第2章 嵌入式系统的硬件构成

第2章嵌入式系统的硬件构成内容概述嵌入式微控制器嵌入式DSP处理器嵌入式微处理器片上系统SoC存储器输入/输出设备接口技术总线嵌入式系统常用网络接口嵌入式系统的硬件构成实例2.1嵌入式系统硬件概述嵌入式系统硬件的构成嵌入式系统的体系结构2.1.1嵌入式系统硬件的构成嵌入式系统的硬件由嵌入式处理器和嵌入式外围设备构成：嵌入式处理器是嵌入式系统的核心部件嵌入式处理器与通用处理器的不同在于：嵌入式处理器把通用CPU中许多由板卡完成的任务集成在芯片内部。嵌入式处理器可分为：低端的嵌入式微控制器(MicroControllerUnit，MCU)常用于计算机通信领域的嵌入式DSP处理器(EmbeddedDigitalSignalProcessor，EDSP)中高端的嵌入式微处理器(EmbeddedMicroProcessorUnit，EMPU)高度集成的嵌入式片上系统(SystemOnChip，SOC)。2.1.1嵌入式系统硬件的构成嵌入式系统的硬件由嵌入式处理器和嵌入式外围设备构成：根据功能的不同，外围设备可以分为3类：存储器类型静态易失型存储器(RAM，SRAM)、动态存储器(DRAM、SDRAM)、非易失型存储器(ROM，EPROM，E2PROM，FLASH)接口类型RS-232接口(串口)、IRDA(红外线接口)、SPI(串行外围设备接口)、I2C(现场总线)、USB(通用串行接口)、Ethernet(以太接口)和普通并口显示类型CRT，LCD和触摸屏等。2.1.2嵌入式系统的体系结构一个最基本的计算机系统是由微处理器、存储器和输入输出模块构成，它们之间由系统总线进行互连，以实现计算机执行程序的功能。微处理器（MicroProcessor）控制计算机的操作，执行指令和处理数据。在嵌入式系统中，其作用和功能类似于通用计算机CPU。存储器（Memory）用来存储指令和数据。输入输出模块（I/OModule）负责在处理器、存储器和外部设备之间交换数据。外部设备包括二级存储设备（如Flash、硬盘）、通信设备和终端设备。系统总线（SystemBus）为处理器、存储器和输入输出模块提供数据、控制等信号通信和传输。计算机的体系结构包括两种：冯•诺依曼（VonNeumann）结构和哈佛（Harvard）结构。冯•诺依曼结构冯·诺依曼体系结构，最早由冯·诺依曼提出，又称普林斯顿体系结构，此结构的处理器的最大特点是程序和数据使用同一个存储器，也就是通常所说的“程序就是数据，数据就是程序”。指令和数据共享同一总线。这种结构使得信息流的传输成为限制计算机性能的瓶颈，影响数据处理速度的提高，通常这一瓶颈称为“冯•诺依曼瓶颈”。在实现中，高速缓存（Cache）和分支预测技术可以很好地缓解这一问题。计算机的体系结构包括两种：冯•诺依曼（VonNeumann）结构和哈佛（Harvard）结构。哈佛体系结构哈佛结构的处理器有两个显著特点：一是使用两个独立的存储器模块，分别存储指令和数据，每个存储模块都不允许指令和数据并存；二是使用独立的两条总线，分别作为CPU和每个存储器之间的专用通信路径，而这两条总线之间毫无关联。由于哈佛体系结构程序存储器和数据存储器分开，因此可以提供较大的数据存储器带宽，这一点使得它非常适合于数字信号处理。所以目前绝大多数DSP（DigitalSignalProcess）都是哈佛体系结构。2.2嵌入式微控制器嵌入式微控制器（MicroControllerUnit，MCU）又称单片机（单片微型计算机的简称），就是将整个计算机系统集成到一块芯片中。一般以某一种微处理器内核为核心，芯片内部集成ROM、RAM、总线、总线逻辑、定时/计数器、WatchDog、所需的IO设备（如串行口、A/D、D/A等）各种必要功能模块。整个系统构成只需添加少量分离器件为了节省空间和成本，经常不引出总线引脚8位/16位/32位都有2.2嵌入式微控制器计算性能比RISCCPU/DSP普遍要低，但是功耗、体积和价格也低的多比如某些遥控器的MCU只运行在32Khz主频，几个毫瓦的功耗适用于一些计算任务需求不高但是对成本、功耗、体积要求严格的场合玩具、计算器、马达控制、遥控器、白色家电、计算机外设（尤其是USB外设）与嵌入式微处理器相比嵌入式微控制器的特点是单片化，体积大大减少，功耗和成本下降，可靠性提高。2.2嵌入式微控制器2009年数据，最便宜的MCU大概$0.25一个而最便宜的32位RISCCPU要约$5据wikipedia统计全世界售出的所有CPU中，大概55%为8位MCU2006年售出40亿个8位MCU一台中级车大概包含30个MCU一个发达国家家庭中平均使用36个MCU2.2嵌入式微控制器典型的MCU有：Intel8051(又称MCS-51)Motrorola68HC11AtmelAVR8-bitarchitectureAtmelAVR3232-bitarchitectureHitachiH8MicrochipPIC(8-bitPIC16,PIC18,16-bitdsPIC33/PIC24)TIMSP430(16-bit)ZilogeZ8,eZ80MicrochipPIC2.2嵌入式微控制器MCS-51单片机MCS-51是Intel公司开发的一系列单片机的总称。包括8031（80C31）、8051（80C51）、8751（87C51）、8951（89C51）、8032（80C32）、8052（80C52）、8752（87C52）和8952（89C52）等。习惯于8051来称呼MCS-51系列单片机。Intel公司将MCS51的核心技术授权给了很多其它公司，如SST、Philip、Atmel等，这些公司推出以8051为核心单片机。这些单片机都兼容51指令、并在51的基础上扩展一些功能而内部结构是与51一致的。最初是1980年Intel设计和生产的，目前仍是使用最广泛的单片机内核之一，有50多个厂商在生产兼容8051指令集的1100多种处理器内核。是当之无愧的家族成员最多的一种处理器内核。其中89C51就是这几年在我国非常流行的单片机，它是由Atmel公司开发生产的。2.2嵌入式微控制器MCS-51单片机(续)不变的体系结构，但不断增强的实现结构主频从最初的12Mhz到目前的最高100Mhz从最初的12个或24个周期一条指令到现在的1个时钟周期执行一条指令最早的8051Atmel80512.2嵌入式微控制器MCS-51单片机(续)MCS-51是一个8位运算芯片MCS-51有4个并行I/O口（分别是P0、P1、P2和P4），2个定时/计数器、5个中断源、1个串行口，还有256B的RAM（地址为00H～FFH，用作通用寄存器和数据存放区）和4/8KBEPROM（用于存储程序）。MCS-51的程序存储器和数据存储器是分开的，属于哈佛结构，寻址范围是64KB。Windows上的EXE动辄几百k！MCS-51有一个通用寄存器B、1个数据指针DPTR寄存器和4个专用寄存器（用户不能使用的）。2.2嵌入式微控制器MCS-51单片机(续)支持对I/O端口寄存器或内存数据的按位的直接操作修改I/O端口的某一位的值一般CPU中需要先读I/O端口数据到内存，用位与或位或进行修改，然后写回，需要3个指令。因为直接写一个字节值会覆盖其它无关位！如：SETB24h ;第24位置1还可以直接根据指定位的值进行条件跳转写串行通信和控制软件时带来很大便利2.2嵌入式微控制器MCS-51单片机(续)通用寄存器的shadow机制4组，每组7个（R0-R7)当前哪组被激活，取决于机器状态寄存器（PSW)的一个字段。用处：减少中断响应的延时一般CPU在中断入口必须把所有要用到的通用寄存器备份到内存堆栈上，这个过程比较费时8051中，只要在中断入口处修改PSW的相应字段，就可以切换到另一组寄存器，原来的那组寄存器内容不会被改动，省去了备份到堆栈的过程支持最多4层的中断嵌套2.3嵌入式DSP处理器DSP最初的含义是数字信号处理（DigitalSignalProcessing），包含各种数字信号处理的算法和理论。1970年代末，DSP处理器的出现使得各种数字信号处理的算法可以用硬件处理器的方式实现。目前目前人们逐渐将DSP等同于DSP处理器（DigitalSignalProcessor）。嵌入式DSP处理器有两个发展来源，一是由DSP处理器经过单片化、EMC改造、增加片上外设成为嵌入式DSP处理器，TI的TMS320C2000/C5000等属于此范畴；二是在通用单片机或片上系统（SOC）中增加DSP协处理器发展而来，如Intel的MCS-296。2.3嵌入式DSP处理器数字信号处理的特点算法可用程序实现；稳定性好，没有时漂、温漂；可重复性好；易于实现自适应算法、数字滤波、FFT、谱分析；在所有的DSP中，乘、加运算可由一条指令完成，而且有重复指令可加快运算速度，节省了指令空间。2.3嵌入式DSP处理器嵌入式DSP具有如下特点：在单个指令周期内完成乘法/累加运算速度达到101～103MIPS的定点运算数据交换达到每秒数百兆字节的传输速率，主要是受片外存储器速度的限制（哈佛结构）。并行性多处理器结构DSP在片上设置仿真模块或仿真调试接口低功耗，可应用到便携式计算机、移动通信设备和便携式测试仪器上。可将DSP的功能集成到专用集成电路中去，如磁盘/光盘驱动器、调制解调器、移动通信设备和个人数字助理等。开发环境及支持软件的迅速发展和不断完善。2.4嵌入式微处理器嵌入式微处理器概述嵌入式微处理器的两种架构典型的嵌入式处理器2.4.1嵌入式微处理器概述嵌入式微处理器与标准微处理器的区分嵌入式微处理器虽然在功能上和标准微处理器基本是一样的，但在工作温度、抗电磁干扰、可靠性等方面一般都做了各种增强。和工业控制计算机相比，嵌入式微处理器具有体积小、重量轻、成本低、可靠性高的优点，但是在电路板上必须包括ROM、RAM、总线接口、各种外设等器件。2.4.1嵌入式微处理器概述处理器内核的CacheCache的作用—回顾计算机体系结构课程内容CPU算得很快—一条指令只用1-几个时钟周期而从基于SDRAM的主内存取、存操作数相对很慢–几十个时钟周期造成CPU大量时间都在空转以等待数据readyCache由访问速度较快的SRAM组成，一次访问大概只需几个-十几个时钟周期把最近或经常需要访问的数据放在Cache而不是主存中2.4.1嵌入式微处理器概述Cache对一个系统实际的性能的影响有时候比CPU的频率还要大所以Intel有些面向服务器的CPU与同内核的桌面CPU的最主要的区别就是Cache更大！尽管只是处理器的众多功能模块的一部分，Cache往往占据了一个处理器芯片的大部分芯片面积！以后将嵌入式优化时还会讲到Cache优化。IntelCoreDuo处理器芯片2MBL2Cache2.4.1嵌入式微处理器概述Cache的层次问题PC处理器中常分为L1Cache和L2CacheL2Cache相对L1速度慢一些但同样代价下容量可以做的较大两级Cacche可以获得总体上更好的性能/价格比单在目前嵌入式CPU中基本上都只有一级L1cache主要是成本考虑AMDAthlon64处理器的Cache层次2.4.1嵌入式微处理器概述冯•诺依曼和哈佛结构的Cache哈佛体系结构的处理器通常将L1Cache分为指令缓存（ICache，InstructionCache）和数据缓存（DCache，DataCache）。而冯·诺依曼体系结构的处理器通常不分ICache和DCache。2.4.1嵌入式微处理器概述嵌入式微处理器的市场分布2.4.2嵌入式微处理器的两种架构嵌入式微处理器有两种架构：CISC（ComplexInstructionSetComputer，复杂指令集计算机）指令集中包含了许多功能强大的指令，指令的长度不等，不便于指令的流水线执行。典型的如Intelx86处理器。RISC（ReducedInstructionSetComputer，精简指令集计算机）采用一个有限的简单的指令集，即优先选取使用频率最高的简单指令，避免复杂指令；每条指令长度固定，指令格式和寻址方式种类减少，执行时间短，这样便于指令的流水线优化；为弥补指令功能，CPU往往配备大量的通用寄存器。典型的如MIPS、ARM处理器等2.4.2嵌入式微处理器的两种架构RISC和CISC的差异RISCCISC指令系统由常用指令组成，使其简单高效。对不常用功能采用组合指令来实现。实现特殊功能采用流水线和超标量技术来弥补效率的劣势。指令系统丰富，有专用指令来完成特定功能，处理特殊任务效率高存储器操作对存储器操作有限制，对控制简单化存储器操作指令多，操作直接程序汇编程序需要较大的内存空间，实现特殊功能时程序复杂汇编程序相对简单，科学计算及复杂操作的程序设计容易，效率较高中断在一条指令执行的适当地方可以中断只能在一条执行结束后响应中断2.4.2嵌入式微处理器的两种架构RISC和CISC的差异(续)RISCCISCCPU包含较少的单元电路，面积小、功耗低包含丰富的电路单元，功能强、面积大、功耗高设计周期结构简单，布局紧凑，设计周期短，易于采用新技术结构复杂，设计周期长用户使用结构简单，指令规整，性能容易把握，易学易用结构复杂，功能强大，实现特殊功能容易应用范围由于指令系统的确定与特定领域相关，故更适合于专用机更适合通用机2.4.2嵌入式微处理器的两种架构RISC和CISC的界限开始模糊尽管RISC架构有不少优点，但决不能认为RISC架构就可以取代CISC架构，事实上，RISC和CISC各有优势，而且界限并不那么明显。现代的CPU往往采用CISC的外围，内部加入了RISC的特性，如超长指令集（VLSW）CPU就是融合了RISC和CISC的优势，成为未来的CPU发展方向之一。2.4.2嵌入式微处理器的两种架构嵌入式处理器的架构（RISC/CISC）与计算机的体系结构（冯·诺依曼/哈佛）是两个不同领域的概念，互不矛盾前者指处理器的架构（特别是指令集ISA的特点），后者指整个计算机的体系结构。同一种处理器的架构可以采用不同的计算机体系结构来组织：例如属于RISC的ARM7系列处理器是基于冯·诺依曼结构，而ARM9系列处理器却是基于哈佛结构的。2.4.3典型的嵌入式处理器ARM架构处理器MIPS架构处理器PowerPC架构处理器IntelAtom处理器其他嵌入式处理器ARM架构处理器ARM(AdvancedRISCMachines，高级精简指令系统机器)是对一类RISC微处理器的通称。ARM是由一家英国公司ARM负责设计。该公司专门从事基于RISC技术芯片设计开发的公司，作为知识产权（IntelligenceProperty，IP）供应商，该公司本身不直接从事芯片生产，靠转让设计许可由合作公司生产各具特色的芯片，世界各大半导体生产商从ARM公司购买其设计的ARM微处理器核，根据各自不同的应用领域，加入适当的外围电路，从而形成自己的ARM微处理器芯片进入市场。ARM公司的历史成立于1990年11月前身为Acorn计算机公司AdvanceRISCMachine(ARM)主要设计ARM系列RISC处理器内核授权ARM内核给生产和销售半导体的合作伙伴ARM公司不生产芯片IP(IntelligenceProperty，知识产权)另外也提供基于ARM架构的开发设计技术软件工具，评估板，调试工具，应用软件,总线架构，外围设备单元等等ARM架构处理器ARM微处理器的应用领域工业控制领域：占据32位机微控制器主流，并向传统8位/16位微控制器领域提出挑战。无线通讯领域：超过85%的无线通信设备采用ARM技术。网络应用：在ADSL芯片上逐步获得竞争优势，并对DSP应用领域提出挑战。消费类电子产品：在数字音频播放器、数字机顶盒、游戏机中等到广泛采用。成像和安全产品：流行的数码相机和打印机中多采用ARM技术。ARM架构处理器采用RISC架构的ARM微处理器一般具有如下特点：体积小、低功耗、低成本、高性能；支持Thumb（16位）/ARM（32位）双指令集，能很好地兼容8位/16位器件；大量使用寄存器，指令执行速度更快；大多数数据操作都在寄存器中完成；寻址方式灵活简单，执行效率高；指令长度固定ARM架构处理器ARM架构处理器ARM微处理器系列StrongARM系列StrongARM是遵循ARMV4指令集架构的微处理器，最早由DEC公司开发，后来卖给了Intel。在Xscale出来之后，Intel基本停产此微处理器。Intel生产SA-1100，大量用于PDA中。Xscale系列Xscale是遵循ARM架构v5TE指令集的微处理器，支持Thumb和DSP指令集。最早由Intel自主开发，2006年，Intel将其通信及应用处理器业务（包括StrongARM/XScale产品线）卖给Marvell公司。目前Intel主推Atom嵌入式微处理器。SharpZaurusSL-5500采用SA-1100处理器HPIPAQ5500采用XScale处理器MIPS架构处理器MIPS也是RISC处理器。MIPS的意思是无内部互锁流水线的微处理器（MicroprocessorwithoutInterlockedPipedStages）。其机制是尽量利用软件办法避免流水线中的数据相关问题。它最早在1980初期由美国斯坦福大学的Hennessy教授领导的研究小组研制出来，后来成立了MIPS公司。与ARM一样，MIPS公司以IP核方式将MIPS微处理器内核提供给各个半导体公司进一步开发RISC架构的嵌入式微处理器。MIPS核心技术强调的是多执行绪处理能力（multipleissue，又称多发射核技术）。将处理器中的闲置处理单元分割出来，虚拟为另一个核心，以提高处理单元的利用率。多执行绪处理与多核心是两个并不互斥的体系，可以彼此结合。对于软件最优化，多执行绪处理与多核心体系比单核心体系结构要复杂得多。MIPS应用集中于数字消费类、网络语音、个人娱乐、通信以及商务应用市场。特别在家庭视听电器、网通产品以及汽车电子方面。目前国产龙芯系列芯片也属于MIPS架构。Sony游戏机所采用的MIPS芯片龙芯处理器PowerPC架构处理器PowerPC是一种RISC多执行绪处理体系结构。1990年代，IBM、Apple和Motorola公司开发PowerPC芯片成功，并制造出基于PowerPC的多处理器计算机。PowerPC架构的特点是可伸缩性好、方便灵活。PowerPC架构一大特点是开放性：它定义了一个指令集架构（ISA），并且允许任何人来设计和制造与PowerPC兼容的处理器；为了支持PowerPC而开发的软件模块的源代码都可以自由使用。PowerPC的应用领域非常广泛，从手机到游戏机都能看到PowerPC的影子。PowerPC目前在通信、网络等领域得到了广泛的应用，例如交换机、路由器等。AppleMac系列PC机在转到x86架构之前，十几年来一直在使用PowerPC处理器。IBMPowerPC601处理器IntelAtom处理器IntelAtom处理器（中文名：凌动）是英特尔公司为移动互联网设备（MobileInternetDevices，MID）等嵌入式设备专门设计的处理器，于2008年推出。采用45纳米High-KCMOS制造工艺，内有4700万个晶体管，是Intel历史上体积最小和功耗最小的处理器，未来将采用32纳米制作工艺。它是一款x86体系处理器，采用全新的微架构（Micro-architecture），专门为小型设备设计，旨在降低产品功耗，同时保持与Core2（酷睿）指令集级的兼容。IntelAtom处理器Atom处理器目前共有3个系列：推出时间代号处理器例子主要应用领域第一代(Z系列)SilverthorneZ500、Z510、Z520、Z530、Z540等MID第二代(N系列)DiamondvilleN230、N270、N280、N330等上网本、上网机第三代Moorestown智能手机等以后可能会有更多的系列推出，用以针对不同的应用领域IntelAtom处理器Atom处理器应用举例移动互联网设备（MobileInternetDevice，MID）联想IdeaPadU8采用AtomZ500处理器、4.8英寸的触摸屏、350g的重量、173×84mm的小巧身材，厚2.1cm，WiFi、EDGE、蓝牙等多种网络接入方式，满足用户随时随地上网浏览、收发Email、即时通讯等需求。IntelAtom处理器Atom处理器应用举例上网本(Netbook)上网机(nettop)华硕EeePC采用AtomN280处理器，1GB标准内存，IntelGMA集成显卡，160GB硬盘。华擎（ASRock）S330采用AtomN330处理器，集成GMA950显卡，160GB硬盘、1GB内存。IntelAtom处理器Atom处理器应用举例智能手机LGGW990手机采用MoorestownAtom处理器，512MB内存，内置500万像素摄像头，支持HSPA高速3G网络、WiFi、GPS等，4.8英寸屏幕，分辨率达1024×480像素，尺寸为146.8×64.2×12毫米。其他嵌入式处理器SuperH(缩写为SH)SuperH架构最先由日本Hitachi公司开发，后来由Hitachi和STMicroelectronics两个公司拥有，现在被瑞萨公司接管。SuperH包括SH-1、SH-2、SH-DSP、SH-3、SH-3-DSP、SH-4、SH-5、SH-X等系列，广泛用于打印机、传真机、多媒体终端机、电视游乐器、机顶盒、CD-ROM、家用电器等等多种嵌入式系统中。Fujitsu公司嵌入式微处理器Mitsubishi公司嵌入式微处理器……瑞萨公司SH-4系列的SuperH处理器2.5片上系统SoC片上系统SoC概述SoC实例2.5.1片上系统SoC概述片上系统（SystemOnChip，SOC）的定义片上系统是一种处理器基IC(IntegratedCircuit,芯片)，含有一个或数个嵌入式处理器（嵌入式微处理器，嵌入式微控制器或嵌入式数字信号处理器）；采用超深亚微米工艺技术；主要采用第三方的IP核进行设计；内置嵌入式存储器和可编程逻辑；具备外部对芯片进行编程的功能；具有完整系统所必备的全部或大部分外设。在某些场合，它还包括模拟前端，在同一芯片上集成有模拟和数字部件，SOC系统相当复杂。2.5.1片上系统SoC概述SoC设计公司将各种嵌入式处理器内核作为其IP核标准库，和许多其他嵌入式系统外设一样，成为VLSI设计中的一个标准器件。IP核有三种不同的表现形式：软核、固核和硬核。软核用HDL方式提交，其性能通过时序验证模拟进行验证。由于软核不依赖于任何实现工艺和实现技术，具有很大的灵活性。硬核以IC版图的形式提交，并经过实际工艺流片验证。硬核强烈地依赖于某一个特定的实现工艺，而且在具体的物理尺寸，物理形态及性能上具有不可更改性。固核是由软核发展而来，以电路网表的形式提交，通常还经过硬件验证或硬件仿真器验证。由于固核的时序特性是经过严格检验的，设计者只要保证在布局布线过程中电路关键路径的分布参数不会引起时序混乱就可以保证芯片的设计成功。固核的缺点在于固核仍对应于某个特定的实现工艺，限制了固核的使用范围。2.5.1片上系统SoC概述SOC的划分若按用途划分，SOC可以分为通用和专用两类。若按定制情况划分，SOC可以分为全定制SOC、可配置SOC(CSOC，ConfigurableSystemOnaChip)和可编程SOC(SOPC，SystemOnaProgrammableChip)。全定制SOC内部系统逻辑配置在芯片制造时就已经确定，用户不可更改。CSOC器件内部带有可配置系统逻辑（CSL）阵列，用户可以设置I/O模式，并利用CSL单元构建片内逻辑，甚至配置成存储器、乘法器等等。SOPC源于FPGA（现场可编程门阵列）设计，用户可通过某特定软件自行选择若干嵌入式处理器核、总线接口IP核或其他IP核以及大量自定义可编程逻辑全部装入一片IC中，完成用户定制的SoC设计。2.5.2SoC实例基于ARM的SoC系统Atmel89C51系列SoC

基于ARM典型的SoC及系统从此图可直观地看到SoC将处理器(CPU)、主板和外围芯片都做到一块芯片内。以上结构称为AMBA（AdvancedMicrocontrollerBusArchitecture，高级微控制器总线架构）

基于ARM典型的SoC及系统MMU(存储管理单元,MemoryManagementUnit)用来支持存储器管理的硬件单元，满足操作系统内存管理的需要。其主要功能包括：支持虚拟/物理地址转换；提供不同存储器地址空间的保护机制。MMU启动前代码中的地址为物理地址，启动后程序中的地址为虚拟地址。在后续的“嵌入式操作系统”章节对MMU还会有更详细的介绍。

基于ARM典型的SoC及系统AHB(高性能总线,AdvancedHighperformanceBus)AHB主要用于高性能、高时钟频率的系统模块（如CPU、DMA和DSP等）之间的连接，它构成了SoC高性能的系统骨干总线（back-bonebus）。APB(高级外围总线,AdvancedPeripheralBus)主要用于低带宽的周边外设之间的连接，例如UART、1284等，它的总线架构不像AHB支持多个主模块。在APB里面唯一的主模块就是APB桥。它将来自AHB/ASB的信号转换为合适的形式以满足挂在APB上的设备的要求。

基于ARM典型的SoC及系统外围接口UART：通用异步接收/发送器(UniversalAsynchronousReceiver/Transmitter)。SPI：串行外设接口总线(SerialPeripheralInterface)。I2C：现场总线(Inter-IntegratedCircuit)。JTAG(联合测试行动小,JointTestActionGroup)JTAG是一种国际标准测试协议（IEEE1149.1兼容），主要用于芯片内部测试。

Atmel89C51系列SoC基于8051处理器内核有多种子型号，提供不同的集成外设和可用引脚的选择例子–AT89C51AC3最高60MhzCPU主频（每条指令需要12个周期或更多）256B（internalspace）+2048B（externalspace）SRAM2KBNORFlash（bootloader用）+64KBNANDFlashROM支持在线重新烧录36条GPIO(GeneralPurposeI/O)10位分辨率的ADCSPI和UART接口AT89C51AC3内部结构1.C51微控制器(MCU)2.总线3.RAM+ROM(包括微程序)4.各种外设2.6存储器易失性存储器非易失性存储器存储卡硬盘存储器2.6.1易失性存储器易失性存储器也就是我们熟知的随机存储器RAM。RAM分为静态和动态两种。静态RAM(StaticRAM，SRAM)是靠双稳态触发器来记忆信息的；动态RAM（DynamicRAM、DRAM）是靠MOS电路中的栅极电容来记忆信息的。由于电容上的电荷会泄漏，需要定时给与补充，所以动态RAM需要设置刷新电路。高速缓冲存储器（Cache）使用静态RAM。动态RAM按制造工艺的不同，又可分为普通DRAM、EDO-RAM、SDRAM、RDRAM和DDRSDRAM。2.6.2非易失性存储器非易失性存储器也就是我们熟知的只读存储器ROM。一般用于存放固定的程序，如监控程序、汇编程序等，以及存放各种表格。根据写入方法和可写入的次数的不同，又可分成MROM、OTPROM和UV-EPROM。2.6.2非易失性存储器RAM和ROM的界限正在模糊！最近若干年新发展的那些非ROM型可现场改写的非易失性存储器的需求增长速度极快，这些芯片技术正在迅速地改变着存储器世界的面貌。这主要有可电擦除可编程的EEPROM、利用锂电池作为数据保护后备电源的一体化非易失性静态读写存储器NVSRAM和不需要电池的新型非易失性静态读写存储器nvSRAM、在EPROM和EEPROM芯片技术基础上发展起来的闪速存储器FlashMemory、利用铁电材料的极化方向来存储数据的铁电读写存储器FRAM等等。2.6.2非易失性存储器FLASH(FlashMemory，闪速存储器、闪存)FLASH是一种能够长期存储大容量数据的非易失性存储器。和磁盘设备相比，FLASH存储器在体积、抗震性、耗电这些方面都有很大的优势，因此成为嵌入式系统的首选存储设备。2.6.2非易失性存储器闪速存储器的分类，市面上的FLASH芯片一般有以下两种：传统的NORFLASH，可以直接读取其芯片内储存的数据，因而速度比较快，但是价格较高；NANDFLASH，这种FLASH也被称为固态硬盘，它内部数据以块为单位进行存储，地址线和数据线共用，使用控制信号选择。各种存储设备如优盘，主板BIOS芯片、MP3、SmartMedia卡、DiskOnChip(DOC)、PCMCIA存储卡等都使用上面的两种芯片作为存储介质。此外，另一种比较新的FLASH芯片是Intel公司的StrataFLASH大容量快闪存储器，但是价格昂贵，应用相对较少。2.6.2非易失性存储器NANDFLASH和NORFLASH的差异NANDFlashNORFlash存储特征连续存储介质，适合存放大文件随机存储介质，适合存放小文件总线共用地址和数据总线，需要额外连接一些控制引脚地址线和数据线分开，可以像SRAM一样连在数据线上接口只能对一个固定大小的区域操作，即块设备接口可以对字进行操作，速度快，即SRAM接口，处理器可以直接对其进行随机地址寻址速度与可靠性容量大，进行大量数据的读写的速度要快于NORFLASH接口简单，数据操作少，位交换操作少，极少出现坏区块，可靠性高于NANDFlash用途常当作外存用代码如果烧写在NOR上，就可以直接在其上执行(XIP)，因此常用于存放直接执行代码(如启动代码等)注：XIP意为现场执行（eXecuteInPlace）2.6.2非易失性存储器NANDFlash和NORFlash的共性向芯片中写数据必须先将芯片中对应的内容清空，然后再写入，也就是通常说的“先擦后写”。只不过NORFlash可以每次只擦写一个字，而NAND需要擦写整个块。Flash擦写的次数都是有限的，当Flash的使用寿命快到的时候，经常会出现写操作失败；到达使用寿命时，FLASH内部存放的数据可以读，但是不能再进行写操作；为了防止此问题的发生，不要对某个特定的区域反复进行写操作。通常NAND的可擦写次数高于NORFlash，但是由于NAND擦写整个页面(或块)，块内的页面中如果有一位失效整个页就会失效，而且由于擦写过程复杂，失败的概率相对较高，所以从整体上来说NOR的寿命较长。FLASH的读写操作不仅仅是一个物理操作，还需要算法支持。2.6.3存储卡NANDFlash几乎是所有可移动固态大容量存储卡的基础。这些存储卡广泛用于消费类电子领域（如照相机、掌上电脑、移动电话等）和其他需要大容量存储的嵌入式应用中。2.6.3存储卡1.PCMCIA卡PCMCIA名为国际个人计算机存储卡协会(PersonalComputerMemoryCardInternationalAssociation)的意思，凡符合此协议定义的界面规定技术所设计的界面卡，均可称为PCMCIA卡或简称PC卡。以前此技术只用于存储器扩充卡，后扩展到存储器以外的外部设备，如网络卡、调制解调器等。一般笔记本电脑都此接口。PCMCIA卡与USB一样，支持热拔插(hotplugging)。PCMCIA网络卡PCMCIA存储卡2.6.3存储卡2.DOCDOC(DiskOnChip)采用NANDFlash芯片作为基本存储单元，外加一些控制芯片，通过特殊的软硬件来操作的电子存储装置。3.DOMDOM是一种采用IDE接口的电子盘，可以直接插到IDE接口上，但体积比硬盘小得多。DOC卡DOM卡2.6.3存储卡4.CF卡(CompactFlash卡)由Sandisk、Canon等公司联合研制的CompactFlash存储卡，后来形成了CF标准协会——CFA。CF卡连接装置与PCMCIA卡相似，只不过CF卡是50针，而PCMCIA卡为68针。分为内存卡和IO卡两种。内存卡最为常用，它模拟为一个IDE（硬盘）设备。IO卡，模拟为ISA总线上的IO设备，常用于早期PocketPC的接口设备扩展。CF卡2.6.3存储卡5.SM卡SM(SmartMedia)卡最早由Toshiba公司开发的存储卡，后来Sumsung加入，成为两家主要的SM厂商SM卡只有FlashMemory模块和接口，无控制芯片，但是体积很小，采用22针接口。SM卡2.6.3存储卡6.MS卡(记忆棒)MS(MemoryStick)卡最早由Sony公司开发，因其尺寸50mm*21.5mm*2.8mm，酷似口香糖，因而又称为口香糖存储卡MS卡包括了控制器，采用10针接口，数据总线为串行的。MS卡2.6.3存储卡7.MMC卡MMC(MultiMediaCard)卡最早由Siemens(现为Infineon)公司和Sandisk公司共同开发，后成立了MMC协会(MMCA)来管理和制定标准。和CF卡一样，MMC卡包含了存储单元和控制器，采用7针接口。号称世界上最小的存储卡，体积比SM卡小，质量也轻。MMC卡2.6.3存储卡8.SD卡SD卡最早由Panasonic、Toshiba和Sandisk公司联合推出，后成立SD协会(SDA)。SD卡数据传送和物理规范由MMC发展而来，与MMC卡保持向上兼容。即MMC可以被SD设备存取，但SD卡不能被MMC设备存取。SD卡2.6.3存储卡各种存储卡的比较32MCF,128MSD,1GminiSD,2GMicroSD的体积对比2.6.4硬盘存储器1.ATA接口IDE和ATA实际上是同样的通用接口，IDE是集成设备电路的缩写，ATA表示AT附加设备，其意义可追溯到IBMPC/AT时代，描述了一种与硬盘连接的设备接口。ATA接口数据传输是以并行方式工作。2.SATA(串行ATA)接口SATA是把并行ATA数据接口串行化了，从而减少了电噪声，提高了性能并允许使用较长的屏蔽线。SATA主要定位与PC市场，现在正慢慢进入嵌入式应用领域。2.6.4硬盘存储器3.SCSI接口SCSI接口用于小型计算机系统，其性能超过ATA高端接口，也更复杂。SCSI接口在嵌入式设备领域比较少见。4.微型驱动器微型驱动器是一种外形与CF卡相当的小型硬盘。与CF卡相比，微型驱动器模仿传统的基于磁体的硬盘驱动，只是盘片小些。2.6.4硬盘存储器5.闪存硬盘/固态硬盘闪存硬盘或称固态硬盘（SolidStateDisk或SolidStateDrive，缩写为SSD），也称作电子硬盘或者固态电子盘，是由控制单元和固态存储单元（DRAM或FLASH芯片）组成的硬盘。固态硬盘的接口规范和定义、功能及使用方法上与普通硬盘的相同，在产品外形和尺寸上也与普通硬盘一致。由于固态硬盘没有普通硬盘的旋转介质，因而抗震性极佳。固态硬盘的存储介质分为两种，一种是采用闪存作为存储介质，另外一种是采用DRAM作为存储介质。前者最大的优点是数据保护不受电源控制，但使用年限不长；后者是一种高性能存储器，使用寿命较长，但需要独立电源来保护数据安全SSD在诸如MID等嵌入式设备中取代传统机械式硬盘传统硬盘的替代物接口与硬盘一样（但内部用NANDFlash、DRAM等作为存储部件）。SSDvs传统硬盘优点沿用经典的硬盘接口，系统集成方便，可直接使用硬盘驱动程序没有移动机械部件，所以可靠性高。适用于高振动（如车载）的恶劣环境数据读比传统硬盘快，无需寻道时间体积小缺点价格仍然较贵。2008年数据，$1.5/GBvs$0.38/GB写比传统硬盘慢，即使写一个字节也要先擦除一个4KB的页在最新的上网本、超薄笔记本上得到较多应用华硕EeePC-8GBSSD苹果MacAir–64GBSSD华硕EeePC上网本中使用的SSD硬盘正是使用了SSD硬盘，才可以让苹果的MacAir如此薄2.7输入输出设备常用嵌入式输入输出设备键盘、按钮(按键)红外遥控触摸输入器件，如触摸屏（包括虚拟键盘等）传感器模数转换器（Analog-to-DigitalConverter/ADC）图像传感器2.7.1键盘、按钮嵌入式设备很少配备桌面计算机所使用的全键盘体积限制有限的操作模式常用数字键盘（类似电话）自定义按钮（比如MP3播放器上的按钮）MotorolaSLVRL9i手机键盘MP4按钮嵌入式系统按键一般的接口方式用处理器的GeneralPurposeIO（GPIO）接口实现GPIO指处理器的某些输入、输出引脚，其逻辑状态可以由指令指定或读取按钮触点组织成2维形式，以节省IO引脚2.7.2红外遥控将数字信号调制到红外线信号上调制方式PhilipsRC-5格式–欧美厂商常用载波为36Khz的红外脉冲序列0–32个脉冲跟32个空；1-32个空跟32个脉冲，所谓脉冲位置调制（PPM）/Data/datasheet/RC5IRProtocl.html

NEC格式–日本厂商常用38Khz载波采用所谓脉冲宽度调制（PWM）0-0.56ms的高+0.56ms的低1–0.56ms的高+1.69ms的低参考/lianyaa1/blog/item/dae39df6ec66032a720eec9b.html

2.7.3触摸输入器件按工作原理电阻式电容式表面电容式投射电容式表面波式红外式按物理形态触摸板与显示屏独立布置触摸位置为相对位置触摸屏复合在显示屏上触摸位置为绝对位置触摸技术在嵌入式系统中的应用例子IPod的基于触摸板技术的按键任天堂DS游戏机的底部屏幕为触摸屏触摸技术在嵌入式系统中的应用例子iPhone的MultiTouch触摸技术在嵌入式系统中的应用例子屏幕键盘（On-screenKeyboard）又称虚拟键盘或软键盘，它在显示器的屏幕上显示一个虚拟的键盘，用户可以通过点击虚拟的键进行输入，其中点击操作需借助鼠标、触摸屏、指示笔等指向设备来完成。屏幕键盘用来完成键盘的功能，只不过是用软件来实现的，显示是在屏幕上，而不是实际的物理键盘上。屏幕键盘一般在触摸屏硬件上来实现。一款手机上的屏幕键盘例子各种触摸器比较电阻式好处–价格便宜、精度高缺点–不耐用，透光性差表面电容式好处-透光性好，耐用缺点–精度低、会受出汗、温度等因素会影响投射电容式解决了表面电容式精度低的问题，同时可支持多点触摸（Multi-touch)另外，电容式只有人手触摸才反应好处是不易误触缺点是不能用笔2.7.4传感器将环境的物理量→电信号一般是模拟的电信号，需要用ADC转为数字信号亮度传感器–采集环境光照情况温度传感器湿度传感器加速度传感器（Accelerometer）可以获得3维的加速度值，用来确定设备的方位和运动方向高端智能手机、手持设备的最新配置图像传感器（摄像头）Nokia6681上的亮度传感器可以根据环境亮度调整显示屏背光强度利用N95内置加速度传感器实现的玩具车控制演示视频/gadgets/cellphones/n95-accelerometer-used-to-control-rc-car-begs-to-be-ported-to-the-iphone-328072.php

iBeer–利用iPhone中的加速度传感器的虚拟啤酒杯演示视频/watch?v=A3MfQIswl3k2.7.5模数转换器ADC模数转换器（Analog-to-DigitalConverter/ADC）将CPU不能直接处理、计算的模拟量转换为时间和值都离散的数字量比如时间和数值连续的声波信号→麦克风→时间和数值连续的电压信号→ADC→时间和数值都离散的一串数值（即PCM编码）主要指标采样率，时间离散的程度根据Shannon-Nyquist定律，起码要高于被采样信号的最高频率的2倍分辨率，数值离散的程度，一般用多少bit表示分辨率越高，量化误差越低创新SoundBlasterX-Fi声卡上的ADC型号WolfsonWM8775SEDS4通道96Khz采样率24bit分辨率2.7.6图像传感器（摄像头）按工作原理CCD（Charge-CoupledDevice）CMOS按像素组织一维–用于扫描仪、传真机二维–摄像头按颜色灰度（黑白）彩色CCD图像传感器CCD本质上是一种模拟信号的移位寄存器技术。原理曝光每个单元都会在光照下独立积聚电荷电荷量与照度成正比移位在时钟统一控制下，每个单元向下转移电荷在缓冲行中再从右至左移位CCD图像传感器的形象比喻CMOS图像传感器与CCD最关键的区别是每个单元有自己独立的电荷→电压转换电路CCD需要用模拟集成电路工艺制造，CMOS完全基于数字集成电路工业制造→价格优势CCD和CMOS的优缺点比较CMOS–目前手机摄像头和USB摄像头上的主流价格便宜–直接利用CMS集成电路生产线读取速度快（用于摄像时，可以支持更高帧率）感光度高无需复杂的接口电路CCD–普遍认为图像质量更高信噪比高动态范围大像素一致性好 更详细的比较参考/public/corp/Photonics_Spectra_CCDvsCMOS_Litwiller.pdf2.7输入输出设备常用嵌入式输出设备将电信号→物理环境中的声、光、机械数模转换器(Digital-to-AnalogConverter/DAC)声音输出器件(语音输出)机械动作输出器件显示器件，LCD显示2.7.7数模转换器(DAC)数模转换器（Digtal-to-AnalogConverter/DAC）将时间和值都离散的数字信号→时间和值连续的模拟信号一般还需要滤波进行平滑（去掉方波的高频部分）DAC滤波主要指标类似ADC分辨率采样率创新SoundBlasterX-Fi声卡上的DAC型号CirrusLogicCS43628通道192Khz采样率24bit分辨率2.7.8声音输出器件扬声器–丰富的声频的呈现，体积较大蜂鸣器–单音调，体积小，响度高，用作报警压电陶瓷片–基本无低音，体积小2.7.9机械动作输出器件步进电机–精确控制位置，如数码相机的镜头对焦继电器–控制强电电器的开关2.7.10显示部件LED分离式LED指示段式LED字符显示LCD按显示形式段式LCD字符显示点阵式LCD模块按显示原理STN（伪彩色）便宜，运动响应差，容易出现像素模糊（blur）TFT（真彩色）相对成本高，运动响应好，每个像素的亮度不会互相影响2.7.10显示部件从LCD驱动方式来分，有：一种是带有驱动电路的LCD显示模块，这种LCD可以方便地与各种低档单片机进行接口。另一种是LCD显示屏，没有驱动电路，需要与驱动电路配合使用。从背光来分类，分为透射式、反射式、半反半透式液晶。2.8接口技术CPU与外部设备、存储器的连接与数据交换都需要通过接口设备来实现，主要的接口有：串口和UART(UniversalAsynchronousReceiver/Transmitter)通用异步收发器2根线实现1对1双向收发（不包含地，下同）I2C(Inter-IntegratedCircuit）飞利浦发明2根线实现多对多双向收发SPI(SerialPeripheralInterface)Motorola发明4根线实现1对多双向收发2.8接口技术USB：通用串行总线(UniversalSerialBus)USBForum定义USB1.1的最大数据吞吐量为12Mb/s，而USB2.0的最高速度为480Mb/s。串联接口，4线（3根线实现1对多双向收发），支持热拔插。红外线接口：IrDA无线传输，速度可达4Mb/s，用于短距离双机通信。

IEEE1394串联接口，支持热拔插允许每台设备最高传输速率达400Mb/s2.8.1串口和UARTUART(UniversalAsynchronousReceiver/Transmitter)通用异步收发器十分经典而简单的串行I/O标准除了地信号外，每个方向上只需要一个数据信号线，即2条数据线。低表示0，习惯称为space；高表示1，习惯称为mark收发双方没有时钟信号的传输所以需要双方约定一个共同的数据信号频率（波特率），比如9600或115200最高速率通常在115.2kbps异步传输是指一个数据传输单元可以在任何时间开始相对的同步传输中，收发双方根据一个公共的时钟信号来约定一个时隙的划分，数据传输单元必须在特定的时隙开始。2.8.1串口和UARTUART作用：并行与串行转换因为计算机内部采用并行数据，不能直接把数据发到外设（如：Modem），必须经过UART整理才能进行异步传输。其过程为：CPU先把准备写入串行设备的数据放到UART的寄存器（临时内存块）中，再通过FIFO（FirstInputFirstOutput，先入先出队列）传送到串行设备，若是没有FIFO，信息将变得杂乱无章，不可能传送到外设。UART发一个字节的过程数据线idle时为高发端在需要开始发数据时，将其拉低一个数据信号时间单元然后根据阅读波特率，以此送出这个字节的第0到第7位可选的，再送出一位奇偶校验位最后将数据线拉高至少一个数据信号时间单元，称为stop信号2.8.1串口和UART2.8.1串口和UARTUART和RS232（串口）的关系两者经常被混淆如果系统内部的两个器件需要通过串行的方式通信，只要把两个器件的UART端口直接连接。TTL(Transistor-transistorLogic,5V)电平常用与嵌入式系统中GSM/蓝牙模块与嵌入式处理器间的连接如果两个分隔较远（>1米）的系统需要通过串行的方式通信，则还需要将串行信号进行线路编码（比如转化为电流信号，或者电平更高端信号）RS232就是定义了这样一种线路编码和相应的接插件的标准+/-12v或+/-25v(要对UART进行电平转换)除了数据信号以外的其它一些控制信号线RS232接口2.8.2I2CI2C(Inter-IntegratedCircuit,现场总线)与UART的联系和区别都是异步串行接口，2根线实现多对多双向收发。多了时钟信号（SCL）UART收、发用不同的信号线(Rx和Tx），I2C通过时分复用在同一根信号线（SDA)上实现收、发支持同样的一组信号上，多个主设备和多个从设备的连接和通信（也就是总线结构）。相对的UART只能一对一OpenDrain设计，必须加外置上拉电阻！主、从设备都可驱动SCL和SDAI2C总线典型结构同一I2C总线上，理论最多可挂接126个设备实际上还取决于总线电驱动能力支持100kbps和10kbps两种模式新的扩展可以支持更高速率常用于速率要求不高，但是希望器件体积尽量小的场合PC内存条上的SPDEEPROM，系统可以从中读取该内存条的配置参数并相应自动配置内存控制器PC主板上的SMBus（系统管理总线）实际上是I2C的变种连接风扇速度传感器、CPU温度传感器、电池充电状态传感器、CPU电压传感器等手机中各种芯片的互联，比如手机中使用的A/D，D/A，LCD显示屏控制使用I2C的SPDEEPROMI2C的时序总是发端先将SCLK拉低，在SDA上送出信号，然后停止拉低SCLK，收端在SCLK上跳沿采样SDA除了Start和Stop信号总是由主设备发起一次读写操作，SDA的下跳标志一次操作开始主设备先送出7位地址，然后1位读/写标志，被寻址到的从设备送出0表示确认同意进行这次操作从设备（读时）或主设备（写时）送出一字节数据，然后对端设备发出ACK位，0表示成功接收主设备可以决定是否接着进行后续的字节读或写，如果不需要了，用SDA的上跳标志这次总线操作结束SDA多个主设备的情况需要考虑它们同时发起传输请求时的冲突问题I2C用了一个非常简单而聪明的方法哪个主设备发现SDA信号目前的状态不是自己在驱动的值，那个主设备就知道自己在和别人竞争总线，从而主动放弃，并等待下一个STOP状态到来。对那个胜出的主设备来讲它完全意识不到竞争的发生。类似于计算机网络中的载波侦听2.8.3SPISPI(SerialPeripheralInterface,串行外设接口)同步串行传输，包含四根信号线，实现1对多双向收发SCLK–时钟总是由主设备驱动不需要传输数据时不驱动，处于idle状态SS–从设备片选信号MOSI–发数据信号（从主设备来看）MISO-收数据信号（从从设备来看）SPI工作时序每个时钟上跳变(或者下跳)沿，同时主设备送出一位数据到MOSI，从设备读取从设备送出一位数据到MOSI，主设备读取可以形象的理解为主，从设备中有两个移位寄存器通过MOSI和MISO形成一个大的移位寄存器一次传输后，两个寄存器中的内容对调SPI的总线配置最多挂一个主设备，但是可以挂多个从设备两种组织方式独立SS信号雏菊链（DaisyChain）方式DaisyChain的形象解释SPI的用途MMC、SD卡的接口的一种工作模式就是SPI嵌入式应用中常用的audiocodec器件、DAC器件与嵌入式处理器接口USB接口芯片与嵌入式处理器

接口802.11接口芯片与嵌入式处理器

接口佳能EOS相机的镜头焦距控制2.8.4USB可以说是迄今为止最成功的一种设备IO标准甚至被用作一种标准的供电接口比如中国主导的基于USB接口的统一手机充电器接口标准各种匪夷所思的应用！2.8.4USB总线结构层次的星型结构一个HostController通过Hub可以连接多个Slave设备Hub下又可以挂Hub，最多5层2.8.4USB物理通道Vcc–5V，最大500mAD-/D+，差分信号，时钟和数据混合编码GND–地逻辑通道通过一套十分复杂的传输帧结构和协议实现USBHost控制器可以独立的访问每个USB从设备USB从设备之间无法直接通信大略上，一次操作Host总是通过广播的形式发出自己希望对话的USB从设备的编号（地址），然后被选中的USB设备就可以获得总线，其它从设备保持静默2.8.4USB一个物理的USB设备上可以包含多个虚拟的USB设备，称为功能（Function）。这样的设备称为复合设备（CompositeDevice）传输速率USB1.1LowSpeed模式–1.5MbpsFullSpeed模式–12MbpsUSB2.0增加了HighSpeed模式–480MbpsUSB3.0–2008年刚制定的标准增加了SuperSpeed模式–4.8GbpsUSBOTG（On-The-Go)传统USB中一个设备要么是Slave，要么是Host比如一般的数码相机上的USB口是Slave口，无法插入U盘，或者外接打印机OTG一个设备可以工作在Host或者Slave模式比如一个实现了OTG的数码相机，就可以接到PC，传输照片（PC作为host，相机作为Slave）外接打印机直接打印（相机作为Host，打印机作为Slave)LogoUSBOTG例子：支持USBOTG的NokiaN8102.9总线总线就是各种信号线的集合，是计算机各部件之间传送数据、地址和控制信息的公共通路。计算机中，典型地如主板上分布，有数据总线、地址总线和控制总线。总线的主要参数有：带宽位宽工作时钟频率2.9总线1.ISAISA是工业标准架构（IndustryStandardArchitecture）的缩写，是以IBMPC/AT总线为基础，于1980s年代初制定的总线标准。(数据)总线宽度为8/16位，工作频率为8MHz，24位地址线可寻址范围为16MB，最高传输速率16MB/s。ISA接口2.9总线2.PCIPCI是外围部件互连专业组（PeripheralComponentInterconnectSpecialInterestGroup）总线，由Intel1992年推出，是局部总线的标准。PCI总线有32位(5V)、64位(3.3V)之分；从总线速度上分有33.3MHz、66MHz两种。32位PCI有124个引脚，62位有188个引脚。最大传输率为133MB/s，与CPU及时钟频率无关，支持10台外设，并能自动识别外设。支持设备即插即用，中断共享。改良的PCI系统PCI-X，最高可达到64位、133MHz，超过1GB/s的数据传输率。2.9总线3.PC104总线PC104信号定义与PC/AT基本一致，但电气和机械规范完全不同，是一种优化的、小型、堆栈式结构的嵌入式控制系统总线。PC104有两个版本：8位和16位，分别与PC和PC/AT相对应。PC104Plus是专门为PCI总线设计，可以连接高速外接设备。PC104Plus包括了PCI规范2.1版本要求的所有信号，并向下兼容PC104。因此PC104Plus规范包含了两种总线标准：ISA和PCI，可以两总线并存。2.9总线前端总线、北桥、南桥FSB(前端总线，FrontSideBus)，又称CPU总线，或处理器总线，它直接连接处理器，将处理器与处理器工作所必需的设备，如内存、显卡交换数据连接起来。北桥、南桥北桥、南桥是主板上芯片组中最重要的两块了，它们都是总线控制器，是总线控制芯片。北桥（northbridge）是CPU（处理器）总线到PCI总线的桥接器（简称Host/PCI桥），负责CPU和内存、AGP显卡之间的数据交换。北桥又称主桥。南桥（southbidge）是PCI总线到ISA总线的桥接器（简称PCI/ISA桥），负责CPU和PCI总线以及外部设备的数据交换。南桥又称标准总线桥路。2.9总线典型的计算机系统例子2.9总线芯片组(Chipset)芯片组是计算机主板的核心组成部分，它把主板复杂的电路和元件最大限度地集成在几颗芯片内形成的芯片组。芯片组决定了主板的功能、级别和档次。如果芯片组不能与处理器良好地协同工作，将严重地影响计算机的整体性能甚至不能正常工作。主要的芯片组包括：北桥芯片：实现北桥功能。南桥芯片：实现南桥功能。其他芯片：有些芯片组纳入了3D加速显示（集成显示芯片）、AC’97声音解码等功能，还有一些芯片组产品整合了网络、SATA等功能。2.9总线Atom的芯片组Z系列使用代号为Paulsbo的SCH（SystemControllerHub）芯片组，其最大的特点在于将南北桥功能整合在一个单芯片中，这十分适合于应用在如移动互联网设备MID等小型设备中。SCH芯片组还可提供两条PCI-Ex1接口、一个ATA硬盘接口、三个SDIO和MCC存储卡接口，内部集成了USB2.0控制器、内存控制器、高清晰度音频控制器、图形核心等众多模块。N系列使用了改进版的945GC芯片组。该芯片组采用基于Intel945GC的北桥芯片，而采用ICH7作为南桥芯片。Z系列N系列芯片组SCH芯片组(代号为Poulsbo)i945芯片组（945GC+ICH7）图形处理器GMA500GMA9502.10嵌入式系统常用网络接口网络概述以太网WiFi蓝牙WiMax2.10.1网络概述有线网络以太网无线网络技术的分类PersonalAreaNetwork(PAN)LocalAreaNetwork(LAN)MetropolitanAreaNetwork(MAN)WideAreaNetwork(WAN)范围<几米<100米<几十公里>几十公里例子蓝牙,Zigbee,UWB,WirelessUSBWiFiWiMax移动通信网（GSM,3G)2.10.2以太网IEEE802.3标准有不同的速率和传输介质的变种嵌入式系统上最常用的是100BasetTx，双绞线介质，100Mbps速率介质自动协商机制（AutoNegotiation）10M、100M、1000M的选择半双工、全双工的选择一般会自动协商到Hub和设备都支持的最高速的模式