嵌入式系统的外围接口设计

1、l1、复位方式l2、系统时钟l3、 I/O寄存器映射方式l 4、外围接口逻辑电路匹配的问题l外围接口包括：外围接口包括：1、CPU外围电路（如复位电路、时钟电路），2、外围I/O模块：包括基本接口、人机接口、通信接口及控制接口l基本接口：存储器接口（DRAM控制器）、中断控制器、DMA控制器、定时/计数器、GPIOl人机接口：LCD控制器、语音输入输出、视频输入输出、键盘、触摸屏等l通信接口：以太网、CAN总线、USB、红外线、PCMCIA、I2C总线l控制接口：A/D、D/A、PWMl阻容复位电路l手动复位电路l专用复位电路 l软件复位l复位：可靠、抗干扰。 时间常数为RC=82ms。不同C

2、PU的复位时间可能有差异。l非门最小输入高电平为2.0V，对于RC电路在0.6倍的时间常数和5V供电时电容上的电压为0.45Vcc=2.25V，对于R=1k，C=22uF，t=0.6*R*C=13ms，满足一般系统复位脉冲宽度大于2个机器周期的要求。l（a）复位按钮传输线应采用双绞线，施密特非门去抖动、也提高了抗干扰的能力。l（b）二极管的作用：当供电电压瞬间断电，如果断电脉冲较宽，则C上的电可以通过R放掉，再上电时C上再充电可以达到可靠复位。但是如果断电脉冲较窄，C上的电无法通过R完全放掉，则CPU无法可靠复位，导致程序运行错误。如果有二极管则断电时电容上的电可以通过二极管管迅速放掉，再供电

3、时CPU可以可靠复位。l（c）电源的上升时间不能太长，否则单片机和非门均处于过渡状态，此时无法实现可靠复位。当电源稳定后，电容C上的充电电压又超过了非门最小输入电压，使单片机脱离了复位状态。所以电源电压上升时间过长导致系统无法可靠复位。 开关电源后级滤波电容不能太大l（d）当外围接口芯片复位时间可能不一样，而且复位线较长分布电容较大，导致外围芯片的复位过程滞后于CPU，当在程序运行的开始就对外围芯片进行初始化时往往导致失败，所以可以先延时几个毫秒再初始化外围接口芯片，或采取措施保证外围器件先完成复位。 l手动复位、电源电压监控，看门狗 l通过将程序调到复位向量的地址重新开始执行程序，其他寄存器

4、的状态都不变，不会初始化寄存器。通过RESET就会初始化寄存器到初始状态。 l（1）石英晶体及石英振荡器l l可以分别为CPU内核、实时时钟电路以及不同的外围接口电路提供时钟信号。它们都是通过对系统时钟进行分频得到的，具有相关性。 l/XPLLDIS-内部振荡器（石英晶体）/外部时钟源-4位嵌入式处理器与外围接口间交换三种信息：l（1）数据信息： 通常通过并行方式在总线上进行数据传输。l（2）控制信息： 处理器通过控制信息控制外围接口的工作。l（3）状态信息： 反映外设的工作状态，是外设传输给处理器的信息，如Ready、Busy等。 处理器通过访问I/O的寄存器来实现对外围接口的操作，寄存器的

5、类型包括：l模式寄存器l控制寄存器l状态寄存器l数据输入寄存器l数据输出寄存器 每一个寄存器都有地址用于对寄存器读写。 不同的处理器对寄存器的地址和存储器的地址有不同的编址方式。（1）与存储器统一编址lI/O空间的地址位于存储器空间，把存储器空间的一部分用于I/O空间，访问寄存器与访问存储器使用同样的指令。 这种映射有两种方案：lA、 I/O空间与存储器空间重叠lB、I/O空间与存储器空间不重叠lA、 I/O空间与存储器空间重叠lB、I/O空间与存储器空间不重叠l 整个存储器空间分配一部分用于I/O空间。为了设计方便，有些嵌入式处理器设计一个重新定位寄存器，通过重新编程重新定位寄存器的值就可以

6、使I/O空间在整个存储器空间浮动、重新定位。l如ARM，I/O与存储器空间统一编址。Motorola的Dragon Ball可以通过重新定位寄存器的编程使I/O 空间浮动。l（2）单独编址l单独编址方式设计了存储器地址空间和I/O 地址空间，它们之间完全独立，采用不同的指令访问。如8086，访问存储器采用MOV指令，访问I/O 采用IN和OUT。l有的嵌入式处理器设计了模式寄存器，可以通过编程选择统一编址还是单独编址。 （1）扇出（Fan-out）（2）电平的匹配 扇出是指一个输出能够安全可靠驱动的输入的数量。扇出是10表明器件能驱动10个输入。扇出决定于：l源的类型l直流负载特性 输出电流：IOLMIN、IOHMIN 输入电流：IILMAX、IIHMAXl交流负载特性b、交流扇出、交流扇出：l容性负载包括所有输入端电容的并联（和）及线路的寄生电容。lCL：厂家用于器件特性测试的值，约为50150pF，在Datasheet中测试条件中l实际电容量=各逻辑电路的最大输入电容量CINMAX的和+电路板布线的寄生电容l CINMAX：约为15pFl电路板寄生电容一般为15pF/inch。l当逻辑电路输出能驱动的电容量CL实际驱动的负载电容量时，能够保证器件的特性。否则会对时序的上升