嵌入式系统硬件技术详解演示文稿

嵌入式系统硬件技术详解演示文稿1目前一页\总数一百三十四页\编于十三点（优选）嵌入式系统硬件技术2目前二页\总数一百三十四页\编于十三点存储器的几个相关性能指数容量存储器容量用S=W×l×m表示，W为存储器字长，l为存储器字数，m则为存储器体数速度访问时间(accesstime)Ta：从存储器接到读请求到所读的字传送到数据总线上的时间间隔存储周期Tm：连续两次访问存储器之间所必需的最小时间间隔。一般Tm>Ta

存储带宽Bm：存储器被连续访问时所提供的数据传输速流，单位是位(或字节）/秒价格存储器的价格通常用单位字节价格来表示，若总容量为S的存储器的总价格为C，则单位字节价格c＝C/S3目前三页\总数一百三十四页\编于十三点存储器设计目标高速度大容量低价格4目前四页\总数一百三十四页\编于十三点设计目标实现依据存储器的工艺实现技术有了突飞猛进的发展，高速、大容量、低价的存储器件以惊人的速度生产出来所有程序都具有这样的行为特性：空间和时间局部性90/10原理：一个程序的90％时间是消耗在10％的代码上根据以上局部性原则（ThePrincipleofLocality），就可以利用各种不同的价格、速度、容量的存储器的组合设计出一个多层次（multiplelevel）存储系统

5目前五页\总数一百三十四页\编于十三点存储器层次结构在嵌入式系统中所用到的存储器主要有：触发器（Flip-FlopsandLatches）、寄存器（RegisterFiles）、静态随机访问存储器（SRAM）、动态随机访问存储器（DRAM）、闪速存储器（FLASH）、磁盘（MagneticDisk）等这些存储器的速度，为触发器最快，寄存器次之，SRAM再次，DRAM较慢，然后是FLASH，磁盘最慢价格正好反之，磁盘的每兆字节价格最便宜，触发器最贵6目前六页\总数一百三十四页\编于十三点存储器层次结构图7目前七页\总数一百三十四页\编于十三点存储器层次结构的特性

第一，数据的包含性，即上层的数据，在下一层中都能找到。第二，下层存储器将自己的地址映射到高层的存储器。8目前八页\总数一百三十四页\编于十三点存储器层次结构几个基本概念块（Block）:相邻两级间的信息交换单位命中（Hit）：相邻两层存储层次中，访问地址可以直接在高层存储器中访问到命中时间(hittime)：访问高层存储器所需的时间，其中包括本次访问是命中还是失效的判定时间命中率（HitRate）：相邻两层存储层次中，访问地址可以直接在高层存储器中访问到的概率失效率（MissRate）：等于1－命中率失效损失(misspenalty)：用低层存储器中相应的块替换高层存储器中的块，并将该块传送到请求访问的设备（通常是CPU）的时间9目前九页\总数一百三十四页\编于十三点存储器层次结构的性能

评价存储器层次结构的性能参数是平均存储访问时间(averagememory-accesstime)平均存储访问时间＝命中时间×命中率＋失效率×失效损失当块大小过小时，失效率很高当高层存储器容量保持不变时，失效率有一最低限值，此时块大小的变化对失效率没有影响当块大小超过某定值后，（这一定值又称为污染点），失效率呈现随块大小增加而上升的趋势

10目前十页\总数一百三十四页\编于十三点主存简介主存是非常重要存储和记忆部件，用以存放数据和程序主存大都采用DRAM芯片实现一般说来，容量越大速度越快的存储器就能给系统带来越高的性能与微机相比，嵌入式系统的主存一般比较小同时在有些嵌入式系统中也有用Flash存储器作为主存使用的情况11目前十一页\总数一百三十四页\编于十三点DRAM与SRAM主要差别

对DRAM芯片来说，在读出数据之后还需重新写回数据，因而它的访问延迟和存储周期不同。SRAM的访问时间与存储周期则没有差别为防止信息丢失，DRAM需要定期刷新每个存储单元，SRAM却不需要DRAM设计强调容量，而对SRAM设计来说，容量和速度同样重要就可以比较的存储器设计技术而言，DRAM的容量大概为SRAM的16倍，而SRAM的存储周期比DRAM的约快8～16倍12目前十二页\总数一百三十四页\编于十三点

DRAM存储器DRAM由于结构简单集成度高，因此价格非常便宜，是目前嵌入式系统中主要的内存方式。DRAM经历了DRAM，FPMDRAM（FastpageModeDRAM）,EDODRAM（ExtendedDataOutDRAM）,SDRAM（SynchronousDRAM）,DDRSDRAM（DoubleDataRateSDRAM）,DDR2SDRAM,DDR3SDRAM13目前十三页\总数一百三十四页\编于十三点DRAM的基本结构14目前十四页\总数一百三十四页\编于十三点从DRAM到DDRIII最初DRAM读写是在控制信号的作用下先发一个行地址再发一个列地址，随后读/写一个数据。15目前十五页\总数一百三十四页\编于十三点DRAM读数据时序16目前十六页\总数一百三十四页\编于十三点人们发现通常数据是连续读/写的，因此，改为FPMDRAM，送一次行地址后，将行地址锁存，只送列地址，每送一个列地址就读/写一个数据，直到该行的数据读完。从而提高了读/写速度。17目前十七页\总数一百三十四页\编于十三点由于在列地址送出后到读出数据之间需要时间，而这个时间对于地址线而言是空闲的，可以送出下一个列地址，因此开发了EDODRAM，利用类似于流水线的模式进一步提高了内存读/写速度。18目前十八页\总数一百三十四页\编于十三点由于DRAM需要动态充电的特性使每次读数据后需要进行再次充电才能进行下次读，因此SDRAM采用了两个（或多个）Bank的方式进行交替数据操作，Bank0读数据时Bank1充电，下一周期Bank1读数据时Bank0充电，从而提高对外的数据交换能力。SDRAM的操作改为由外部时钟上升沿同步控制方式，以实现突发数据传送能力。突发数据传送可以实现接收一次列地址发送多个数据的能力。19目前十九页\总数一百三十四页\编于十三点20目前二十页\总数一百三十四页\编于十三点21目前二十一页\总数一百三十四页\编于十三点DDR（DoubleDataRate）SDRAM则采用了二倍预读取的技术，在每次得到一个地址时芯片内部读取两个数据，这两个数据分别在一个时钟的上升沿和下升沿传送出去，从而提高读/写速度。22目前二十二页\总数一百三十四页\编于十三点DDRIISDRAM采用了4倍预读取的技术，在每次得到一个地址时芯片内部读取4个数据，并将I/O端口的时钟频率提高为原来的两倍（内部操作时钟频率的两倍），并在一个时钟上升沿和下升沿各传送一个数据，从而进一步提高读/写速度。23目前二十三页\总数一百三十四页\编于十三点DDRIIISDRAM采用了8倍预读取的技术，在每次得到一个地址时芯片内部读取8个数据，并将I/O端口的时钟频率提高为原来的4倍（内部操作时钟频率的4倍），并在一个时钟上升沿和下升沿各传送一个数据，从而进一步提高读/写速度。24目前二十四页\总数一百三十四页\编于十三点SDRAM的特点SDRAM由一系列指令控制完成数据存取功能SDRAM需要使用专用的SDRAM控制器能够在系统时钟的驱动下连续存取数据，（突发模式）由于需要进行预充电，因此一般芯片由多个BANK组成采用预读写技术后，读/写性能成倍提升。25目前二十五页\总数一百三十四页\编于十三点26目前二十六页\总数一百三十四页\编于十三点27目前二十七页\总数一百三十四页\编于十三点SDRAM中行地址宽度与列地址宽度常常是不一样的，列地址通常只有9位，表示512个列，也就是说给出一次行地址，最多能够读取512个字节（或字）。本例中行地址为212＝4K，列地址为29＝512Bank数由bs0,bs1(A12,A13)给出共22＝4，因此每片SDRAM容量为4K*512*4=8MB两片共8MB＊2=16MB28目前二十八页\总数一百三十四页\编于十三点3.1.2SRAM存储器SRAM存储器的主要特点：主要优点：速度快，不需要刷新电路，效率高主要缺点：体积大，功耗大，集成度低价格昂贵主要应用：

CPU与主存的高速缓存

CPU内部高速缓存在嵌入式系统中作为主存使用29目前二十九页\总数一百三十四页\编于十三点课后练习DRAM与SRAM在数据操作上的区别是什么？与SDRAM相比，DDR技术为什么能够提高数据存取速度？30目前三十页\总数一百三十四页\编于十三点3.2闪速存储器(Flash)

FLASH与DRAM和SRAM有所不同，虽然他们都可以直接连接在系统总线上进行读写，但是FLASH是一种非易失性的存储器，失去供电后可以长期保存数据不丢失。因此Flash在嵌入式系统中常常担当着类似于PC机中硬盘的角色。

FLASH存储器根据其技术手段的不同有类：NOR

Flash，DINOR

Flash，NAND

Flash，UltraNANDFlash,ANDFlash31目前三十一页\总数一百三十四页\编于十三点FLASH工作原理通过在浮栅上充电或放电来控制源/漏之间的通路，从而实现0/1的表达。32目前三十二页\总数一百三十四页\编于十三点3.2.1NOR

FLASH技术NOR技术闪速存储器是最早出现的FlashMemory，它源于传统的EPROM器件，具有可靠性高、随机读取速度快的优势，在擦除和编程操作较少而直接执行代码的场合，尤其是纯代码存储的应用中广泛使用，如PC的BIOS固件、移动电话、硬盘驱动器的控制存储器等。由于NOR技术FlashMemory的擦除和编程速度较慢，而块尺寸又较大（64KB，128KB），因此擦除和编程操作所花费的时间很长，在纯数据存储和文件存储的应用中，NOR技术显得力不从心。33目前三十三页\总数一百三十四页\编于十三点NOR

FLASH接口信号信号功能A[0:n]地址信号DQ[0:m]数据信号nWE#写使能信号nOE#读使能信号nRST#复位信号nGCS#片选信号34目前三十四页\总数一百三十四页\编于十三点NOR

FLASH指令功能周期数CYCLE1CYCLE2CYLCE3CYCLE4CYCLE5CYCLE56ABDBABDBABDBABDBABDBABDB读1PARD复位1XXF0写4AAAAA55555AAAADPAPD块擦除6555AA2AA5555580555AA2AA5555510片擦除6555AA2AA5555580555AA2AA55SA30读ID4555AA2AA555559000－02暂停1XXB0继续1XX3029LV160芯片指令35目前三十五页\总数一百三十四页\编于十三点读数据只需要1个周期直接在地址总线送地址，可在数据总线读到数据写数据需要4个周期1–将0xAA写到FLASH地址0x5552–将0x55写到FLASH地址0x2AA3–将0xA0写到FLASH地址0x5554–将编程数据(BYTE)写到对应的编程地址上去整片擦除操作需要6个周期1–将0xAA写到FLASH地址0x5552–将0x55写到FLASH地址0x2AA3–将0x80写到FLASH地址0x5554–将0xAA写到FLASH地址0x5555–将0x55写到FLASH地址0x2AA6–将0x10写到FLASH地址0x55536目前三十六页\总数一百三十四页\编于十三点NOR

Flash接口示意图16位接口8位接口37目前三十七页\总数一百三十四页\编于十三点3.2.2NAND

Flash技术SamsungTOSHIBAFujistu三家公司联合开发了NAND

Flash，其特点有：以页为单位进行读和编程操作，1页为256B或512B。以块为单位进行擦除，块为4KB，8KB，16KB。可快擦和快编程功能。数据、地址采用同一总线，实现串行读取。随机读取速度慢且不能按字节随机编程。芯片尺寸小，引脚少，是位成本(bitcost)最低的固态存储器。芯片存储位错误率较高，推荐使用ECC校验，并包含冗余块，数目约占1%。38目前三十八页\总数一百三十四页\编于十三点基于NAND的存储器可以取代硬盘或其他块设备。目前量产的NAND

FLASH已经可达64Gb。39目前三十九页\总数一百三十四页\编于十三点NAND

Flash内部结构40目前四十页\总数一百三十四页\编于十三点NAND

Flash地址结构64MB的NAND

Flash芯片地址结构41目前四十一页\总数一百三十四页\编于十三点NAND

Flash容量大，而且可常时间保存数据，因此可以用于替代硬盘作为外存使用。但由于坏块的存在，难以保证存储信息的安全，因此每个页都有16B的冗余信息用于描述当前块的状态，及逻辑块号，这样在上层文件系统中，就可以将其作为一个标准块设备使用。42目前四十二页\总数一百三十四页\编于十三点冗余字节的定义字节序号内容字节序号内容512用户定义数据520后256B

ECC校验和513521514522515523块逻辑地址2516数据状态524517块状态525前256B

ECC校验和518块逻辑地址152651952743目前四十三页\总数一百三十四页\编于十三点逻辑地址格式D7D6D5D4D3D2D1D000010la9la8la7518,523字节la6la5la4la3la2la1la0P519,524字节在NAND

Flash芯片中块被分为若干个zone，每个zone中有1024个块，这样每个块的编号就只需要10位二进制值，而其中只有1000个块具有逻辑编号，可以真正使用，其他24个块则为备用块。44目前四十四页\总数一百三十四页\编于十三点NAND

Flash接口标准信号信号功能IO[1:8]数据总线CE#片选WE#写有效RE#读有效CLE命令锁存ALE地址/数据锁存WP#写保护信号R/B#忙信号45目前四十五页\总数一百三十四页\编于十三点NAND

Flash命令命令名称第一周期第二周期功能SerialDtatInput0x80－写数据ReadMode10x00－A8=0时读数据ReadMode20x01－A8=1时读数据ReadMode30x50－读校验位Reset0xFF－初始化AutoProgram0x10－开始编程AutoBlockErase0x600xD0块擦除StatusRead0x70－读状态IDRead10x90－厂商及ID信息IDRead20x91－设备参数46目前四十六页\总数一百三十四页\编于十三点47目前四十七页\总数一百三十四页\编于十三点NANDFlash写数据时序48目前四十八页\总数一百三十四页\编于十三点擦除块时序图49目前四十九页\总数一百三十四页\编于十三点NAND

Flash接口示意图50目前五十页\总数一百三十四页\编于十三点NORFlash与NANDFlash比较NORFlashNANDFlash擦除块所需时间/ms1000-50002-4读速度/(KB/s)1200-1500600-800写速度/(KB/s)<80200-40051目前五十一页\总数一百三十四页\编于十三点3.2.3ANDFlash技术AND技术是Hitachi公司的专利技术，主要用于数据和文档存储领域。AND技术与NAND一样采用“大多数完好的存储器”概念由于其内部存在与块大小一致的内部RAM缓冲区，使得AND技术不像其他采用MLC的闪速存储器技术那样写入性能严重下降52目前五十二页\总数一百三十四页\编于十三点3.2.4常见存储卡标准CF（CompactFlash）卡

1994年由SanDisk公司推出，大小43mm×36mm×3.3mm，50针接口SM（SmartMedia）卡

1995年由东芝推出，大小45mm×37mm×0.76mm，重1.8g，由于卡内不带读写控制器，需要设备提供，因此有不兼容问题。xD（eXtremeDigital）图卡

2002年由富士与奥林巴斯推出，大小20mm×25mm×1.7mm，重2g，主要用于袖珍数码相机。MMC（MultiMediaCard）卡

1997年由西门子与SanDisk推出，大小32mm×24mm×1.4mm，重1.5g，主要针对手机，PDA，音乐，影像，电子书，玩具等53目前五十三页\总数一百三十四页\编于十三点SD（SecureDigitalCard）卡

1999年由松下电器，东芝，SanDisk联合推出，大小32mm×24mm×2.1mm，可与MMC兼容。miniSD卡大小20mm×21.5mm×1.4mm，2005年SDA推出了MicroDSD卡标准，大小为11mm×15mm×1mm。记忆棒（MemoryStick）

1999年由Sony公司推出，大小50mm×21.5mm×1.5mm，重4g，由于卡54目前五十四页\总数一百三十四页\编于十三点课后思考题为什么用NAND

Flash能够很好地取代硬盘？NANDFlash与NORFlash接口上的区别在哪里？55目前五十五页\总数一百三十四页\编于十三点3.3串口技术RS232串行接口由于连线少，信号简单，在很多设备上得到了广泛的应用。而且它是嵌入式系统调试的基本手段之一，也是几乎所有嵌入式处理器的必备接口。常用的串行接口除了RS232外，还有RS422/485，USB，SPI等。56目前五十六页\总数一百三十四页\编于十三点3.3.1RS232接口RS232的物理定义RS232两种物理接口标准57目前五十七页\总数一百三十四页\编于十三点RS232接口信号RS232最简连接电路RXD1TXD1TXD2RXD2GND58目前五十八页\总数一百三十四页\编于十三点RS232标准

RS232常被称为UART（UniversalAsynchronousReceiver/Transimitter）,其技术规格如下：1、数据传送速率：最高为115200bps，常用速率9600bps,19200bps。要求分布电容不大于2500PF波特率bps屏蔽电缆ft非屏蔽电缆ft120030005002400200050048005002509600250100192005059目前五十九页\总数一百三十四页\编于十三点2、通信电平采用负逻辑，即－5～－15V表示逻辑1，5～15V表示逻辑0。3、数据按一定包格式传送，包由4部分组成，起始位：1位，低电平表示，用于通知接收方做接收准备；数据位：5－8位，紧跟起始位，先低位后高位顺序传送；奇偶检验位：0－1位，紧跟数据位之后，可为奇校验也可为偶校验；停止位：1位，1位半，2位，用高电平表示4、通信双方事先进行通信参数约定和设置，通信过程中不再更改。S

d0d1d2d3d4d5d6d7d8PE60目前六十页\总数一百三十四页\编于十三点RS232电平转换电路 由于RS232使用电平范围为±15V，这远远超出了TTL电平或嵌入式处理器的工作电压，因此如果使用RS232进行进行通信需要将TTL电平转换为对应的传输电平。转换一般使用专用的器件，如MAX232，MAX3237等，另外还可以通过专用的232接口芯片为嵌入式处理器扩展串行通信口。61目前六十一页\总数一百三十四页\编于十三点MAX232电路原理及应用示意图R1outT1outR1inGNDT1inMAX23262目前六十二页\总数一百三十四页\编于十三点嵌入式处理器中RS232的设置和使用S3C2410中的串口特殊寄存器63目前六十三页\总数一百三十四页\编于十三点S3C2410中的串口控制寄存器64目前六十四页\总数一百三十四页\编于十三点S3C2410中的串口控制寄存器续65目前六十五页\总数一百三十四页\编于十三点S3C2410中串口FIFO控制寄存器66目前六十六页\总数一百三十四页\编于十三点S3C2410中的波特率计数寄存器67目前六十七页\总数一百三十四页\编于十三点S3C2410中的FIFO状态寄存器68目前六十八页\总数一百三十四页\编于十三点S3C2410中的发送数据寄存器69目前六十九页\总数一百三十四页\编于十三点S3C2410中的接收数据寄存器70目前七十页\总数一百三十四页\编于十三点VoidUart_init(intbaud){ULCON0=0X3;//无校验，1位停止，8位数据UCON0=0X305;//内部时钟，电平触发，中

断或缓冲模式UBRDIV0=((int)(PCLK/16/baud)-1);//分频值UFCON0=0X01;

//使用内部FIFO}

//Uart0初始化71目前七十一页\总数一百三十四页\编于十三点CharUart_Getch(void){while(!(UFSTAT0&0X0F));returnRdURXH0();}

//接收数据VoidUart_Sendbyte(unsignedchardata){while((UFSTAT0&0X200));WrUTXH0(data);}

//发送数据72目前七十二页\总数一百三十四页\编于十三点其他串行接口

RS422/485接口，为改进RS-232通信距离短、速率低的缺点，RS-422定义了一种平衡通信接口，将传输速率提高到10Mb/s，传输距离延长到4000英尺（速率低于100kb/s时），并允许在一条平衡总线上连接最多10个接收器。RS-422是一种单机发送、多机接收的单向、平衡传输规范，被命名为TIA/EIA-422-A标准。 为扩展应用范围，EIA又于1983年在RS-422基础上制定了RS-485标准，增加了多点、双向通信能力，即允许多个发送器连接到同一条总线上，同时增加了发送器的驱动能力和冲突保护特性，扩展了总线共模范围，后命名为TIA/EIA-485-A标准。主要是将232的单端信号改为差分信号，从而大大提高信号线抗共模干扰的能力。73目前七十三页\总数一百三十四页\编于十三点规格RS232RS422RS485工作方式单端差分差分节点数1发1收1发10收1发32收传输电缆50ft400ft400ft传输速率20Kb/s10Mb/s10Mb/s输出电压±25V-0.25～+6v-7～+12v驱动器负载阻抗3k～7k10054摆率（最大值）30v/usN/AN/A接收器输入电压±15V-10～+10v-7～+12v接收器输入门限±3V±200mv±200mv接收器输入阻抗3k～7k4k(最小)＞12k驱动器共模电压N/A-3～+3v-1～+3v接收器共模电压N/A-7～+7v-7～+12vRS232,RS422,RS485标准比较74目前七十四页\总数一百三十四页\编于十三点RS422多机联接图75目前七十五页\总数一百三十四页\编于十三点RS485多机联接图76目前七十六页\总数一百三十四页\编于十三点RS422芯片内部结构及应用示意图ABYZMAX42277目前七十七页\总数一百三十四页\编于十三点RS485芯片内部结构及应用示意图78目前七十八页\总数一百三十四页\编于十三点课后思考题RS232与RS422/485通信距离的差异如何造成的？为什么异步传输只以字节为单位传送数据，而不是数据块？79目前七十九页\总数一百三十四页\编于十三点3.4硬盘及FAT文件系统硬盘作为计算机系统的主要外存设备，由于其接口简单，容量巨大，在一些系统级的嵌入式系统中也大量使用。在硬盘上使用的文件系统最常见的就是FAT文件系统，包括FAT16格式和FAT32格式。80目前八十页\总数一百三十四页\编于十三点信号I/O信号功能RESET＃I硬盘复位信号D[15:0]I/O数据总线16位DMARQODMA申请，表示硬盘准备DMA操作IOW#I硬盘写有效信号IOR#I硬盘读有效信号，UltraDMA输入时为Ready，输出时为DataStrobeIORDYOI/O操作代表数据传送完成，UltraDMA输入时为Ready，输出时为DataStrobeCSELMaster或Slave设备选择DAMCK#IDMA应答信号，表示准许DMA请求INTRO中断申请信号PDIAG#Master设备为输入，Slave设备为输出DA[2:0]I硬盘地址总线CS0,CS1I硬盘片选信号硬盘接口信号说明硬盘基本接口和逻辑结构81目前八十一页\总数一百三十四页\编于十三点硬盘以圆型金属盘作为载体，其上涂以磁性材料用于存储信息，一个磁头代表一个可以存储信息的平面，信息以主轴为圆心呈环形排列，每个环为一个磁道，不同盘片上相同磁道构成一个柱面，每个磁道上由若干相对独立的数据存储区构成，每个存储区为一个扇区。硬盘逻辑结构82目前八十二页\总数一百三十四页\编于十三点磁盘中磁道和扇区 扇区基本结构83目前八十三页\总数一百三十四页\编于十三点硬盘的每个扇区的容量为512B，硬盘容量由扇区数量决定，扇区数越多容量越大。在早期的硬盘曾经使用的地址方式包括：1）10位柱面，4位磁头，6位扇区号，最大528MB2）10位柱面，8位磁头，6位扇区号，最大容量8.4GB3）16位柱面，4位磁头，8位扇区号，最大137GB（这时LBA模式也只有28位地址）4）最新的主板中硬盘地址为48bit，理论上支持144000GB的磁盘容量。但在32位系统上最大只能达到2200GB。84目前八十四页\总数一百三十四页\编于十三点硬盘的MBR（MasterBootRecord）每个硬盘最重要的一个数据结构就是MBR，该结构长度为512字节，正好放在一个扇区中，因此存放该数据结构的扇区被称为主引导扇区，这是硬盘最重要的一个扇区。通常位于0道，0面，1扇区，逻辑扇区号为0。MBR结构85目前八十五页\总数一百三十四页\编于十三点硬盘分区表偏移长度说明0x001B00表示非引导扇区，80为引导扇区0x011B分区入口磁头地址0x026bit分区入口地址0x0310bit分区入口柱面地址0x041B分区类型0x051B分区结束磁头地址0x066bit分区结束地址0x0710bit分区结束柱面地址0x084B分区第一扇区逻辑号0x0c4B分区总扇区数86目前八十六页\总数一百三十四页\编于十三点当分区大小超过8.4GB时磁头号，柱面号，扇区号都没有实际意义了。这需要由起始扇区号和扇区总数来表示分区的物理起点和终点。标志含义标志含义0x01FAT120x04FAT16<32M0x06FAT160x050x0FExtend0x07NTFS0x0B0x1BWin95FAT320x0C0x1CWin95FAT320x0EWin95FAT160X82LinuxSwap0X83Linux0X85LinuxExtend0X64NovellNetware分区类型代码87目前八十七页\总数一百三十四页\编于十三点引导扇区数据区第一分区入口扩展分区入口88目前八十八页\总数一百三十四页\编于十三点3.4.2FAT文件格式FAT分区结构整个分区被分为5部分： 第1扇区为第一部分用于存放引导程序； 第2部分为文件分配表（FAT），用于记录磁盘空间中每个簇的下一项。分区有多少簇就有多少个FAT项。 第3部分为FAT的备份。 第4部分为根目录区，用于存放根目录中的文件名和文件起始簇号。 第5部分为数据区，用于存放文件和下级目录。引导扇区FATFAT备份根目录数据区1个若干若干若干剩余空间89目前八十九页\总数一百三十四页\编于十三点引导扇区结构每个分区的第一个扇区为引导扇区用于存放操作系统的引导程序，该扇区中数据结构如下：偏移长度/B含义0x0003跳转指令0x0038厂商ID和版本号0x00B53BIOS参数块（BPB）0x04026扩展BPB0x05A420引导程序代码0x1FE20x55AA引导扇区数据结构90目前九十页\总数一百三十四页\编于十三点在FAT文件系统中，磁盘以簇为单位进行使用和管理，簇由若干个连续的扇区组成，簇的大小与分区的大小有关，分区越大每个簇所包含的扇区越多，但最大不得超过64个，即簇的大小不超过32KB。分区大小/MB每簇含扇区数每簇容量＜32151233-6421KB65-12842KB129-25684KB257-512168KB513-10243216KB1025-20486432KBFAT16中分区大小与簇大小的关系91目前九十一页\总数一百三十四页\编于十三点FAT32中分区大小与簇大小的关系分区大小/GB每簇含扇区数每簇容量＜884KB8-16168KB16-323216KB32-646432KBFAT16中，每个表项由两个字节组成，即可以描述216个簇，因此最大可管理磁盘容量为216

＊32KB＝2GB；而在FAT32中，每个表项由四个字节组成，可以描述232个表项，最大可管理磁盘容量为232＊32KB＝128TB。但是由于FAT表项的增加会大大增加搜索的时间。92目前九十二页\总数一百三十四页\编于十三点根目录根目录区域是分区中最底层的目录结构，每个目录结构由32字节构成，各字节含义如右表：93目前九十三页\总数一百三十四页\编于十三点在FAT32中为了支持长文件名，可以使用附加的若干目录表项存放文件名，附加长文件项定义如右表所示：94目前九十四页\总数一百三十四页\编于十三点FAT文件系统中访问某文件的过程如下：

1）找到系统的根目录结构，并以32字节为单位查找该文件名。

2）找到该文件名对应的目录表项后，找到文件起始簇号。

3）以起始簇号为偏移量在FAT表中找到对应的FAT表项。

4）以该FAT表项中的值为偏移量在FAT表中读取下一个FAT表项，重复该操作，直到读出的FAT表项内容为结束标志。则表示该文件的所有簇编号都已读出。根据读出的这一系列簇号可以从磁盘上读出文件内容。

95目前九十五页\总数一百三十四页\编于十三点如某文件目录项的起始簇地址为3，该分区的FAT表内容如下：表内值00056791211ffffffff偏移0123456789101112则该文件数据占用的簇为：3,6,9,11共4个簇。96目前九十六页\总数一百三十四页\编于十三点课后思考题请用WINHEX工具软件读取你的硬盘或U盘，根据读出的MBR数据，分析出分区个数，分区大小，分区起始扇区，根目录起始簇等信息。97目前九十七页\总数一百三十四页\编于十三点3.5显示技术嵌入式系统也需要将其运行信息显示出来以便人们观察和使用，因此，显示技术在嵌入式系统中也具有重要的地位。常见的嵌入式显示技术主要有LED发光二极管，LED八段数码管，LCD显示屏以及现在大量使用的LED点阵显示屏。98目前九十八页\总数一百三十四页\编于十三点

LED显示技术LED由于结构简单，寿命长，无辐射，发光效率高，功耗低，颜色多样，体积轻巧，在嵌入式系统中随处可见。

LED发光二极管属于电压敏感器件，单只工作电压一般为，工作电流从几个mA到几十个mA。LED可单只工作，也可封装成一定固定形态作为单个部件工作，还可以用点阵方式组织形成大面积显示屏。近几年随着高亮度，超高亮度发光二极管技术的成熟，大面积LED显示屏得到了广泛的应用，成为大屏幕，超大屏幕的首选。99目前九十九页\总数一百三十四页\编于十三点LED使用单只发光二极管驱动一般只需要选用合适的限流电阻即可：VCCGNDLED二极管驱动方式100目前一百页\总数一百三十四页\编于十三点LED使用由LED组成具有一定形状的模块，最常见的如八段数码管，则需要使用具有数据寄存能力的器件进行控制（如164/595等），以方便同微处理器接口。DATACLKVCC164/595八段数码管的驱动方式101目前一百零一页\总数一百三十四页\编于十三点多个八段数码管的驱动102目前一百零二页\总数一百三十四页\编于十三点LED点阵式显示屏驱动LED显示屏驱动接口电路结构103目前一百零三页\总数一百三十四页\编于十三点按行扫描方式LED显示屏驱动接口电路104目前一百零四页\总数一百三十四页\编于十三点

LCD显示技术LCD工作原理

LCD利用了光的偏振特性和沿分子排列传播特性。当不加电时两偏振片之间的液晶呈90度扭曲将光从一边传导到另一边，并通过另一边的偏振片；加电时液晶不再扭曲，光线传导到另一边时被偏振片过滤掉。LCD工作原理示意图105目前一百零五页\总数一百三十四页\编于十三点LCD类型特性TN型STN型TFT型驱动方式矩阵扭曲向列矩阵超扭曲向列有源矩阵视角大小小中等大画面对比最小中等大反应速度最慢中等快显示品质最差中等好颜色单色或黑色单色及伪彩色彩色价格便宜中等贵适合产品电子表，计算器等数字，字符显示屏移动电话，PDA，电子辞典等点阵显示屏笔记本，PC机，电视机等高画质要求屏106目前一百零六页\总数一百三十四页\编于十三点选用LCD的主要参数LCD显示类型 段式LCD，字符型LCD，图形点阵式LCD分辨率点阵式LCD需要指定其分辨率，分辨率指水平和垂直方向的点数。常用的小型显示屏分辨率为128＊64,320＊240等。背光由于LCD属于被动发光器件，需要外界光源才能显示出信息，因此一般需要背光。背光可以是反射式，也可以是透射式的，如果在黑暗处要看到信息必须使用透射式背光。107目前一百零七页\总数一百三十四页\编于十三点反射式背光透射式背光108目前一百零八页\总数一百三十四页\编于十三点接口方式主要接口方式有总线式和扫描式两种，字符型LCD通常使用总线式接口，能够方便地与微处理器连接。扫描式接口常用于分辨率较高的点阵式显示屏中（240＊320），这种显示屏需要外部控制器件以扫描方式显示图象到屏幕上，因此需要微处理器具有LCD控制器功能，或外接LCD控制器。色彩

STN和TFT屏都能显示彩色，但STN屏效果稍差但价格便宜109目前一百零九页\总数一百三十四页\编于十三点刷新率刷新率只针对扫描式接口的显示屏，它决定显示控制器的扫描性能要求。其他生产厂家，可视角度，工作温度，亮度，对比度，颜色等。110目前一百一十页\总数一百三十四页\编于十三点液晶屏接口及驱动（以12864为例）12864液晶屏是大量应用于低档嵌入式应用的一种显示屏，该显示屏最大显示点阵数为128＊64，可显示16×16点阵汉字4行，每行8个，显示图形时，分辨率为128列64行（实际为256列32行）。很多产品内置汉字及ASCII码字模，可以直接显示汉字及ASCII字符，而无需由微处理器提供字模。111目前一百一十一页\总数一百三十四页\编于十三点12864字符显示12864图形显示112目前一百一十二页\总数一百三十四页\编于十三点12864的接口引脚功能定义一般LCD可支持串行，4位并口，8位并口三种接口方式，为提高传输速度通常使用8位并口模式。12864的接口引脚功能定义113目前一百一十三页\总数一百三十四页\编于十三点LCD接口说明LCD显示屏接口主要有两种标准6800系列和8080系列这两种标准的主要区别在于控制信号的构成略有不同，如下表：信号功能8080WR#写使能（低电平有效）RD#读使能（低电平有效）CS#片选（低电平有效）6800R/W#1为读使能，0为写使能E允许信号，高电平有效114目前一百一十四页\总数一百三十四页\编于十三点12864与单片机接口示意图115目前一百一十五页\总数一百三十四页\编于十三点12864基本指令表116目前一百一十六页\总数一百三十四页\编于十三点12864扩展指令117目前一百一十七页\总数一百三十四页\编于十三点LCD字符显示方式LCD可以采用字符显示，也可以工作于图形显示，当使用字符显示方式时，可以直接用外码作为输入数据，由显示屏自动给出显示字模数据。字符显示的位置由DDRAM给出。

DDRAM地址和显示字符位置关系118目前一百一十八页\总数一百三十四页\编于十三点在字符方式下，显示操作步骤如下：