第4章嵌入式硬件及接口开发part2

1、嵌入式硬件及接口开发嵌入式硬件及接口开发第4章嵌入式硬件及接口开发嵌入式硬件及接口开发 1.应用系统设计概述 2. S3C2440A概述 3.存储器寻址 4.系统控制模块 5.存储器加速模块 6.外部存储器控制器 7.引脚连接模块 8.GPIO 9.向量中断控制器 10.外部中断输入 11.定时器 12.SPI接口 13.I2C接口 14.UART 15.A/D转换器 16.看门狗 17.脉宽调制器 18.实时时钟 19. Flash4.8 GPIO GPIO引脚描述 ARM7微控制器具有两个端口P0和P1，可以作为GPIO使用的引脚数为46个。 有的微控制器还包含另外两个端口P2和P3，这两

2、个端口与外部存储器总线复用，当它们全部作为GPIO使用时，GPIO引脚数多达112个。 S3C2440包含GPA GPB GPH端口特性： 可单独控制每个GPIO口的方向(输入/输出) 可单独设置每个GPIO的输出状态(高/低电平)PINSELxIOxDIRIOxCLRIOxPINIOxSETinout10通用名称描述访问类型复位值IOPINGPIO引脚值寄存器，不管方向模式如何，引脚的当前状态都可以从该寄存器中读出只读NAIOSETGPIO输出置位寄存器。该寄存器控制引脚输出高电平读/置位0 x00000000IOCLRGPIO输出置位寄存器。该寄存器控制引脚输出低电平只清零0 x00000

3、000IODIRGPIO方向控制寄存器。该寄存器单独控制每个IO口的方向读/写0 x00000000 GPIO相关寄存器描述PINSELxIOxDIRIOxCLRIOxPINIOxSETinout10GPIO相关寄存器描述IOxPINIOxPIN描述复位值31 : 0GPIO引脚值。IOxPIN0对应于Px.0 IOxPIN31对应于Px.31引脚未定义 该寄存器反映了当前引脚的状态。IOxPIN中的x对应于某一个端口，如P1口对应于IO1PIN。所以芯片存在多少个端口，就有多少个IOxPIN分别与之对应。 写该寄存器会将值保存到输出寄存器，具体使用稍后介绍。注意：无论引脚被设置为输入还是输出

4、模式，都不影响引脚状态的读出。PINSELxIOxDIRIOxCLRIOxPINIOxSETinout10GPIO相关寄存器描述IOxDIRIOxDIR描述复位值31 : 0方向控制位。IOxDIR0对应于Px.0 IOxDIR31对应于Px.31引脚0 当引脚设置为GPIO输出模式时，可使用该寄存器控制引脚的方向。向某位写入1使对应引脚作为输出功能，写入0时作为输入功能。 作为输入功能时，引脚处于高阻态。PINSELxIOxDIRIOxCLRIOxPINIOxSETinout10GPIO相关寄存器描述IOxSETIOxSET描述复位值31 : 0输出置位。IOxSET0对应于Px.0 IOx

5、PIN31对应于Px.31引脚0 当引脚设置为GPIO输出模式时，可使用该寄存器从引脚输出高电平。向某位写入1使对应引脚输出高电平。写入0无效。 从该寄存器读回的数据为GPIO输出寄存器的值。该值不反映外部环境对引脚的影响。PINSELxIOxDIRIOxCLRIOxPINIOxSETinout10GPIO相关寄存器描述IOxCLRIOxCLR描述复位值31 : 0输出清零。IOxCLR0对应于Px.0 IOxCLR31对应于Px.31引脚0 当引脚设置为GPIO输出模式时，可使用该寄存器从引脚输出低电平。向某位写入1使对应引脚输出低电平。写入0无效。注意：读取该寄存器无效，不能读回输出寄存器

6、的值。 . PINSEL0 &= 0 xFFFFFFFC; IO0DIR |= 0 x00000001; IO0SET = 0 x00000001; .C代码：PINSEL0IO0DIRIO0CLRIO0PINIO0SETinout10 GPIO应用示例设置P0.0输出高电平P0.0(1) 设置引脚连接模块，P0.0为GPIO(2) 设置P0.0口方向，设置为输出(3) 设置P0.0口状态，输出高电平1 . uint32 PinStat; PINSEL0 &= 0 xFFFFFFFC; IO0DIR &= 0 xFFFFFFFE; PinStat = IO0PIN; .C代码：PINSEL0I

7、O0DIRIO0CLRIO0PINIO0SETinout10 GPIO应用示例读取P0.0引脚状态P0.0(1) 设置引脚连接模块，P0.0为GPIO(2) 设置P0.0口方向，设置为输入(3) 从IO0PIN读取引脚状态IO0PIN GPIO应用示例使用GPIO控制蜂鸣器控制蜂鸣器间歇鸣叫低电平蜂鸣 GPIO应用示例读取按键状态通过按键控制蜂鸣器鸣叫低电平蜂鸣LED接口电路接口电路对应GPIO接口：nLED_1 GPB5nLED_2 GPB6nLED_3 GPB7nLED_4 GPB8嵌入式硬件及接口开发嵌入式硬件及接口开发 1.应用系统设计概述 2. S3C2440A概述 3.存储器寻址

8、4.系统控制模块 5.存储器加速模块 6.外部存储器控制器 7.引脚连接模块 8.GPIO 9.向量中断控制器 10.外部中断输入 11.定时器 12.SPI接口 13.I2C接口 14.UART 15.A/D转换器 16.看门狗 17.脉宽调制器 18.实时时钟 19. Flash4.9 向量中断控制器向量中断控制器 概述 ARM内核具有两个中断输入，分别为IRQ中断和FIQ中断。向量中断控制器（VIC）负责管理芯片的中断源，最多可以管理32个中断输入请求。CPU 内核4.9 向量中断控制器向量中断控制器 程序状态寄存器CPSR与VIC的关系 ARM内核通过CPSR来监视和控制内部的操作，C

9、PSR中的“I”位和“F”位分别用来控制IRQ模式和FIQ模式的使能。CPUARMVICIRQFIQCPSR 7 （I）CPSR 6 （F）4.9 向量中断控制器向量中断控制器 程序状态寄存器CPSR与VIC的关系 当I = 1时，禁止IRQ中断CPUVICIRQFIQCPSR 7 （I）CPSR 6 （F） 当I = 0时，使能IRQ中断CPUARMVICIRQFIQCPSR 7 （I）CPSR 6 （F）4.9 向量中断控制器向量中断控制器 程序状态寄存器CPSR与VIC的关系 当F = 1时，禁止FIQ中断CPUARMVICIRQFIQCPSR 7 （I）CPSR 6 （F） 当F =

10、0时，使能FIQ中断CPUVICIRQFIQCPSR 7 （I）CPSR 6 （F）4.9 向量中断控制器向量中断控制器 中断分类中断输入请求可以在VIC中被设置为以下三类： FIQ中断：具有最高优先级； 向量IRQ中断：具有中等优先级； 非向量IRQ中断：具有最低优先级；4.9 向量中断控制器向量中断控制器 FIQ中断硬件处理流程将当前的程序状态寄存器的内容备份即，SPSR_fiq = CPSR处理器切换到FIQ模式禁止IRQ和FIQ中断，即，I = F = 1保存返回地址LR_fiq = PC设置FIQ异常入口地址PC = 0 x1C发生FIQ异常事件说明：ARM不支持FIQ中断嵌套4.9

11、 向量中断控制器向量中断控制器 IRQ中断相应流程将当前的程序状态寄存器的内容备份即，SPSR_irq = CPSR处理器切换到IRQ模式禁止IRQ中断，即，I = 1保存返回地址LR_irq = PC设置IRQ异常入口地址PC = 0 x18发生IRQ异常事件说明：ARM不支持IRQ中断嵌套向量IRQ0使能中断源向量IRQ0控制寄存器VICVectCntl0向量地址0寄存器VICVectAddr0默认向量地址寄存器VICDefVectAddr向量IRQ15使能中断源向量IRQ15控制寄存器VICVectCntl15向量地址15寄存器VICVectAddr15DefIRQIRQ0IRQ15Ve

12、ctAddr0VectAddr15DefVectAddr硬件优先级选择向量地址选择向量地址寄存器VICVectAddrIRQ0IRQ15DefIRQIRQ中断信号向量IRQ0向量IRQ15非向量IRQ高低优先级IRQ中断状态寄存器VICIRQStatusFIQ中断信号中断选择寄存器VICIntSelect中断使能寄存器VICIntEnable中断使能清零寄存器VICIntEnClr中断源31:0软件中断使能寄存器VICSoftInt软件中断清零寄存器VICSoftIntClearFIQ中断状态寄存器VICFIQStatus中断状态寄存器VICRawIntrIRQFIQ中断选择寄存器VICInt

13、Select中断使能寄存器VICIntEnable中断使能清零寄存器VICIntEnClr中断源31:0软件中断使能寄存器VICSoftInt软件中断清零寄存器VICSoftIntClear中断状态寄存器VICRawIntrIRQFIQ名称描述访问复位值地址VICIntEnable中断使能寄存器中断使能寄存器 控制32个中断请求（包括软件中断）的使能R/W00 xFFFF F010VICIntEnClr中断使能清零寄存器中断使能清零寄存器 将中断使能寄存器中的一个或多个位清零W00 xFFFF F014VICIntSelect中断选择寄存器中断选择寄存器 将32个中断请求的每个中断分配为FIQ

14、或IRQR/W00 xFFFF F00CVICSoftInt软件中断寄存器软件中断寄存器 控制对应通道产生软件中断R/W00 xFFFF F018VICSoftIntClear软件中断清零寄存器软件中断清零寄存器 禁止对应通道的软件中断W00 xFFFF F01C 寄存器描述控制寄存器嵌入式硬件及接口开发嵌入式硬件及接口开发 1.应用系统设计概述 2. S3C2440A概述 3.存储器寻址 4.系统控制模块 5.存储器加速模块 6.外部存储器控制器 7.引脚连接模块 8.GPIO 9.向量中断控制器 10.外部中断输入 11.定时器 12.SPI接口 13.I2C接口 14.UART 15.A

15、/D转换器 16.看门狗 17.脉宽调制器 18.实时时钟 19. Flash4.10 外部中断输入外部中断输入概述ARM外部中断可以设置为2种类型： 边沿触发： 上升沿触发 下降沿触发 电平触发： 高电平触发 低电平触发中断信号下降沿触发4.10 外部中断输入外部中断输入 边沿触发中断下降沿触发类型中断的请求和清除时序。T1T2 T1时刻，中断信号有下降沿产生，中断控制器向CPU发出中断请求。1 T2时刻，CPU执行完成中断控制器的中断服务程序，清除中断，中断信号回复到高电平。2中断信号低电平触发4.10 外部中断输入外部中断输入 电平触发中断低电平触发类型中断的请求和清除时序。T1T3 T

16、1时刻，中断信号开始由高电平转为低电平。1 T2时刻，中断控制器确认中断信号是低电平后，将向CUP发出中断请求。2T2 T3时刻，CPU执行完成中断控制器的中断服务程序，清除中断，中断信号回复到高电平。3中断源1(WDT).中断源14(EINT0)中断源15(EINT1).中断源17(EINT3)ARM处理器核向量中断控制器IRQFIQ4.10 外部中断输入 外部中断源 几乎所有的外设部件都可以产生中断。其中外部中断含有4个独立的中断输入。管脚连接控制外部中断极性控制外部中断方式控制掉电唤醒控制中断标志PINSELxEXTPOLAREXTMODEEXTINTEXTWAKECPU其它部件1234

17、4.10 外部中断输入 寄存器汇总 可以通过设置PINSELx寄存器选择对应引脚为外部中断输入引脚。1 可以通过设置EXTPOLAR和EXTMODE确定外部中断的触发信号。2 可以控制把CPU从掉电模式唤醒。3 有效中断信号设置中断标志。4名称描述EXTINT外部中断标志寄存器EXTWAKE外部中断唤醒寄存器EXTMODE外部中断方式寄存器EXTPOLAR外部中断极性寄存器嵌入式硬件及接口开发嵌入式硬件及接口开发 1.应用系统设计概述 2. S3C2440A概述 3.存储器寻址 4.系统控制模块 5.存储器加速模块 6.外部存储器控制器 7.引脚连接模块 8.GPIO 9.向量中断控制器 10

18、.外部中断输入 11.定时器 12.SPI接口 13.I2C接口 14.UART 15.A/D转换器 16.看门狗 17.脉宽调制器 18.实时时钟 19. Flash4.11 定时器定时器特性 32位可编程预分频器； 4路捕获通道；当输入信号跳变时可取得定时器的瞬时值。也可选择使捕获事件产生中断。 4 个32 位匹配寄存器，匹配时的动作：匹配时定时器继续工作，可选择产生中断匹配时停止定时器，可选择产生中断匹配时复位定时器，可选择产生中断 4个匹配输出通道。匹配时输出：匹配时设置为低电平匹配时设置为高电平匹配时翻转匹配时无动作预分频器（PR、PC）定时器、计数器（TC）PCLK使能0 x000

19、0 0000定时器控制寄存器（TCR）复位捕获寄存器0（CR0）捕获寄存器1（CR1）捕获寄存器2（CR2）捕获寄存器3（CR3）捕获控制寄存器（CCR）捕获功能匹配功能匹配控制寄存器（MCR）MAT3:0CAP3:0中断标志寄存器（IR）比较器定时器计数值 匹配寄存器0（MR0）匹配寄存器1（MR1）匹配寄存器2（MR2）匹配寄存器3（MR3）外部匹配寄存器（EMR）定时器结构图 预分频器 捕获功能 匹配功能匹配功能匹配控制寄存器（MCR）MAT3:0比较器定时器计数值 匹配寄存器0（MR0）匹配寄存器1（MR1）匹配寄存器2（MR2）匹配寄存器3（MR3）外部匹配寄存器（EMR）名称描述M

20、CR匹配控制寄存器，用于控制在匹配时是否产生中断或复位TCMR0匹配寄存器0，通过MCR寄存器可以设置匹配发生时的动作MR1匹配寄存器1，通过MCR寄存器可以设置匹配发生时的动作MR2匹配寄存器2，通过MCR寄存器可以设置匹配发生时的动作MR3匹配寄存器3，通过MCR寄存器可以设置匹配发生时的动作EMR外部匹配寄存器，EMR控制外部匹配管脚MATx.0MATx.3 匹配功能捕获寄存器0（CR0）捕获寄存器1（CR1）捕获寄存器2（CR2）捕获寄存器3（CR3）捕获控制寄存器（CCR）捕获功能CAP3:0定时器计数值 名称描述CCR捕获控制寄存器，用于设置捕获信号的触发特征，以及捕获发生时是否产

21、生中断。CR0捕获寄存器0，在捕获0引脚上产生捕获时间时，CR0装载TC的值。CR1功能同上。CR3功能同上。CR3功能同上。 捕获功能定时器中断定时器与VIC的关系4.11 定时器0/1通道4定时器0向量IRQ通道0向量IRQ通道15非向量IRQ通道VICIntSelect4VICIntEnable4IRQFIQ通道5定时器1VICIntSelect5VICIntEnable5IRQFIQVICVectAddr0VICVectCntl0VICVectAddr15VICVectCntl15VICDefVectAddrIRQ通道分配 TIMER0、TIMER1分别位于VIC的通道4和通道5。中断

22、使能寄存器VICIntEnable的Bit4和Bit5分别用来控制通道4和通道5的使能。 定时器中断 TIMER0与VIC的关系当VICIntEnable4 = 0时，通道4中断禁止；通道4TIMER0向量IRQ通道0向量IRQ通道15非向量IRQ通道VICIntSelect5VICIntEnable4 = 0IRQFIQ通道5TIMER1VICIntSelect5VICIntEnable5 = 0IRQFIQVICVectAddr0VICVectCntl0VICVectAddr15VICVectCntl15VICDefVectAddrIRQ通道分配定时器中断 TIMER0与VIC的关系当VI

23、CIntEnable4 = 0时，通道4中断禁止；通道0TIMER0向量IRQ通道0向量IRQ通道15非向量IRQ通道VICIntSelect4VICIntEnable4 = 1IRQFIQ通道1TIMER1VICIntSelect5VICIntEnable5 = 0IRQFIQVICVectAddr0VICVectCntl0VICVectAddr15VICVectCntl15VICDefVectAddrIRQ通道分配当VICIntEnable4 = 1时，通道4中断使能。定时器中断 匹配中断 定时器计数溢出时不会产生中断，但是匹配时可以产生中断。每个定时器都具有4个匹配寄存器（MR0MR3）

24、，可以用来存放匹配值。 当计数值 = 匹配值时，产生匹配中断。定时器中断 匹配中断匹配控制寄存器控制匹配中断的使能，以定时器0匹配通道0为例：T0MCR0 = 0定时器0计数值TC = 定时器0匹配值MR0T0MCR3定时器0计数值TC = 定时器0匹配值MR1T0IR0T0IR1匹配中断标志当T0TC = T0MR0时，若T0MCR0 = 0，则匹配中断禁止；定时器中断 匹配中断匹配控制寄存器控制匹配中断的使能，以定时器0匹配通道0为例：当T0TC = T0MR0时，若T0MCR0 = 0，则匹配中断禁止；当T0TC = T0MR0时，若T0MCR0 = 1，则匹配中断使能。T0MCR0 =

25、 1定时器0计数值TC = 定时器0匹配值MR0T0MCR3定时器0计数值TC = 定时器0匹配值MR1T0IR0T0IR1匹配中断标志定时器中断 捕获中断 当定时器的捕获引脚CAP上出现特定的捕获信号时，可以产生中断。以CAP0.0为例：T0CCR0T0CCR1CAP0.0T0CCR2捕获中断捕获上升沿下降沿定时器中断 捕获中断 当定时器的捕获引脚CAP上出现特定的捕获信号时，可以产生中断。以CAP0.0为例：T0CCR0T0CCR1CAP0.0T0CCR2捕获中断捕获上升沿下降沿若T0CCR0 = 1，捕获引脚CAP0.0上出现“上升沿”信号时，发生捕获事件 ；定时器中断 捕获中断 当定时

26、器的捕获引脚CAP上出现特定的捕获信号时，可以产生中断。以CAP0.0为例：T0CCR0T0CCR1CAP0.0T0CCR2捕获中断捕获上升沿下降沿若T0CCR0 = 1，捕获引脚CAP0.0上出现“上升沿”信号时，发生捕获事件 ；若T0CCR1 = 1，捕获引脚CAP0.0上出现“下降沿”信号时，发生捕获事件 ；定时器中断 捕获中断 捕获控制寄存器CCR控制捕获中断的使能。以CAP0.0为例，发生捕获事件时，T0CCR2控制着捕获中断的使能：T0CCR0T0CCR1CAP0.0T0CCR2捕获中断捕获上升沿下降沿当T0CCR2 = 0时，捕获中断禁止；定时器中断 捕获中断 捕获控制寄存器CC

27、R控制捕获中断的使能。以CAP0.0为例，发生捕获事件时，T0CCR2控制着捕获中断的使能：T0CCR0T0CCR1CAP0.0T0CCR2捕获中断捕获上升沿下降沿当T0CCR2 = 0时，捕获中断禁止；当T0CCR2 = 1时，捕获中断使能。嵌入式硬件及接口开发嵌入式硬件及接口开发 1.应用系统设计概述 2. S3C2440A概述 3.存储器寻址 4.系统控制模块 5.存储器加速模块 6.外部存储器控制器 7.引脚连接模块 8.GPIO 9.向量中断控制器 10.外部中断输入 11.定时器 12.SPI接口 13.I2C接口 14.UART 15.A/D转换器 16.看门狗 17.脉宽调制器

28、 18.实时时钟 19. Flash4.12 SPI接口接口SPI总线SPI: Serial Peripheral Interface 串行外设接口允许MCU与各种外围设备以串行方式进行通信、数据交换引脚描述引脚名称类型描述SCK输入/输出串行时钟。用于同步SPI接口间数据传输的时钟信号。该时钟信号总是由主机输出。SSEL输入从机选择。SPI从机选择信号是一个低有效信号。MISO输入/输出主入从出。MISO信号是一个单向的信号，它将数据由从机传输到主机。MOSI输入/输出主出从入。MOSI信号是一个单向的信号，它将数据从主机传输到从机。4.12 SPI接口接口硬件连接SPI从机1MOSIMIS

29、OSSELSCKSPI从机2MOSIMISOSSELSCKMOSIMISOIO2SCKSPI主机IO1SSEL作SPI主机时，SSEL要接上拉电阻时钟极性控制位 CPOL 时钟相位控制位 CPHACPHA = 0：SPI总线在时钟线的第总线在时钟线的第 1 个跳变沿处采样数据；个跳变沿处采样数据；CPHA = 1：SPI总线在时钟线的第总线在时钟线的第 2 个跳变沿处采样数据。个跳变沿处采样数据。该位决定SPI总线上数据的采样位置 。 CPOL = 0，当，当SPI总线空闲时，总线空闲时，SCK时钟线为时钟线为 低低 电平；电平；CPOL = 1，当，当SPI总线空闲时，总线空闲时，SCK时钟

30、线为时钟线为 高高 电平。电平。该位决定了SPI总线空闲时，SCK时钟线的电平状态。4.12 SPI接口 SPI数据传输 主机模式 从机模式LPC 2000SPI从 机 器 件IOMISOMOSISCKSSELMISOMOSISCKSSELV C CLPC 2000SPI主 机 器 件MISOMOSISCKPINMISOMOSISCKSSELV C CSSEL 主机使用一个IO引脚选择从机； 传输的起始由主机发送数据来启动； 时钟(SCK)信号由主机产生； 通过MOSI发送数据； 通过MISO引脚接收数据。 数据传输在SSEL被主机拉低后开始； 接收主机输出的时钟信号； 通过MOSI引脚接收数

31、据； 通过MISO引脚发送数据。 SPI接口工作模式SPI时钟发生器SPCCR（主机）SCKSPI控制寄存器SPCRVPB总总线线中断中断标志寄存器SPINTSPI移位寄存器SPI数据寄存器SPDRSPI发送、接收单元MOSIMISOSPI时钟检测器（从机）SCKSSELSPI状态寄存器SPSR SPI接口内部框图名称描述SPCRSPI控制寄存器。该寄存器控制SPI的操作模式。SPSRSPI状态寄存器。该寄存器显示SPI的状态。SPDRSPI数据寄存器。该双向寄存器为SPI提供发送和接收的数据。发送数据通过写该寄存器提供。SPI接收的数据可以从该寄存器读出。SPCCRSPI时钟计数寄存器。该寄

32、存器控制主机SCK的频率。SPINTSPI中断标志寄存器。该寄存器包含SPI接口的中断标志。 SPI应用示例操作流程设置SPI时钟速率(SPCCR)设置为SPI主机(SPCR)选择从机发送一字节数据启动SPI数据传输等待数据发送结束(SPIF)读出从机发送的数据或释放从机操作流程设置为SPI从机(SPCR)将要发送的数据放入SPDR等待数据发送结束(SPIF)从SPDR中读出接收的数据作为从机作为主机嵌入式硬件及接口开发嵌入式硬件及接口开发 1.应用系统设计概述 2. S3C2440A概述 3.存储器寻址 4.系统控制模块 5.存储器加速模块 6.外部存储器控制器 7.引脚连接模块 8.GPIO 9.向量中断控制器 10.外部中断输入 11.定时器 12.SPI接口 13.I2C接口 14.UART 15.A/D转换器 16.看门狗 17.脉宽调制器 18.实时时钟 19. FlashSCLSDACPU ACPU BLCD驱动器E2PROMADC4.13 I2C接口接口发送器：本次传送中发送数据（不包括地址和命令）到总线的器件；接收器：本次传送中从总线接收数据（不包括地址和命令）的器件；主 机：