從小白到大神—嵌入式系統(tǒng)

1、什么是嵌入式

IEEE（Institute of Electrical and Electronics Engineers，美國電氣和電子工程師協(xié)會）對嵌入式系統(tǒng)的定義：“用于控制、監(jiān)視或者輔助操作機(jī)器和設(shè)備的裝置”。原文為：Devices Used to Control，Monitor or Assist the Operation of Equipment，Machinery or Plants）。

嵌入式系統(tǒng)是一種專用的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，作為裝置或設(shè)備的一部分。通常，嵌入式系統(tǒng)是一個控制程序存儲在 ROM 中的嵌入式處理器控制板。事實(shí)上，所有帶有數(shù)字接口的設(shè)備，如手表、微波爐、錄像機(jī)、汽車等，都使用嵌入式系統(tǒng)，有些嵌入式系統(tǒng)還包含操作系統(tǒng)，但大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)都是由單個程序?qū)崿F(xiàn)整個控制邏輯。

從應(yīng)用對象上加以定義，嵌入式系統(tǒng)是軟件和硬件的綜合體，還可以涵蓋機(jī)械等附屬裝置。國內(nèi)普遍認(rèn)同的嵌入式系統(tǒng)定義為：以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟硬件可裁剪，適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗等嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

一個嵌入式系統(tǒng)裝置一般都由嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和執(zhí)行裝置組成,嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是整個嵌入式系統(tǒng)的核心，由硬件層、中間層、系統(tǒng)軟件層和應(yīng)用軟件層組成。執(zhí)行裝置也稱為被控對象，它可以接受嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)發(fā)出的控制命令，執(zhí)行所規(guī)定的操作或任務(wù)。執(zhí)行裝置可以很簡單，如手機(jī)上的一個微小型的電機(jī)，當(dāng)手機(jī)處于震動接收狀態(tài)時打開；也可以很復(fù)雜，如 SONY 智能機(jī)器狗，上面集成了多個微小型控制電機(jī)和多種傳感器，從而可以執(zhí)行各種復(fù)雜的動作和感受各種狀態(tài)信息。

2、嵌入式系統(tǒng)的組成

一、硬件層
硬件層中包含嵌入式微處理器、存儲器（SDRAM、ROM、Flash 等）、通用設(shè)備接口和 I/O 接口（A/D、D/A、I/O 等）。在一嵌入式處理器基礎(chǔ)上添加電源電路、時鐘電路和存儲器電路，就構(gòu)成了一個嵌入式核心控制模塊。其中操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序都可以固化在ＲＯＭ中。

二、中間層
硬件層與軟件層之間為中間層，也稱為硬件抽象層（Hardware Abstract Layer,HAL）或者板級支持包（Board Support Package,BSP），它半系統(tǒng)上層軟件與底層硬件分離開來，使系統(tǒng)的底層驅(qū)動程序與硬件無關(guān)，上層軟件開發(fā)人員無需關(guān)心底層硬件的具體情況，根據(jù) BSP 層提供的接口即可進(jìn)行開發(fā)。該層一般包含相關(guān)底層硬件的初始化、數(shù)據(jù)的輸入 / 輸出操作和硬件設(shè)備的配置功能。 實(shí)際上,BSP 是一個介于操作系統(tǒng)和底層硬件之間的軟件層次，包括了系統(tǒng)中大部分與硬件聯(lián)系緊密的軟件模塊。設(shè)計(jì)一個完整的 BSP 需要完成兩部分工作：嵌入工系統(tǒng)的硬件初始化的 BSP 功能，設(shè)計(jì)硬件相關(guān)的設(shè)備驅(qū)動。

三、系統(tǒng)軟件層

系統(tǒng)軟件層由實(shí)時多任務(wù)操作系統(tǒng)（Real-time Operation System,RTOS）、文件系統(tǒng)、圖形用戶接口(Graphic User Interface,GUI)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及通用組件模塊組成。RTOS 是嵌入式應(yīng)用軟件的基礎(chǔ)和開發(fā)平臺。

3、實(shí)時系統(tǒng)

(1)定義：能在指定或確定的時間內(nèi)完成系統(tǒng)功能和對外部或內(nèi)部、同步或異步時間做出響應(yīng)的系統(tǒng)。

(2)區(qū)別：通用系統(tǒng)一般追求的是系統(tǒng)的平均響應(yīng)時間和用戶的使用方便;而實(shí)時系統(tǒng)主要考慮的是在最壞情況下的系統(tǒng)行為。

(3)特點(diǎn)：時間約束性、可預(yù)測性、可靠性、與外部環(huán)境的交互性。

(4)硬實(shí)時(強(qiáng)實(shí)時)：指應(yīng)用的時間需求應(yīng)能夠得到完全滿足，否則就造成重大安全事故，甚至造成重大的生命財(cái)產(chǎn)損失和生態(tài)破壞，如：航天、軍事。

(5)軟實(shí)時(弱實(shí)時)：指某些應(yīng)用雖然提出了時間的要求，但實(shí)時任務(wù)偶爾違反這種需求對系統(tǒng)運(yùn)行及環(huán)境不會造成嚴(yán)重影響，如：監(jiān)控系統(tǒng)、實(shí)時信息采集系統(tǒng)。

(6)任務(wù)的約束包括：時間約束、資源約束、執(zhí)行順序約束和性能約束。

4、實(shí)時系統(tǒng)的調(diào)度

(1)調(diào)度：給定一組實(shí)時任務(wù)和系統(tǒng)資源，確定每個任務(wù)何時何地執(zhí)行的整個過程。

(2)搶占式調(diào)度：通常是優(yōu)先級驅(qū)動的調(diào)度，如 uCOS。優(yōu)點(diǎn)是實(shí)時性好、反應(yīng)快，調(diào)度算法相對簡單，可以保證高優(yōu)先級任務(wù)的時間約束;缺點(diǎn)是上下文切換多。

(3)非搶占式調(diào)度：通常是按時間片分配的調(diào)度，不允許任務(wù)在執(zhí)行期間被中斷，任務(wù)一旦占用處理器就必須執(zhí)行完畢或自愿放棄，如 WinCE。優(yōu)點(diǎn)是上下文切換少;缺點(diǎn)是處理器有效資源利用率低，可調(diào)度性不好。

(4)靜態(tài)表驅(qū)動策略：系統(tǒng)在運(yùn)行前根據(jù)各任務(wù)的時間約束及關(guān)聯(lián)關(guān)系，采用某種搜索策略生成一張運(yùn)行時刻表，指明各任務(wù)的起始運(yùn)行時刻及運(yùn)行時間。

(5)優(yōu)先級驅(qū)動策略：按照任務(wù)優(yōu)先級的高低確定任務(wù)的執(zhí)行順序。

(6)實(shí)時任務(wù)分類：周期任務(wù)、偶發(fā)任務(wù)、非周期任務(wù)。

(7)實(shí)時系統(tǒng)的通用結(jié)構(gòu)模型：數(shù)據(jù)采集任務(wù)實(shí)現(xiàn)傳感器數(shù)據(jù)的采集，數(shù)據(jù)處理任務(wù)處理采集的數(shù)據(jù)、并將加工后的數(shù)據(jù)送到執(zhí)行機(jī)構(gòu)管理任務(wù)控制機(jī)構(gòu)執(zhí)行。

5、嵌入式微處理器體系結(jié)構(gòu)

(1)馮諾依曼結(jié)構(gòu)：程序和數(shù)據(jù)共用一個存儲空間，程序指令存儲地址和數(shù)據(jù)存儲地址指向同一個存儲器的不同物理位置，采用單一的地址及數(shù)據(jù)總線，程序和數(shù)據(jù)的寬度相同。例如：8086、ARM7、MIPS…

(2)哈佛結(jié)構(gòu)：程序和數(shù)據(jù)是兩個相互獨(dú)立的存儲器，每個存儲器獨(dú)立編址、獨(dú)立訪問，是一種將程序存儲和數(shù)據(jù)存儲分開的存儲器結(jié)構(gòu)。例如：AVR、ARM9、ARM10…

(3)CISC 與 RISC 的特點(diǎn)比較。

計(jì)算機(jī)執(zhí)行程序所需要的時間 P 可以用下面公式計(jì)算：

P=I×CPI×T

I：高級語言程序編譯后在機(jī)器上運(yùn)行的指令數(shù)。

CPI：為執(zhí)行每條指令所需要的平均周期數(shù)。

T：每個機(jī)器周期的時間。

(4)流水線的思想：在 CPU 中把一條指令的串行執(zhí)行過程變?yōu)槿舾芍噶畹淖舆^程在 CPU 中重疊執(zhí)行。

(5)流水線的指標(biāo)：

吞吐率：單位時間里流水線處理機(jī)流出的結(jié)果數(shù)。如果流水線的子過程所用時間不一樣長，則吞吐率應(yīng)為最長子過程的倒數(shù)。
建立時間：流水線開始工作到達(dá)最大吞吐率的時間。若 m 個子過程所用時間一樣，均為 t，則建立時間 T=mt。

(6)信息存儲的字節(jié)順序

A、存儲器單位：字節(jié)(8 位)

B、字長決定了微處理器的尋址能力，即虛擬地址空間的大小。

C、32 位微處理器的虛擬地址空間位 232，即 4GB。

D、小端字節(jié)順序：低字節(jié)在內(nèi)存低地址處，高字節(jié)在內(nèi)存高地址處。

E、大端字節(jié)順序：高字節(jié)在內(nèi)存低地址處，低字節(jié)在內(nèi)存高地址處。

F、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的存儲順序問題取決于 OSI 模型底層中的數(shù)據(jù)鏈路層。

6、邏輯電路基礎(chǔ)

(1)根據(jù)電路是否具有存儲功能，將邏輯電路劃分為：組合邏輯電路和時序邏輯電路。

(2)組合邏輯電路：電路在任一時刻的輸出，僅取決于該時刻的輸入信號，而與輸入信號作用前電路的狀態(tài)無關(guān)。常用的邏輯電路有譯碼器和多路選擇器等。

(3)時序邏輯電路：電路任一時刻的輸出不僅與該時刻的輸入有關(guān)，而且還與該時刻電路的狀態(tài)有關(guān)。因此，時序電路中必須包含記憶元件。觸發(fā)器是構(gòu)成時序邏輯電路的基礎(chǔ)。常用的時序邏輯電路有寄存器和計(jì)數(shù)器等。

(4)真值表、布爾代數(shù)、摩根定律、門電路的概念。

(5)NOR(或非)和 NAND(與非)的門電路稱為全能門電路，可以實(shí)現(xiàn)任何一種邏輯函數(shù)。

(6)譯碼器：多輸入多輸出的組合邏輯網(wǎng)絡(luò)。

每輸入一個 n 位的二進(jìn)制代碼，在 m 個輸出端中最多有一個有效。

當(dāng) m=2n 是，為全譯碼;當(dāng) m《2n 時，為部分譯碼。

(7)由于集成電路的高電平輸出電流小，而低電平輸出電流相對比較大，采用集成門電路直接驅(qū)動 LED 時，較多采用低電平驅(qū)動方式。液晶七段字符顯示器 LCD 利用液晶有外加電場和無外加電場時不同的光學(xué)特性來顯示字符。

(8)時鐘信號是時序邏輯的基礎(chǔ)，它用于決定邏輯單元中的狀態(tài)合適更新。同步是時鐘控制系統(tǒng)中的主要制約條件。

(9)在選用觸發(fā)器的時候，觸發(fā)方式是必須考慮的因素。觸發(fā)方式有兩種：

方式 1：電平觸發(fā)方式：具有結(jié)構(gòu)簡單的有點(diǎn)，常用來組成暫存器。

方式 2：邊沿觸發(fā)方式：具有很強(qiáng)的抗數(shù)據(jù)端干擾能力，常用來組成寄存器、計(jì)數(shù)器等。

7、總線電路及信號驅(qū)動

(1)總線是各種信號線的集合，是嵌入式系統(tǒng)中各部件之間傳送數(shù)據(jù)、地址和控制信息的公共通路。在同一時刻，每條通路線路上能夠傳輸一位二進(jìn)制信號。按照總線所傳送的信息類型，可以分為：數(shù)據(jù)總線(DB)、地址總線(AB)和控制總線(CB)。

(2)總線的主要參數(shù)：

總線帶寬：一定時間內(nèi)總線上可以傳送的數(shù)據(jù)量，一般用 MByte/s 表示。

總線寬度：總線能同時傳送的數(shù)據(jù)位數(shù)(bit)，即人們常說的 32 位、64 位等總線寬度的概念，也叫總線位寬?？偩€的位寬越寬，總線每秒數(shù)據(jù)傳輸率越大，也就是總線帶寬越寬。

總線頻率：工作時鐘頻率以 MHz 為單位，工作頻率越高，則總線工作速度越快，也即總線帶寬越寬。

總線帶寬 = 總線位寬×總線頻率 /8， 單位是 MBps。

常用總線：ISA 總線、PCI 總線、IIC 總線、SPI 總線、PC104 總線和 CAN 總線等。

(3)只有具有三態(tài)輸出的設(shè)備才能夠連接到數(shù)據(jù)總線上，常用的三態(tài)門為輸出緩沖器。

(4)當(dāng)總線上所接的負(fù)載超過總線的負(fù)載能力時，必須在總線和負(fù)載之間加接緩沖器或驅(qū)動器，最常用的是三態(tài)緩沖器，其作用是驅(qū)動和隔離。

(5)采用總線復(fù)用技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)總線和地址總線的共用。但會帶來兩個問題：

A、需要增加外部電路對總線信號進(jìn)行復(fù)用解耦，例如：地址鎖存器。

B、總線速度相對非復(fù)用總線系統(tǒng)低。

(6)兩類總線通信協(xié)議：同步方式、異步方式。

(7)對總線仲裁問題的解決是以優(yōu)先級(優(yōu)先權(quán))的概念為基礎(chǔ)。

8、電平轉(zhuǎn)換電路

(1)數(shù)字集成電路可以分為兩大類：雙極型集成電路(TTL)、金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)。

(2)CMOS 電路由于其靜態(tài)功耗極低，工作速度較高，抗干擾能力較強(qiáng)，被廣泛使用。

(3)解決 TTL 與 CMOS 電路接口困難的辦法是在 TTL 電路輸出端與電源之間接一上拉電阻 R，上拉電阻 R 的取值由 TTL 的高電平輸出漏電流 IOH 來決定，不同系列的 TTL 應(yīng)選用不同的 R 值。

9、嵌入式系統(tǒng)中信息表示與運(yùn)算基礎(chǔ)

(1)進(jìn)位計(jì)數(shù)制與轉(zhuǎn)換：這樣比較簡單，也應(yīng)該掌握怎么樣進(jìn)行換算，有出題的可能。

(2)計(jì)算機(jī)中數(shù)的表示：源碼、反碼與補(bǔ)碼。

正數(shù)的反碼與源碼相同，負(fù)數(shù)的反碼為該數(shù)的源碼除符號位外按位取反。

正數(shù)的補(bǔ)碼與源碼相同，負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼為該數(shù)的反碼加一。

例如 -98 的源碼：11100010B

反碼：10011101B

補(bǔ)碼：10011110B

(3)定點(diǎn)表示法：數(shù)的小數(shù)點(diǎn)的位置人為約定固定不變。

浮點(diǎn)表示法：數(shù)的小數(shù)點(diǎn)位置是浮動的，它由尾數(shù)部分和階數(shù)部分組成。

任意一個二進(jìn)制 N 總可以寫成：N=2P×S。S 為尾數(shù)，P 為階數(shù)。

(4)漢字表示法，搞清楚 GB2318-80 中國標(biāo)碼和機(jī)內(nèi)碼的變換。

(5)語音編碼中波形量化參數(shù)(可能會出簡單的計(jì)算題目哦)

采樣頻率：一秒內(nèi)采樣的次數(shù)，反映了采樣點(diǎn)之間的間隔大小。

人耳的聽覺上限是 20kHz，因此 40kHz 以上的采樣頻率足以使人滿意。

CD 唱片采用的采樣頻率是 44.1kHz。

測量精度：樣本的量化等級，目前標(biāo)準(zhǔn)采樣量級有 8 位和 16 位兩種。

聲道數(shù)：單聲道和立體聲雙道。立體聲需要兩倍的存儲空間。

10、差錯控制編碼

(1)根據(jù)碼組的功能，可以分為檢錯碼和糾錯碼兩類。檢錯碼是指能自動發(fā)現(xiàn)差錯的碼，例如奇偶檢驗(yàn)碼;糾錯碼是指不僅能發(fā)現(xiàn)差錯而且能自動糾正差錯的碼，例如循環(huán)冗余校驗(yàn)碼。

(2)奇偶檢驗(yàn)碼、海明碼、循環(huán)冗余校驗(yàn)碼(CRC)。

11、差錯控制編碼嵌入式系統(tǒng)的度量項(xiàng)目

(1)性能指標(biāo)：

分為部件性能指標(biāo)和綜合性能指標(biāo)，主要包括：吞吐率、實(shí)時性和各種利用率。

(2)可靠性與安全性:

可靠性是嵌入式系統(tǒng)最重要、最突出的基本要求，是一個嵌入式系統(tǒng)能正常工作的保證，一般用平均故障間隔時間 MTBF 來度量。

(3)可維護(hù)性:

一般用平均修復(fù)時間 MTTR 表示。

(4)可用性

(5)功耗

(6)環(huán)境適應(yīng)性

(7)通用性

(8)安全性

(9)保密性

(10)可擴(kuò)展性

性價比中的價格，除了直接購買嵌入式系統(tǒng)的價格外，還應(yīng)包含安裝費(fèi)用、若干年的運(yùn)行維修費(fèi)用和軟件租用費(fèi)。

嵌入式系統(tǒng)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，需要解決兩個問題：

A、根據(jù)研究的目的，確定要測量的系統(tǒng)參數(shù)。

B、選擇測量的工具和方式。

(2)測量的方式有兩種：采樣方式和事件跟蹤方式。

(3)模型法分為分析模型法和模擬模型法。分析模型法是用一些數(shù)學(xué)方程去刻畫系統(tǒng)的模型，而模擬模型法是用模擬程序的運(yùn)行去動態(tài)表達(dá)嵌入式系統(tǒng)的狀態(tài)，而進(jìn)行系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)分析，得出性能指標(biāo)。

(4)分析模型法中使用最多的是排隊(duì)模型，它包括三個部分：輸入流、排隊(duì)規(guī)則和服務(wù)機(jī)構(gòu)。

(5)使用模型對系統(tǒng)進(jìn)行評價需要解決 3 個問題：設(shè)計(jì)模型、解模型、校準(zhǔn)和證實(shí)模型。

12、接口技術(shù)

1、Flash 存儲器

(1)Flash 存儲器是一種非易失性存儲器，根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同可以將其分為 NOR Flash 和 NAND Flash 兩種。

(2)Flash 存儲器的特點(diǎn)：

A、區(qū)塊結(jié)構(gòu)：在物理上分成若干個區(qū)塊，區(qū)塊之間相互獨(dú)立。

B、先擦后寫：Flash 的寫操作只能將數(shù)據(jù)位從 1 寫成 0，不能從 0 寫成 1，所以在對存儲器進(jìn)行寫入之前必須先執(zhí)行擦除操作，將預(yù)寫入的數(shù)據(jù)位初始化為 1。擦除操作的最小單位是一個區(qū)塊，而不是單個字節(jié)。

C、操作指令：執(zhí)行寫操作，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(shù)據(jù)寫入。

D、位反轉(zhuǎn)：由于 Flash 的固有特性，在讀寫過程中偶爾會產(chǎn)生一位或幾位的數(shù)據(jù)錯誤。位反轉(zhuǎn)無法避免，只能通過其他手段對結(jié)果進(jìn)行事后處理。

E、壞塊：區(qū)塊一旦損壞，將無法進(jìn)行修復(fù)。對已損壞的區(qū)塊操作其結(jié)果不可預(yù)測。

(3)NOR Flash 的特點(diǎn)：

應(yīng)用程序可以直接在閃存內(nèi)運(yùn)行，不需要再把代碼讀到系統(tǒng) RAM 中運(yùn)行。NOR Flash 的傳輸效率很高，在 1MB~4MB 的小容量時具有很高的成本效益，但是很低的寫入和擦除速度大大影響了它的性能。

(4)NAND Flash 的特點(diǎn)

能夠提高極高的密度單元，可以達(dá)到高存儲密度，并且寫入和擦除的速度也很快，這也是為何所有的 U 盤都使用 NAND Flash 作為存儲介質(zhì)的原因。應(yīng)用 NAND Flash 的困難在于閃存需要特殊的系統(tǒng)接口。

(5)NOR Flash 與 NAND Flash 的區(qū)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 快很多

C、NAND Flash 的隨機(jī)讀取能力差，適合大量數(shù)據(jù)的連續(xù)讀取。

D、NOR Flash 帶有 SRAM 接口，有足夠的地址引進(jìn)來尋址，可以很容易地存取其內(nèi)部的每一個字節(jié)。NAND Flash 的地址、數(shù)據(jù)和命令共用 8 位總線(有寫公司的產(chǎn)品使用 16 位)，每次讀寫都要使用復(fù)雜的 I/O 接口串行地存取數(shù)據(jù)。

E、NOR Flash 的容量一般較小，通常在 1MB~8MB 之間;NAND Flash 只用在 8MB 以上的產(chǎn)品中。因此，NOR Flash 只要應(yīng)用在代碼存儲介質(zhì)中，NAND Flash 適用于資料存儲。

F、NAND Flash 中每個塊的最大擦寫次數(shù)是一百萬次，而 NOR Flash 是十萬次。

G、NOR Flash 可以像其他內(nèi)存那樣連接，非常直接地使用，并可以在上面直接運(yùn)行代碼;NAND Flash 需要特殊的 I/O 接口，在使用的時候，必須先寫入驅(qū)動程序，才能繼續(xù)執(zhí)行其他操作。因?yàn)樵O(shè)計(jì)師絕不能向壞塊寫入，這就意味著在 NAND Flash 上自始至終必須進(jìn)行虛擬映像。

H、NOR Flash 用于對數(shù)據(jù)可靠性要求較高的代碼存儲、通信產(chǎn)品、網(wǎng)絡(luò)處理等領(lǐng)域，被成為代碼閃存;NAND Flash 則用于對存儲容量要求較高的 MP3、存儲卡、U 盤等領(lǐng)域，被成為數(shù)據(jù)閃存。

2、RAM 存儲器
(1)SRAM 的特點(diǎn)：

SRAM 表示靜態(tài)隨機(jī)存取存儲器，只要供電它就會保持一個值，它沒有刷新周期，由觸發(fā)器構(gòu)成基本單元，集成度低，每個 SRAM 存儲單元由 6 個晶體管組成，因此其成本較高。它具有較高速率，常用于高速緩沖存儲器。

通常 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：用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊唤M雙向信號線。

(2)DRAM 的特點(diǎn)：

DRAM 表示動態(tài)隨機(jī)存取存儲器。這是一種以電荷形式進(jìn)行存儲的半導(dǎo)體存儲器。它的每個存儲單元由一個晶體管和一個電容器組成，數(shù)據(jù)存儲在電容器中。電容器會由于漏電而導(dǎo)致電荷丟失，因而 DRAM 器件是不穩(wěn)定的。它必須有規(guī)律地進(jìn)行刷新，從而將數(shù)據(jù)保存在存儲器中。

DRAM 的接口比較復(fù)雜，通常有一下引腳：

CE：片選信號，低電平有效。

R/W：讀寫控制信號。

RAS：行地址選通信號，通常接地址的高位部分。

CAS：列地址選通信號，通常接地址的低位部分。

ADDRESS：一組地址線。

DATA：用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊唤M雙向信號線。

(3)SDRAM 的特點(diǎn)：

SDRAM 表示同步動態(tài)隨機(jī)存取存儲器。同步是指內(nèi)存工作需要同步時鐘，內(nèi)部的命令發(fā)送與數(shù)據(jù)的傳輸都以它為基準(zhǔn);動態(tài)是指存儲器陣列需要不斷的刷新來保證數(shù)據(jù)不丟失。它通常只能工作在 133MHz 的主頻。

(4)DDRAM 的特點(diǎn)

DDRAM 表示雙倍速率同步動態(tài)隨機(jī)存取存儲器，也稱 DDR。DDRAM 是基于 SDRAM 技術(shù)的，SDRAM 在一個時鐘周期內(nèi)只傳輸一次數(shù)據(jù)，它是在時鐘的上升期進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸;而 DDR 內(nèi)存則是一個時鐘周期內(nèi)傳輸兩次次數(shù)據(jù)，它能夠在時鐘的上升期和下降期各傳輸一次數(shù)據(jù)。在 133MHz 的主頻下，DDR 內(nèi)存帶寬可以達(dá)到 133×64b/8×2=2.1GB/s。

3、硬盤、光盤、CF 卡、SD 卡
4、GPIO 原理與結(jié)構(gòu)

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 引腳能夠加以編程改變工作方向，通常有兩個控制寄存器：數(shù)據(jù)寄存器和數(shù)據(jù)方向寄存器。數(shù)據(jù)方向寄存器設(shè)置端口的方向。如果將引腳設(shè)置為輸出，那么數(shù)據(jù)寄存器將控制著該引腳狀態(tài)。若將引腳設(shè)置為輸入，則此輸入引腳的狀態(tài)由引腳上的邏輯電路層來實(shí)現(xiàn)對它的控制。

5、A/D 接口
(1)A/D 轉(zhuǎn)換器是把電模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的電路。實(shí)現(xiàn) A/D 轉(zhuǎn)換的方法有很多，常用的方法有計(jì)數(shù)法、雙積分法和逐次逼進(jìn)法。

(2)計(jì)數(shù)式 A/D 轉(zhuǎn)換法

其電路主要部件包括：比較器、計(jì)數(shù)器、D/A 轉(zhuǎn)換器和標(biāo)準(zhǔn)電壓源。

其工作原理簡單來說就是，有一個計(jì)數(shù)器，從 0 開始進(jìn)行加 1 計(jì)數(shù)，每進(jìn)行一次加 1，該數(shù)值作為 D/A 轉(zhuǎn)換器的輸入，其產(chǎn)生一個比較電壓 VO 與輸入模擬電壓 VIN 進(jìn)行比較。如果 VO 小于 VIN 則繼續(xù)進(jìn)行加 1 計(jì)數(shù)，直到 VO 大于 VIN，這時計(jì)數(shù)器的累加數(shù)值就是 A/D 轉(zhuǎn)換器的輸出值。

這種轉(zhuǎn)換方式的特點(diǎn)是簡單，但是速度比較慢，特別是模擬電壓較高時，轉(zhuǎn)換速度更慢。例如對于一個 8 位 A/D 轉(zhuǎn)換器，若輸入模擬量為最大值，計(jì)數(shù)器要從 0 開始計(jì)數(shù)到 255，做 255 次 D/A 轉(zhuǎn)換和電壓比較的工作，才能完成轉(zhuǎn)換。

(3)雙積分式 A/D 轉(zhuǎn)換法

其電路主要部件包括：積分器、比較器、計(jì)數(shù)器和標(biāo)準(zhǔn)電壓源。

其工作原理是，首先電路對輸入待測電壓進(jìn)行固定時間的積分，然后換為標(biāo)準(zhǔn)電壓進(jìn)行固定斜率的反向積分，反向積分進(jìn)行到一定時間，便返回起始值。由于使用固定斜率，對標(biāo)準(zhǔn)電壓進(jìn)行反向積分的時間正比于輸入模擬電壓值，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(biāo)準(zhǔn)的高頻時鐘脈沖測定反向積分花費(fèi)的時間，就可以得到相應(yīng)于輸入模擬電壓的數(shù)字量，也就完成了 A/D 轉(zhuǎn)換。

其特點(diǎn)是，具有很強(qiáng)的抗工頻干擾能力，轉(zhuǎn)換精度高，但轉(zhuǎn)換速度慢，通常轉(zhuǎn)換頻率小于 10Hz，主要用于數(shù)字式測試儀表、溫度測量等方面。

(4)逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換法

其電路主要部件包括：比較器、D/A 轉(zhuǎn)換器、逐次逼近寄存器和基準(zhǔn)電壓源。

其工作原理是，實(shí)質(zhì)上就是對分搜索法，和平時天平的使用原理一樣。在進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換時，由 D/A 轉(zhuǎn)換器從高位到低位逐位增加轉(zhuǎn)換位數(shù)，產(chǎn)生不同的輸出電壓，把輸入電壓與輸出電壓進(jìn)行比較而實(shí)現(xiàn)。首先使最高位為 1，這相當(dāng)于取出基準(zhǔn)電壓的 1/2 與輸入電壓比較，如果在輸入電壓小于 1/2 的基準(zhǔn)電壓，則最高位置 0，反之置 1。之后，次高位置 1，相當(dāng)于在 1/2 的范圍中再作對分搜索，以此類推，逐次逼近。

其特點(diǎn)是，速度快，轉(zhuǎn)換精度高，對 N 位 A/D 轉(zhuǎn)換器只需要 M 個時鐘脈沖即可完成，一般可用于測量幾十到幾百微秒的過渡過程的變化，是目前應(yīng)用最普遍的轉(zhuǎn)換方法。

(5)A/D 轉(zhuǎn)換的重要指標(biāo)(有可能考一些簡單的計(jì)算)

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

B、量程：所能轉(zhuǎn)換的模擬輸入電壓范圍，分為單極性和雙極性兩種類型。

C、轉(zhuǎn)換時間：完成一次 A/D 轉(zhuǎn)換所需要的時間，其倒數(shù)為轉(zhuǎn)換速率。

D、精度：精度與分辨率是兩個不同的概念，即使分辨率很高，也可能由于溫漂、線性度等原因使其精度不夠高。精度有絕對精度和相對精度兩種表示方法。通常用數(shù)字量的最低有效位 LSB 的分?jǐn)?shù)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，若其絕對精度為±1/2LSB，則其最小有效位 LSB 的量化單位為：10/1024=9.77mv，其絕對精度為 9.77mv/2=4.88mv，相對精度為：0.048%。

6、D/A 接口基本

(1)D/A 轉(zhuǎn)換器使將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量。

(2)在集成電路中，通常采用 T 型網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬電流，再由運(yùn)算放大器將模擬電路轉(zhuǎn)換為模擬電壓。進(jìn)行 D/A 轉(zhuǎn)換實(shí)際上需要上面的兩個環(huán)節(jié)。

(3)D/A 轉(zhuǎn)換器的分類：

A、電壓輸出型：常作為高速 D/A 轉(zhuǎn)換器。

B、電流輸出型：一般外接運(yùn)算放大器使用。

C、乘算型：可用作調(diào)制器和使輸入信號數(shù)字化地衰減。

(4)D/A 轉(zhuǎn)換器的主要指標(biāo)：分辨率、建立時間、線性度、轉(zhuǎn)換精度、溫度系數(shù)。

7、鍵盤接口
(1)鍵盤的兩種形式：線性鍵盤和矩陣鍵盤。

(2)識別鍵盤上的閉合鍵通常有兩種方法：行掃描法和行反轉(zhuǎn)法。

(3)行掃描法是矩陣鍵盤按鍵常用的識別方法，此方法分為兩步進(jìn)行：

A、識別鍵盤哪一列的鍵被按下：讓所有行線均為低電平，查詢各列線電平是否為低，如果有列線為低，則說明該列有按鍵被按下，否則說明無按鍵按下。

B、如果某列有按鍵按下，識別鍵盤是哪一行按下：逐行置低電平，并置其余各行為高電平，查詢各列的變化，如果列電平變?yōu)榈碗娖剑瑒t可確定此行此列交叉點(diǎn)處按鍵被按下。

8、顯示接口

(1)LCD 的基本原理是，通過給不同的液晶單元供電，控制其光線的通過與否，從而達(dá)到顯示的目的。

(2)LCD 的光源提供方式有兩種：投射式和反射式。筆記本電腦的 LCD 顯示器為投射式，屏的背后有一個光源，因此外界環(huán)境可以不需要光源。一般微控制器上使用的 LCD 為反射式，需要外界提供電源，靠反射光來工作。電致發(fā)光(EL)是液晶屏提供光源的一種方式。

(3)按照液晶驅(qū)動方式分類，常見的 LCD 可以分為三類：扭轉(zhuǎn)向列類(TN)、超扭曲向列型(STN)和薄膜晶體管型(TFT)。

(4)市面上出售的 LCD 有兩種類型：帶有驅(qū)動電路的 LCD 顯示模塊，只要總線方式驅(qū)動;沒有驅(qū)動電路的 LCD 顯示器，使用控制器掃描方式。

(5)通常，LCD 控制器工作的時候，通過 DMA 請求總線，直接通過 SDRAM 控制器讀取 SDRAM 中指定地址(顯示緩沖區(qū))的數(shù)據(jù)，此數(shù)據(jù)經(jīng)過 LCD 控制器轉(zhuǎn)換成液晶屏掃描數(shù)據(jù)格式，直接驅(qū)動液晶顯示器。

(6)VGA 接口本質(zhì)上是一個模擬接口，一般都采用統(tǒng)一的 15 引腳接口，包括 2 個 NC 信號、3 根顯示器數(shù)據(jù)總線、5 個 GND 信號、3 個 RGB 色彩分量、1 個行同步信號和 1 個場同步信號。其色彩分量采用的電平標(biāo)準(zhǔn)為 EIA 定義的 RS343 標(biāo)準(zhǔn)。

9、觸摸屏接口

(1)按工作原理分，觸摸屏可以分為：表面聲波屏、電容屏、電阻屏和紅外屏幾種。

(2)觸摸屏的控制采用專業(yè)芯片，例如 ADS7843。

10、音頻接口
(1)基本原理：麥克風(fēng)輸入的數(shù)據(jù)經(jīng)音頻編解碼器解碼完成 A/D 轉(zhuǎn)換，解碼后的音頻數(shù)據(jù)通過音頻控制器送入 DSP 或 CPU 進(jìn)行相應(yīng)的處理，然后數(shù)據(jù)經(jīng)音頻控制器發(fā)送給音頻編碼器，經(jīng)編碼 D/A 轉(zhuǎn)換后由揚(yáng)聲器輸出。

(2)數(shù)字音頻的格式有多種，最常用的是下面三種：

A、采用數(shù)字音頻(PCM)：是 CD 或 DVD 采用的數(shù)據(jù)格式。其采樣頻率為 44.1kHz。精度為 16 位時，PCM 音頻數(shù)據(jù)速率為 1.41Mb/s;精度為 32 位時為 2.42 Mb/s。一張 700MB 的 CD 可以保存大約 60 分鐘的 16 位 PCM 數(shù)據(jù)格式的音樂。

B、MPEG 層 3 音頻(MP3)：MP3 播放器采用的音頻格式。立體聲 MP3 數(shù)據(jù)速率為 112kb/s 至 128kb/s。

C、ATSC 數(shù)字音頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)(AC3)：數(shù)字 TV、HDTV 和電影數(shù)字音頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，立體聲 AC3 編碼后的數(shù)據(jù)速率為 192kb/s。

(3)IIS 是音頻數(shù)據(jù)的編碼或解碼常用的串行音頻數(shù)字接口。IIS 總線只處理聲音數(shù)據(jù)，其他控制信號等則需要單獨(dú)傳輸。IIS 使用了 3 根串行總線：數(shù)據(jù)線 SD、字段選擇線 WS、時鐘信號線 SCK。

(4)當(dāng)接收方和發(fā)送方的數(shù)據(jù)字段寬度不一樣時，發(fā)送方不考慮接收方的數(shù)據(jù)字段寬度。如果發(fā)送方發(fā)送的數(shù)據(jù)字段小于系統(tǒng)字段寬度，就在低位補(bǔ) 0;如果發(fā)送方的數(shù)據(jù)寬度大于接收方的寬度，則超過 LSB 的部分被截?cái)唷Ｗ侄芜x擇 WS 用來選擇左右聲道，WS=0 表示選擇左聲道;WS=1 表示選擇右聲道。此外，WS 能讓接收設(shè)備存儲前一個字節(jié)，并準(zhǔn)備接收下一個字節(jié)。

11、串行接口
(1)串行通信是指，使數(shù)據(jù)一位一位地進(jìn)行傳輸而實(shí)現(xiàn)的通信。與并行通信相比，串行通信具有傳輸線少、成本低等優(yōu)點(diǎn)，特別適合遠(yuǎn)距離傳送;缺點(diǎn)使速度慢。

(2)串行數(shù)據(jù)傳送有 3 種基本的通信模式：單工、半雙工、全雙工。

(3)串行通信在信息格式上可以分為 2 種方式：同步通信和異步通信。

A、異步傳輸：把每個字符當(dāng)作獨(dú)立的信息來傳輸，并按照一固定且預(yù)定的時序傳送，但在字符之間卻取決于字符與字符的任意時序。異步通信時，字符是一幀一幀傳送的，每幀字符的傳送靠起始位來同步。一幀數(shù)據(jù)的各個代碼間間隔是固定的，而相鄰兩幀數(shù)據(jù)其時間間隔是不固定的。

B、同步傳輸：同步方式不僅在字符之間是同步的，而且在字符與字符之間的時序仍然是同步的，即同步方式是將許多字符******成一字符塊后，在每塊信息之前要加上 1～2 個同步字符，字符塊之后再加入適當(dāng)?shù)腻e誤檢測數(shù)據(jù)才傳送出去。

(4)異步通信必須遵循 3 項(xiàng)規(guī)定：

A、字符格式：起始位+數(shù)據(jù)+校驗(yàn)位+停止位(檢驗(yàn)位可無)，低位先傳送。

B、波特率：每秒傳送的位數(shù)。

C、校驗(yàn)位：奇偶檢驗(yàn)。

a、奇校驗(yàn)：要使字符加上校驗(yàn)位有奇數(shù)個“1”。

b、偶檢驗(yàn)：要使字符加上校驗(yàn)位有偶數(shù)個“1”。

(5)RS-232C 的電氣特性：負(fù)邏輯。

A、在 TxD 和 RxD 上：邏輯 1 為 -3V～-15V，邏輯 0 為 3V～15V。

B、在 TES、CTS、DTR、DCD 等控制線上：

信號有效(ON 狀態(tài))為 3V～15V

信號無效(OFF 狀態(tài))為 -3V～-15V

(6)TTL 標(biāo)準(zhǔn)與 RS-232C 標(biāo)準(zhǔn)之間的電平轉(zhuǎn)換利用集成芯片 RS232 實(shí)現(xiàn)。

(7)RS-422 串行通信接口

A、RS-422 是一種單機(jī)發(fā)送、多機(jī)接收的單向、平衡傳輸規(guī)范，傳輸速率可達(dá) 10Mb/s。

B、RS-422 采用差分傳輸方式，也稱做平衡傳輸，使用一對雙絞線。

C、RS-422 需要一終端電阻，要求其阻值約等于傳輸電纜的特性阻抗。

(8)RS-485 串行總線接口

A、RS-485 是在 RS-422 的基礎(chǔ)上建立的標(biāo)準(zhǔn)，增加了多點(diǎn)、雙向通信能力，通信距離可為幾十米到上千米。

B、RS-485 收發(fā)器采用平衡發(fā)送和差分接收，具有抑制共模干擾的能力。

C、RS-485 需要兩個終端電阻。在近距離(300m 一下)傳輸可不需要終端電阻。

12、并行接口
(1)并行接口的數(shù)據(jù)傳輸率比串行接口快 8 倍，標(biāo)準(zhǔn)并行接口的數(shù)據(jù)傳輸率為 1Mb/s，一般用來連接打印機(jī)、掃描儀等，所以又稱打印口。

(2)并行接口可以分為 SPP(標(biāo)準(zhǔn)并口)、EPP(增強(qiáng)型并口)和 ECP(擴(kuò)展型并口)。

(3)并行總線分為標(biāo)準(zhǔn)和非標(biāo)準(zhǔn)兩類。常用的并行標(biāo)準(zhǔn)總線有 IEEE 488 總線和 ANSI SCSI 總線。MXI 總線是一種高性能非標(biāo)準(zhǔn)的通用多用戶并行總線。

13、PCI 接口
(1)PCI 總線是地址、數(shù)據(jù)多路復(fù)用的高性能 32 位和 64 位總線，是微處理器與外圍控制部件、外圍附加板之間的互連機(jī)構(gòu)。

(2)從數(shù)據(jù)寬度上看，PCI 定義了 32 位數(shù)據(jù)總線，且可擴(kuò)展為 64 位。從總線速度上分，有 33MHz 和 66MHz 兩種。

(3)與 ISA 總線相比，PCI 總線的地址總線與數(shù)據(jù)總線分時復(fù)用，支持即插即用、中斷共享等功能。

14、USB 接口
(1)USB 總線的主要特點(diǎn)：

A、使用簡單，即插即用。

B、每個 USB 系統(tǒng)中都有主機(jī)，這個 USB 網(wǎng)絡(luò)中最多可以連接 127 個設(shè)備。

C、應(yīng)用范圍廣，支持多個設(shè)備同時操作。

D、低成本的電纜和連接器，使用統(tǒng)一的 4 引腳插頭。

E、較強(qiáng)的糾錯能力。

F、較低的協(xié)議開銷帶來了高的總線性能，且適合于低成本外設(shè)的開發(fā)。

G、支持主機(jī)與設(shè)備之間的多數(shù)據(jù)流和多消息流傳輸，且支持同步和異步傳輸類型。

H、總線供電，能為設(shè)備提供 5V/100mA 的供電。

(2)USB 系統(tǒng)由 3 部分來描述：USB 主機(jī)、USB 設(shè)備和 USB 互連。

(3)USB 總線支持的數(shù)據(jù)傳輸率有 3 種：高速信令位傳輸率為 480Mb/s;全速信令位傳輸率為 12Mb/s;全速信令位傳輸率為 1.5Mb/s。

(4)USB 總線電纜有 4 根線：一對雙絞信號線和一對電源線。

(5)USB 是一種查詢總線，由主控制器啟動所有的數(shù)據(jù)傳輸。USB 上所掛接的外設(shè)通過由主機(jī)調(diào)度的、基于令牌的協(xié)議來共享 USB 帶寬。

(6)大部分總線事務(wù)涉及 3 個包的傳輸：

A、令牌包：指示總線上要執(zhí)行什么事務(wù)，欲尋址的 USB 設(shè)備及數(shù)據(jù)傳送方向。

B、數(shù)據(jù)包：傳輸數(shù)據(jù)或指示它沒有數(shù)據(jù)要傳輸。

C、握手包：指示傳輸是否成功。

(7)主機(jī)與設(shè)備端點(diǎn)之間的 USB 數(shù)據(jù)傳輸模型被稱作管道。管道有兩種類型：流和消息。消息數(shù)據(jù)具有 USB 定義的結(jié)構(gòu)，而數(shù)據(jù)流沒有。

(8)事務(wù)調(diào)度表允許對某些流管道進(jìn)行流量控制，在硬件級，通過使用 NAK(否認(rèn))握手信號來調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)傳輸率，以防止緩沖區(qū)上溢或下溢產(chǎn)生。

(9)USB 設(shè)備最大的特點(diǎn)是即插即用。

(10)工作原理：USB 設(shè)備插入 USB 端點(diǎn)時，主機(jī)都通過默認(rèn)地址 0 與設(shè)備的端點(diǎn) 0 進(jìn)行通信。在這個過程中，主機(jī)發(fā)出一系列試圖得到描述符的標(biāo)準(zhǔn)請求，通過這些請求，主機(jī)得到所有感興趣的設(shè)備信息，從而知道了設(shè)備的情況以及該如何與設(shè)備通信。隨后主機(jī)通過發(fā)出 Set Address 請求為設(shè)備設(shè)置一個唯一的地址。以后主機(jī)就通過為設(shè)備設(shè)置好的地址與設(shè)備通信，而不再使用默認(rèn)地址 0。

15、SPI 接口
(1)SPI 是一個同步協(xié)議接口，所有的傳輸都參照一個共同的時鐘，這個同步時鐘有主機(jī)產(chǎn)生，接收數(shù)據(jù)的外設(shè)使用時鐘來對串行比特流的接收進(jìn)行同步化。

(2)在多個設(shè)備連接到主機(jī)的同一個 SPI 接口時，主機(jī)通過從設(shè)備的片選引腳來選擇。

(3)SPI 主要使用 4 個信號：主機(jī)輸出 / 從機(jī)輸入(MOSI)，主機(jī)輸入 / 從機(jī)輸出(MISO)、串行時鐘 SCLK 和外設(shè)片選 CS。

(4)主機(jī)和外設(shè)都包含一個串行移位寄存器，主機(jī)通過向它的 SPI 串行寄存器寫入一個字節(jié)來發(fā)起一次數(shù)據(jù)傳輸。寄存器通過 MOSI 信號線將字節(jié)傳送給外設(shè)，外設(shè)也將自己移位寄存器中的內(nèi)容通過 MISO 信號線返回給主機(jī)，這樣，兩個移位寄存器中的內(nèi)容就被交換了。

(5)外設(shè)的寫操作和讀操作時同步完成的，因此 SPI 成為一個很有效的協(xié)議。

(6)如果只是進(jìn)行寫操作，主機(jī)只需忽略收到的字節(jié);反過來，如果主機(jī)要讀取外設(shè)的一個字節(jié)，就必須發(fā)送一個空字節(jié)來引發(fā)從機(jī)的傳輸。

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 和串行時鐘線 SCL。

(3)總線上的每個器件都有唯一的地址以供識別，而且各器件都可以作為一個發(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)過程******有 3 種類型信號：

A、開始信號：SCL 為低電平時，SDA 由高向低跳變。

B、結(jié)束信號：SCL 為低電平時，SDA 由低向高跳變。

C、應(yīng)答信號：接收方在收到 8 位數(shù)據(jù)后，在第 9 個脈沖向發(fā)送方發(fā)出特點(diǎn)的低電平。

(6)主器件發(fā)送一個開始信號后，它還會立即送出一個從地址，來通知將與它進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的從器件。1 個字節(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)行一個寫操作，如果為 1，表示要進(jìn)行一個讀操作。

(7)SDA 線上傳輸?shù)拿總€字節(jié)長度都是 8 位，每次傳輸種字節(jié)的數(shù)量沒有限制的。在開始信號后面的第一個字節(jié)是地址域，之后每個傳輸字節(jié)后面都有一個應(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)接收方無法再接收更多的數(shù)據(jù)，它可以通過將 SCL 保持低電平來中斷傳輸，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 總線的工作過程：SDA 和 SCL 都是雙向的?？臻e的時候，SDA 和 SCL 都是高電平，只有 SDA 變?yōu)榈碗娖?，接?SCL 再變?yōu)榈碗娖剑琁IC 總線的數(shù)據(jù)傳輸才開始。SDA 線上被傳輸?shù)拿恳晃辉?SCL 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?SDA 就在 SCL 再次變?yōu)楦唠娖街皞鬏斚乱粋€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：每位中間有一個電平跳變，利用每個碼元開始時有無跳變來表示“0”或“1”，有跳變?yōu)椤?”，無跳變?yōu)椤?”。

(3)相比之下，曼徹斯特編碼編碼簡單，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用曼徹斯特編碼。

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

C、傳輸?shù)臄?shù)據(jù)長度，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)一個明確的功能，對應(yīng)一個或幾個傳輸協(xié)議，每層相對于它的下層都作為一個獨(dú)立的數(shù)據(jù)包來實(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 位的地址來標(biāo)識不同的主機(jī)(即 IP 地址)，而鏈路層使用 48 位的物理地址(MAC)來標(biāo)識不同的以太網(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 層用它來與其他主機(jī)或路由器交換錯誤報(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(生存時間字段)：指定了 IP 數(shù)據(jù)包的生存時間(數(shù)據(jù)包可以經(jīng)過的路由器數(shù))。

D、IP 提供不可靠、無連接的數(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提供(如 TCP)。如果發(fā)生某種錯誤，IP 有一個簡單的錯誤處理算法 -- 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)議是一個面向連接的可靠的傳輸層協(xié)議，它為兩臺主機(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 位端口號來識別上層的用戶，即應(yīng)用層協(xié)議，例如 FTP 服務(wù)的 TCP 端口號都是 21，Telnet 服務(wù)的 TCP 端口號都是 23，TFTP 服務(wù)的 UDP 端口號都是 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，是國際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場總線之一，最初被用于汽車環(huán)境中的電子控制網(wǎng)絡(luò)。一個 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)總線信號使用差分電壓傳送。兩條信號線被稱為 CAN_H 和 CAN_L，靜態(tài)是均為 2.5V 左右，此時狀態(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，通常電壓值為 CAN_H=3.5V 和 CAN_L=1.5V。

(3)當(dāng)“顯性”和“隱性”位同時發(fā)送的時候，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 總線的一個位時間可以分成 4 個部分：同步段、傳播時間段、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、控制場、數(shù)據(jù)場、CRC 場、ACK 場和幀結(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)字信號高頻帶寬較寬的特性直接采用數(shù)字信號傳輸，省去中間的 A/D 轉(zhuǎn)換，突破了模擬信號傳輸極限速率為 56KB/s 的閑置。

(2)DSL 技術(shù)主要分為對稱和非對稱兩大類。

(3)對成 xDSL 更適合于企業(yè)點(diǎn)對點(diǎn)連接應(yīng)用，例如文件傳輸、視頻會議等收發(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方向上速率不對稱的寬帶信息業(yè)務(wù)。

(5)ADSL 在一對電話線上同時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)與無線通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它以無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)：主要是針對物理層和媒質(zhì)訪問控制層(MAC 層)，涉及到所有使用的無線頻率范圍、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 最初制定的一個無線局域網(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，采用時分雙工方案來實(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、采用時分復(fù)用多路訪問技術(shù)，有效地避免了“碰撞”和“隱藏終端”等問題。

D、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。

E、語言支持。

F、糾錯技術(shù)，其采用的是 FEC(前向糾錯)方案。

(5)藍(lán)牙接口由 3 大單元組成：無線單元、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 個節(jié)點(diǎn)，每個節(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)動能力有限。

(2)任何變壓器的轉(zhuǎn)換過程都不具有 100%的效率，穩(wěn)壓器本省也使用電流(靜態(tài)電流)，這個電流來自輸入電流。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過濾，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鐘速率上執(zhí)行代碼，而不是先以最高的時鐘速率執(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、動態(tài)調(diào)整處理器的時鐘頻率和電壓，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，其功耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于輸出高電平時的功耗，設(shè)計(jì)時應(yīng)該注意控制低電平的輸出時間，閑置時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 及其他有片選信號的器件，不要將“片選”引腳直接接地，避免器件長期被接通，而應(yīng)該與“讀 / 寫”信號結(jié)合，只對其進(jìn)行讀寫操作時才選通。

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。

審核編輯 黃昊宇