嵌入式系統(tǒng)知識和接口技術合集4

16、IIC接口

(1)IIC總線是具備總線仲裁和高低速設備同步等功能的高性能多主機總線。

(2)IIC總線上需要兩條線：串行數據線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在傳送數據過程******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、結束信號：SCL為低電平時，SDA由低向高跳變。

C、應答信號：接收方在收到8位數據后，在第9個脈沖向發(fā)送方發(fā)出特點的低電平。

(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，來通知將與它進行數據通信的從器件。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，表示要進行一個寫操作，如果為1，表示要進行一個讀操作。

(7)SDA線上傳輸的每個字節(jié)長度都是8位，每次傳輸種字節(jié)的數量沒有限制的。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)后面都有一個應答位(ACK)，傳輸中串行數據的MSB(字節(jié)高位)首先發(fā)送。

(8)如果數據接收方無法再接收更多的數據，它可以通過將SCL保持低電平來中斷傳輸，這樣可以迫使數據發(fā)送方等待，直到SCL被重新釋放。這樣可以達到高低速設備同步。

(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?，接著SCL再變?yōu)榈碗娖?，IIC總線的數據傳輸才開始。SDA線上被傳輸的每一位在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?，然后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?，表示數據傳輸結束。

17、以太網接口

(1)最常用的以太網協(xié)議是IEEE802.3標準。

(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)以太網數據傳輸特點：

A、所有數據位的傳輸由低位開始，傳輸的位流時用曼徹斯特編碼。

B、以太網是基于沖突檢測的總線復用方法，由硬件自動執(zhí)行。

C、傳輸的數據長度，目的地址DA+源地址SA+類型字段TYPE+數據段DATA+填充位PAD，最小為60B，最大為1514B。

D、通常以太網卡可以接收3種地址的數據：廣播地址、多播地址、自己的地址。

E、任何兩個網卡的物理地址都不一樣，是世界上唯一的，網卡地址由專門機構分配。

(5)嵌入式以太網接口有兩種實現(xiàn)方法：

A、嵌入式處理器+網卡芯片(例如：RTL8019AS、CS8900等)

B、帶有以太網接口的處理器。

(6)TCP/IP是一個分層協(xié)議，分為：物理層、數據鏈路層、網絡層、傳輸層和應用層。每層實現(xiàn)一個明確的功能，對應一個或幾個傳輸協(xié)議，每層相對于它的下層都作為一個獨立的數據包來實現(xiàn)。每層上的協(xié)議如下：

A、應用層：BSD套接字。

B、傳輸層：TCP、UDP。

C、網絡層：IP、ARP、ICMP、IGMP

D、數據鏈路層：IEEE802.3 Ethernet MAC

E、物理層：二進制比特流。

(7)ARP(地址解析協(xié)議)

A、網絡層用32位的地址來標識不同的主機(即IP地址)，而鏈路層使用48位的物理地址(MAC)來標識不同的以太網或令牌網接口。

B、ARP功能：實現(xiàn)從IP地址到對應物理地址的轉換。

(8)ICMP(網絡控制報文協(xié)議)

A、IP層用它來與其他主機或路由器交換錯誤報文和其他重要控制信息。

B、ICMP報文是在IP數據包內被傳輸的。

C、網絡診斷工具ping和traceroute其實就是ICMP協(xié)議。

(9)IP(網際協(xié)議)

A、IP工作在網絡層，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數據都以IP數據包格式傳輸。

C、TTL(生存時間字段)：指定了IP數據包的生存時間(數據包可以經過的路由器數)。

D、IP提供不可靠、無連接的數據包傳送服務，高效、靈活。

a、不可靠：它不能保證數據包能成功到達目的地，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--丟棄該數據包，然后發(fā)送ICMP消息報給信源端。

b、無連接：IP不維護任何關于后續(xù)數據包的狀態(tài)信息。每個數據包的處理都是相互獨立的。IP數據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，它為兩臺主機提供高可靠性的端到端數據通信。

(11)UDP(用戶數據包協(xié)議)

UDP協(xié)議是一種無連接不可靠的傳輸層協(xié)議，它不保證數據包能到達目的地，可靠性有應用層來提供。UDP協(xié)議開銷少，和TCP相比更適合于應用在低端的嵌入式領域中。

(12)端口：TCP和UDP采用16位端口號來識別上層的用戶，即應用層協(xié)議，例如FTP服務的TCP端口號都是21，Telnet服務的TCP端口號都是23，TFTP服務的UDP端口號都是69。

18、CAN總線接口

(1)CAN(Control Area Network，控制器局域網)總線是一種多主方式的串行通信總線，是國際上應用最廣泛的現(xiàn)場總線之一，最初被用于汽車環(huán)境中的電子控制網絡。一個CAN總線構成的單一網絡中，理想情況下可以掛接任意多個節(jié)點，實際應用中節(jié)點數據受網絡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“顯性”和“隱性”位同時發(fā)送的時候，最后總線數值將為“顯性”這種特性為CAN總線的仲裁奠定了基礎。

(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總線的數據幀有兩種格式：標準格式和擴展格式。包括：幀起始、仲裁場、控制場、數據場、CRC場、ACK場和幀結束。

(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，實現(xiàn)TTL電平到CAN總線電平特性的轉換，例如TJA1050。

19、xDSL接口

(1)xDSL(數字用戶線路)技術是，在現(xiàn)有用戶電話線兩側同時接入專用的DSL調制解調設備，在用戶線上利用數字數字信號高頻帶寬較寬的特性直接采用數字信號傳輸，省去中間的A/D轉換，突破了模擬信號傳輸極限速率為56KB/s的閑置。

(2)DSL技術主要分為對稱和非對稱兩大類。

(3)對成xDSL更適合于企業(yè)點對點連接應用，例如文件傳輸、視頻會議等收發(fā)數據量大致相同的工作。

(4)ASDL是近年發(fā)展的另一種寬帶接入技術，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。

(5)ADSL在一對電話線上同時傳送一路高速下行數據、一路較低速率上行數據、一路模擬電話。各信號之間采用頻分復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據及控制信息;其余高頻段傳送下行信道數據、圖像或高速數據。

20、WLAN接口

(1)WLAN(Wireless Local Area Network)是利用無線通信技術在一定的局部范圍內建立的，是計算機網絡與無線通信技術相結合的產物，它以無線多址通道作為傳輸媒介，提供有線局域網的功能。

(2)WLAN的標準：主要是針對物理層和媒質訪問控制層(MAC層)，涉及到所有使用的無線頻率范圍、控制接口通信協(xié)議等技術規(guī)范與技術標準。

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標準。

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。采用點對點模式和基本模式兩種運行模式。在數據傳輸速率方面可以根據實際情況在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：混合標準，擁有EEE 802.11a的傳輸速率，安全性較EEE 802.11b好，采用兩種調制方式，做到與EEE 802.11a和EEE 802.11b兼容。

(3)WLAN有兩種網絡類型：對等網絡和基礎機構網絡。

21、藍牙接口

(1)藍牙技術的目的：使特定的移動電話、便鞋式電腦以及各種便攜通信設備的主機之間近距離內實現(xiàn)無縫的資源共享。

(2)藍牙技術的實質內容是要建立通用的無線空中接口及其控制軟件的公開標準。其工作頻段為全球通用的2.4GHz ISM(即工業(yè)、科學、醫(yī)學)頻段，其數據傳輸速率為1Mb/s，采用時分雙工方案來實現(xiàn)全雙工傳輸，其理想的連接范圍為10cm～10m。

(3)藍牙基帶協(xié)議是電路交換和分組交換的結合。

(4)藍牙技術特點：

A、傳輸距離短，工作距離在10m以內。

B、采用跳頻擴頻技術。

C、采用時分復用多路訪問技術，有效地避免了“碰撞”和“隱藏終端”等問題。

D、網絡技術。

E、語言支持。

F、糾錯技術，其采用的是FEC(前向糾錯)方案。

(5)藍牙接口由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作為一種標準總線，可以在不同的工業(yè)設備之間架起一座溝通的橋梁，在一條總線上可以接入63個設備。

(2)IEEE 1394的特點：

A、支持多種總線速度，適應不同應用要求。

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、支持點到點通信模式，IEEE 1394是多主總線。

E、遵循ANSI IEEE 1212控制及狀態(tài)寄存器(CSR)標準，定義了64位的地址空間，可尋址1024條總線的63個節(jié)點，每個節(jié)點可包含256TB的內存空間。

F、支持較遠距離的傳輸。

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、鏈路層和事務層，例外還有一個管理層。物理層和鏈路層由硬件構成，而事務層主要由軟件實現(xiàn)。

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

B、鏈路層提供了給事務層確認的數據服務，包括：尋址、數據組幀和數據校驗。

C、事務層為應用提供服務。

D、管理層定義了一個管理節(jié)點所使用的所有協(xié)議、服務以及進程。

23、電源接口

(1)DC-DC轉換器有三種類型：

A、線性穩(wěn)壓器：產生較輸入電壓低的電壓。

B、開關穩(wěn)壓器：能升高電壓、降低電壓或翻轉輸入電壓。

C、充電泵：可以升高、降低或翻轉輸入電壓，但電流驅動能力有限。

(2)任何變壓器的轉換過程都不具有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)行代碼然后再轉為空閑休眠。

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

(6)降低功耗的設計技術：

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，外部設備的選擇也要盡量支持低功耗設計。

C、動態(tài)調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、大多數數字電路的輸出端在輸出低電平時，其功耗遠遠大于輸出高電平時的功耗，設計時應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、與非門的輸入端應接低電平，多余的與門、或門的輸入端應接高電平。

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，而應該與“讀/寫”信號結合，只對其進行讀寫操作時才選通。

F、實現(xiàn)電源管理，設計外部器件電源控制電路，控制“耗電大戶”的供電情況。