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基于ARM的硬件系统设计

议的层次应用层套接字传输层网络层数据链路层.物理层嵌入式以太网中主要处理的协议地址解析协议网络控制报文协议用来与其它主机交换错误报文和其它重要信息,常用的网络诊断工具和网际协议传输控制协议地址解析协议网络层用的地址来标识不同的主机,而链路层使用的物理地址来标识不同的以太网接口。只知道目的主机的地址并不能发送数据帧给它,必须知道目的主机网络接口的地址才能发送数据帧。的功能是实现从地址到对应物理地址的转换。源主机发送份包含目的主机地址的请求数据帧给网上的每个主机,称作广播,目的主机的收到这份广播报文后,识别出这是发送端在寻问它的地址,于是发送个包含目的主机地址及对应的网络控制报文协议层的附属协议,层用它来与其他主机或路由器交换错误报文和其他重要控制信息。报文是在数据包内部被传输的。两个实用的网络诊断工具,和,都是利用该协议工作的。网际协议工作在网络层,是协议族中最为核心的协议。所有的以及数据都以数据包格式传输。数据包最长可达字节,其中报头占的数目。包含各的源地址和目的地址。在嵌入式应用中,简化设计,数据包长度等于数据链路层的数据长度。传输控制协议是个面向连接的可靠的传输层协议。接收能力,有很强的抗电磁干扰的能力,至少可挂个节点。替代产品,电磁辐射更低,无待机模式下的驱动程序没有给驱动程序提供统的标准接口任何在系统中对于硬件的管理都可以称为的驱动程序为了方便驱动程序的模块化划分,提高代码的可重用性,的驱动程序可以自定义标准驱动程序抽象层操作系统只和特定的驱动抽象层通讯,无论在抽象层下面对应的是什么类型的设备,对操作系统和用户的应用程序来说都是统的接口。通过使用语言的指针函数的方法,实现了驱动抽象层的软件设计。通过指向不同驱动子程序的函数指针,为同操作系统挂载了应用程序和操作系统驱动抽象层驱动程序系统硬件平台中总线驱动程序结构初始化处理数据接收缓冲区发送数据发送缓冲区任务挂起接收数据中断任务就绪发送任务接收任务中断子程序发送数据中总线驱动程序剖析在.中定义总线驱动程序的结构通过全局数组挂载总线驱动总线的抽象层在.中实现驱动程序在.中实现系统的启动与驱动程序的加载过程为两台主机提供高可靠性的端到端数据通信。主要包括发送方把应用程序交给它的数据分成合适的小块,并添加附加信息头,包括顺序号,源目的端口,控制纠错信息等字段,称为数据包。并将数据包交给下面的网络层处理。接受方确认接收到的数据包,重组并将数据送往高层。协议是种无连接不可靠的传输层协议。把应用程序传来的数据加上头包括端口号,段长等字段,作为数据包发送出去,但是并不保证它们能到达目的地。可靠性由应用层来提供。就象发送封写有地址的般信件,却不保证它能到达。基于和的协议向和移植个协议栈采用自带的协议栈套接字使用的最广泛的网络程序编程方法,主要用于应用程序的编写,用于网络上主机与主机之间的相互通信均支持,的基本上是来自分为和是可靠性的双向数据传输,使用协议是不可靠连接,使用协议套接字的使用服务器端和个客户端通信的程序过程创建个把和本机的,口绑定,循环等待,接收或者发送信息本节提要基于的硬件系统体系结构存储器接口设计网络接口设计接口设计人机交互接口设计其它通讯接口设计总线设计总线接口设计,控制器局域网,现场总线之。是种多主方式的串行通讯总线,基本设计规范要求有高的位速率,高抗电磁干扰性,而且能够检测出产生的任何错误。主要应用于汽车电控制系统电梯控制系统安全监控系统医疗仪器纺织机械船舶运输等方面为全球应用技术的权威。总线特点低成本远距离传输长达相对高速的数据传输速率可根据报文的决定接收或屏蔽该报文可靠的错误处理和检错机制发送的信息遭到破坏后,可自动重发节点在错误严重的情况下具有自动退出总线的功能总线控制器体系结构协议控制器状态控制寄存器消息对象接收缓冲区宿主机接口总线接口总线嵌入式系统上的总线接口处理器本身带有总线控制器使用总线控制芯片独立控制器,替代,支持.,同时支持位和位,位速率可达,具有总线仲裁功能,扩展的接收缓冲器字节,增强的环境温度范围。并行总线接口。支持.,同时支持位和位,位速率可达,具有总线仲裁功能。个接收缓冲区,个发送缓冲区。高速接口。总线驱动芯片总线收发器,是协议控制器和物理总线之间的接口,该器件对总线提供差动发送能力并对控制器提供差动光源字符模式,小时的显示方式反射型底偏光片后面加了块反射板,它般在户外和光线良好的办公室使用。透射型底偏光片是透射偏光片,它需要连续使用背光源,般在光线差的环境使用。透反射型是处于以上两者之间,底偏光片能部分反光,般也带背光源,光线好的时候,可关掉背光源光线差时,可点亮背光源使用。反射型的结构偏光片电极导电橡胶液晶偏光片配向膜玻璃电极胶框电极反射片玻璃通常由两种方式,种是带有驱动芯片的模块,基本上属于半成品些新型的嵌入式处理器也可以直接使用芯片上的内置控制器来构造显示模块,比如可以支持的彩色灰度单色三种模式和模式,灰度模式下可支持级灰度和级灰度,彩色模式下最多支持色,的实际尺寸可支持到。的驱动方式总线驱动方式般带有驱动模块的显示屏使用这种驱动方式,由于已经带有驱动硬件电路,因此模块给出的是总线接口,便于与单片机的总线进行接口。驱动模块具有八位数据总线,外加些电源接口和控制信号。而且自带显示缓存,只需要将要显示的内容送到显示缓存中就可以实现内容的显示。由于只有八条数据线,因此常常通过引脚信号来实现地址与数据线复用,以达到把相应数据送到相应显示缓存的目的。控制器扫描方式中具有内置的控制器,它具有将显示缓存在系统存储器中中的图象数据传输到外部驱动电路的逻辑功能。中内置的控制器可支持灰度和彩色。在灰度上,使用基于时间的抖动算法和方法,可以支持单色级灰度和级灰度模式的灰度。在彩色上,可以支持级彩色。对于不同尺寸的,具有不同数量的垂直和水平象素数据接口的数据宽度接口时间及刷新率,而控制器可以进行编程控制相应的寄存器值,以适应不同的显示板。嵌入式处理器与的连接嵌入式处理器模块数据总线寄存器选择使能信号有控制器的嵌入式处理器控制信号线从系统结构上来讲,由于显示器模块中已经有显示存储器。显存中的每个单元对应上的个点,只要显存中的内容改变,显示结果便进行刷新。于是便存在两种刷新.直接根据系统要求对显存进行修改,种是只需修改相应的局部就可以,不需要判断覆盖等另种就是有覆盖问题,计算起来比较复杂,而且每做点小的屏幕改变就进行刷新,将增加系统负担。.专门开辟显示内存,在需要刷新时候由程序进行显示更新。这样,不但可以减轻总线负荷,而且也比较合理,在有需要的时候进行统的显示更新,界面也可以比较美观,不致由于无法预料的刷新动作导致显示界面闪烁。模块的显示控制前后台双重显示缓存的显示模块结构中的存储器系统显示缓存在内存中进行局部显示改变当需要刷新显示时将缓存中的内容复制到显示存储器中主程序运行过程接口设计实现过程简述就是将要显示的数据放到个特定的地址,这个特定的地址就是帧存储器,这块空间是在系统内存中。然后控制器将这些数据配合控制信号送到驱动器完成显示。有相应的寄存器来设定这个地址及其大小。与显示数据相配合完成显示的控制信号时序也是由相应的寄存器来完成的。这些寄存器都在的控制器中。控制器框图触摸屏按下触摸屏抬起触摸屏移动函数,的结构发送读取电压值控制字等待个时钟节拍读取采样值高位发送读取电压值控制字将第次采样值左移位读取低位并与以前高位组成位数据去掉低位,保留位有效数据读取触摸点坐标打开读取触摸点轴电压值次取平均值读取触摸点轴电压值次取平均值打开对采样结果进行转换本节提要基于的硬件系统体系结构存储器接口设计网络接口设计接口设计人机交互接口设计其它通讯接口设计以太网接口的基本知识传输编码曼彻斯特编码差分曼彻斯特编码以太网协议以太网层物理传输帧.位位位位位不超过字节可选位同步位,收发双方的时钟同步,也指明传输的速率分隔位,表示下面跟着的是真正的数据,而不是同步时钟目的地址,以太网的地址为位地址。如果为都为,则是广播地址源地址,位,表明该帧的数据是哪个网卡发的,即发送端网卡地址类型字段,表明该帧的数据是什么类型。如表示数据为包,表示数据为包,是包,为包数据段,该段数据不能超过字节。填充位。以太网帧传输的数据包最小不能小于字节,当数据段不足字节时,后面补.当然也可以补其它值位数据校验位。该校验由网卡自动完成以太网的数据传输特点,这几个数据段是由网卡自动产生的只需要理解四个段的内容所有数据位的传输由低位开始传输的位流使用曼彻斯特编码以太网的冲突退避算法是由硬件自动执行的最小为字节,最大为字节以太网卡可以接收三种地址的数据,个是广播地位,个是多播地址在嵌入式的环境中般不用,个是它自已的嵌入式的以太网方案嵌入式处理器网卡芯片对嵌入式处理器没有特殊要求,通用性强处理器和网络数据交换通过外部总线,速度慢,不适合于网络带有以太网络接口的嵌入式处理器处理器面向网络应用处理器和网络数据交换通过内部总线,速度快的原理框图嵌入式处理器以太网芯片网卡隔离变压器接口嵌入式网络接口的特点与常规的网卡设计思路不同的是,在嵌入式系统中,系统的精简直是个主要的原则。作为网卡,时需要片作为配置存储器,来确定通讯的端口地址,中断地址,网卡的物理地址,工作模式,制造厂商等信息而在嵌入式系统中,可以使用的默认配置和些管脚作为网卡的初始化方法。这样可以节省配置存储器,减基于的嵌入式以太网设计的初始化支持即插即用模式和非即插即用模式。在嵌入式系统中,网卡的外设通常是不经常插拔的,所以,为了系统的精简,要的寄存器控制寄存器个帧缓冲开始地址寄存器个临时调色板寄存器中断屏蔽寄存器控制寄存器控制寄存器的设置的控制寄存器主要用来设置产生符合屏的时序信号,各个参数要参考具体屏的实际参数,各个参数如下图所示,各个参数在控制寄存器中都由相应的域设置,系统中用的是类型的,时序图如下触摸屏接口设计触摸屏的分类电阻式触摸屏表面声波触摸屏红外式触摸屏电容式触摸屏电阻式触摸屏电阻技术触摸屏是种对外界完全隔离的工作环境,故不怕灰尘水汽和油污,可以用任何物体来触摸,比较适合工业控制领域及办公室内有限人的使用。分为四线电阻和五线电阻触摸屏四线电阻触摸屏原理测量原理在触摸点坐标的测量过程中,测量电压与测量点的等效电路图所示,图中为测量点触摸屏芯片的特点实现触摸屏的驱动选择控制通道对于输入电压或附加电压进行转换同步串行接口最大转换速率可编程控制位或者位转换模式工作电压两个附加的输入端口与的连接的工作时序同步串口向发送控制字转换完成后从串口读出电压转换值转换时序每次转换需要个时钟周期触摸屏与的配合送回控制器的与值仅是对当前触摸点的电压值的转换值,

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