133MHz的主頻。

（4）DDRAM的特色

DDRAM表示雙倍速率同步動態隨機存取存儲器，也稱DDR。DDRAM是基於SDRAM技術的，SDRAM在一個時鐘週期內只傳輸一次數據，它是在時鐘的上升期進行數據傳輸；而DDR內存則是一個時鐘週期內傳輸兩次次數據，它可以在時鐘的上升期和降低期各傳輸一次數據。在133MHz的主頻下，DDR內存帶寬能夠達到133×64b/8×2＝2.1GB/s。

## 三、硬盤、光盤、CF卡、SD卡

四、GPIO原理與結構

GPIO是I/O的最基本形式，它是一組輸入引腳或輸出引腳。有些GPIO引腳可以加以編程改變工做方向，一般有兩個控制寄存器：數據寄存器和數據方向寄存器。數據方向寄存器設置端口的方向。若是將引腳設置爲輸出，那麼數據寄存器將控制着該引腳狀態。若將引腳設置爲輸入，則此輸入引腳的狀態由引腳上的邏輯電路層來實現對它的控制。

五、A/D接口

（1）A/D轉換器是把電模擬量轉換爲數字量的電路。實現A/D轉換的方法有不少，經常使用的方法有計數法、雙積分法和逐次逼進法。

（2）計數式A/D轉換法

其電路主要部件包括：比較器、計數器、D/A轉換器和標準電壓源。

其工做原理簡單來講就是，有一個計數器，從0開始進行加1計數，每進行一次加1，該數值做爲D/A轉換器的輸入，其產生一個比較電壓VO與輸入模擬電壓VIN進行比較。若是VO小於VIN則繼續進行加1計數，直到VO大於VIN，這時計數器的累加數值就是A/D轉換器的輸出值。

這種轉換方式的特色是簡單，可是速度比較慢，特別是模擬電壓較高時，轉換速度更慢。例如對於一個8位A/D轉換器，若輸入模擬量爲最大值，計數器要從0開始計數到255，作255次D/A轉換和電壓比較的工做，才能完成轉換。

（3）雙積分式A/D轉換法

其電路主要部件包括：積分器、比較器、計數器和標準電壓源。

其工做原理是，首先電路對輸入待測電壓進行固定時間的積分，而後換爲標準電壓進行固定斜率的反向積分，反向積分進行到必定時間，便返回起始值。因爲使用固定斜率，對標準電壓進行反向積分的時間正比於輸入模擬電壓值，輸入模擬電壓越大，反向積分回到起始值的時間越長。只要用標準的高頻時鐘脈衝測定反向積分花費的時間，就能夠獲得相應於輸入模擬電壓的數字量，也就完成了A/D轉換。

其特色是，具備很強的抗工頻干擾能力，轉換精度高，但轉換速度慢，一般轉換頻率小於10Hz，主要用於數字式測試儀表、溫度測量等方面。

（4）逐次逼近式A/D轉換法

其電路主要部件包括：比較器、D/A轉換器、逐次逼近寄存器和基準電壓源。

其工做原理是，實質上就是對分搜索法，和平時天平的使用原理同樣。在進行A/D轉換時，由D/A轉換器從高位到低位逐位增長轉換位數，產生不一樣的輸出電壓，把輸入電壓與輸出電壓進行比較而實現。首先使最高位爲1，這至關於取出基準電壓的1/2與輸入電壓比較，若是在輸入電壓小於1/2的基準電壓，則最高位置0，反之置1。以後，次高位置1，至關於在1/2的範圍中再做對分搜索，以此類推，逐次逼近。

其特色是，速度快，轉換精度高，對N位A/D轉換器只須要M個時鐘脈衝便可完成，通常可用於測量幾十到幾百微秒的過渡過程的變化，是目前應用最廣泛的轉換方法。

（5）A/D轉換的重要指標（有可能考一些簡單的計算）

A、分辨率：反映A/D轉換器對輸入微小變化響應的能力，一般用數字輸出最低位（LSB）所對應的模擬電壓的電平值表示。n位A/D轉換器能反映1/2n滿量程的模擬輸入電平。

B、量程：所能轉換的模擬輸入電壓範圍，分爲單極性和雙極性兩種類型。

C、轉換時間：完成一次A/D轉換所須要的時間，其倒數爲轉換速率。

D、精度：精度與分辨率是兩個不一樣的概念，即便分辨率很高，也可能因爲溫漂、線性度等緣由使其精度不夠高。精度有絕對精度和相對精度兩種表示方法。一般用數字量的最低有效位LSB的分數值來表示絕對精度，用其模擬電壓滿量程的百分比來表示相對精度。

例如，滿量程10V，10位A/D芯片，若其絕對精度爲±1/2LSB，則其最小有效位LSB的量化單位爲：10/1024＝9.77mv，其絕對精度爲9.77mv/2＝4.88mv，相對精度爲：0.048％。