学嵌入式系统必读基础知识

发布时间：2017-04-01 作者：佚名来源：开明通讯

关键字：学嵌入式系统

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本文主要介绍嵌入式系统的一些基础知识，希望对各位有帮助。

14、USB接口

（1）USB总线的主要特点：

A、使用简单，即插即用。

B、每个USB系统中都有主机，这个USB网络中最多可以连接127个设备。

C、应用范围广，支持多个设备同时操作。

D、低成本的电缆和连接器，使用统一的4引脚插头。

E、较强的纠错能力。

F、较低的协议开销带来了高的总线性能，且适合于低成本外设的开发。

G、支持主机与设备之间的多数据流和多消息流传输，且支持同步和异步传输类型。

H、总线供电，能为设备提供5V/100mA的供电。

（2）USB系统由3部分来描述：USB主机、USB设备和USB互连。

（3）USB总线支持的数据传输率有3种：高速信令位传输率为480Mb/s；全速信令位传输率为12Mb/s；全速信令位传输率为1.5Mb/s。

（4）USB总线电缆有4根线：一对双绞信号线和一对电源线。

（5）USB是一种查询总线，由主控制器启动所有的数据传输。USB上所挂接的外设通过由主机调度的、基于令牌的协议来共享USB带宽。

（6）大部分总线事务涉及3个包的传输：

A、令牌包：指示总线上要执行什么事务，欲寻址的USB设备及数据传送方向。

B、数据包：传输数据或指示它没有数据要传输。

C、握手包：指示传输是否成功。

（7）主机与设备端点之间的USB数据传输模型被称作管道。管道有两种类型：流和消息。消息数据具有USB定义的结构，而数据流没有。

（8）事务调度表允许对某些流管道进行流量控制，在硬件级，通过使用NAK（否认）握手信号来调节数据传输率，以防止缓冲区上溢或下溢产生。

（9）USB设备最大的特点是即插即用。

（10）工作原理：USB设备插入USB端点时，主机都通过默认地址0与设备的端点0进行通信。在这个过程中，主机发出一系列试图得到描述符的标准请求，通过这些请求，主机得到所有感兴趣的设备信息，从而知道了设备的情况以及该如何与设备通信。随后主机通过发出Set Address请求为设备设置一个唯一的地址。以后主机就通过为设备设置好的地址与设备通信，而不再使用默认地址0。

15、SPI接口

（1）SPI是一个同步协议接口，所有的传输都参照一个共同的时钟，这个同步时钟有主机产生，接收数据的外设使用时钟来对串行比特流的接收进行同步化。

（2）在多个设备连接到主机的同一个SPI接口时，主机通过从设备的片选引脚来选择。

（3）SPI主要使用4个信号：主机输出/从机输入（MOSI），主机输入/从机输出（MISO）、串行时钟SCLK和外设片选CS。

（4）主机和外设都包含一个串行移位寄存器，主机通过向它的SPI串行寄存器写入一个字节来发起一次数据传输。寄存器通过MOSI信号线将字节传送给外设，外设也将自己移位寄存器中的内容通过MISO信号线返回给主机，这样，两个移位寄存器中的内容就被交换了。

（5）外设的写操作和读操作时同步完成的，因此SPI成为一个很有效的协议。

（6）如果只是进行写操作，主机只需忽略收到的字节；反过来，如果主机要读取外设的一个字节，就必须发送一个空字节来引发从机的传输。

16、IIC接口

（1）IIC总线是具备总线仲裁和高低速设备同步等功能的高性能多主机总线。

（2）IIC总线上需要两条线：串行数据线SDA和串行时钟线SCL。

（3）总线上的每个器件都有唯一的地址以供识别，而且各器件都可以作为一个发送器或者接收器（由器件的功能决定）。

（4）IIC总线有4种操作模式：主发送、主接收、从发送、从接收。

（5）IIC在传送数据过程******有3种类型信号：

A、开始信号：SCL为低电平时，SDA由高向低跳变。

B、结束信号：SCL为低电平时，SDA由低向高跳变。

C、应答信号：接收方在收到8位数据后，在第9个脉冲向发送方发出特点的低电平。

（6）主器件发送一个开始信号后，它还会立即送出一个从地址，来通知将与它进行数据通信的从器件。1个字节的地址包括7位地址信息和1位传输方向指示位，如果第7位为0，表示要进行一个写操作，如果为1，表示要进行一个读操作。

（7）SDA线上传输的每个字节长度都是8位，每次传输种字节的数量没有限制的。在开始信号后面的第一个字节是地址域，之后每个传输字节后面都有一个应答位（ACK），传输中串行数据的MSB（字节高位）首先发送。

（8）如果数据接收方无法再接收更多的数据，它可以通过将SCL保持低电平来中断传输，这样可以迫使数据发送方等待，直到SCL被重新释放。这样可以达到高低速设备同步。

（9）IIC总线的工作过程：SDA和SCL都是双向的。空闲的时候，SDA和SCL都是高电平，只有SDA变为低电平，接着SCL再变为低电平，IIC总线的数据传输才开始。SDA线上被传输的每一位在SCL的上升沿被采样，该位必须一直保持有效到SCL再次变为低电平，然后SDA就在SCL再次变为高电平之前传输下一个位。最后，SCL变回高电平，接着SDA也变为高电平，表示数据传输结束。

17、以太网接口

（1）最常用的以太网协议是IEEE802.3标准。

（2）传输编码（06和07年都有******）：曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码。

A、曼彻斯特编码：每位中间有一个电平跳变，从高到底的跳变表示“0”，从低到高的跳变表示为“1”。

B、差分曼彻斯特编码：每位中间有一个电平跳变，利用每个码元开始时有无跳变来表示“0”或“1”，有跳变为“0”，无跳变为“1”。

（3）相比之下，曼彻斯特编码编码简单，差分曼彻斯特编码提供更好的噪声抑制性能。

（4）以太网数据传输特点：

A、所有数据位的传输由低位开始，传输的位流时用曼彻斯特编码。

B、以太网是基于冲突检测的总线复用方法，由硬件自动执行。

C、传输的数据长度，目的地址DA＋源地址SA＋类型字段TYPE＋数据段DATA＋填充位PAD，最小为60B，最大为1514B。

D、通常以太网卡可以接收3种地址的数据：广播地址、多播地址、自己的地址。

E、任何两个网卡的物理地址都不一样，是世界上唯一的，网卡地址由专门机构分配。

（5）嵌入式以太网接口有两种实现方法：

A、嵌入式处理器＋网卡芯片（例如：RTL8019AS、CS8900等）

B、带有以太网接口的处理器。

（6）TCP/IP是一个分层协议，分为：物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层。每层实现一个明确的功能，对应一个或几个传输协议，每层相对于它的下层都作为一个独立的数据包来实现。每层上的协议如下：

A、应用层：BSD套接字。

B、传输层：TCP、UDP。

C、网络层：IP、ARP、ICMP、IGMP

D、数据链路层：IEEE802.3 Ethernet MAC

E、物理层：二进制比特流。

（7）ARP（地址解析协议）

A、网络层用32位的地址来标识不同的主机（即IP地址），而链路层使用48位的物理地址（MAC）来标识不同的以太网或令牌网接口。

B、ARP功能：实现从IP地址到对应物理地址的转换。

（8）ICMP（网络控制报文协议）

A、IP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。

B、ICMP报文是在IP数据包内被传输的。

C、网络诊断工具ping和traceroute其实就是ICMP协议。

（9）IP（网际协议）

A、IP工作在网络层，是TCP/IP协议族中最为核心的协议。

B、所有的TCP、UDP、ICMP及IGMP数据都以IP数据包格式传输。

C、TTL（生存时间字段）：指定了IP数据包的生存时间（数据包可以经过的路由器数）。

D、IP提供不可靠、无连接的数据包传送服务，高效、灵活。

a、不可靠：它不能保证数据包能成功到达目的地，任何要求的可靠性必须由上层来提供（如TCP）。如果发生某种错误，IP有一个简单的错误处理算法－－丢弃该数据包，然后发送ICMP消息报给信源端。

b、无连接：IP不维护任何关于后续数据包的状态信息。每个数据包的处理都是相互独立的。IP数据包可以不按顺序接收，

（10）TCP（传输控制协议）

TCP协议是一个面向连接的可靠的传输层协议，它为两台主机提供高可靠性的端到端数据通信。

（11）UDP（用户数据包协议）

UDP协议是一种无连接不可靠的传输层协议，它不保证数据包能到达目的地，可靠性有应用层来提供。UDP协议开销少，和TCP相比更适合于应用在低端的嵌入式领域中。

（12）端口：TCP和UDP采用16位端口号来识别上层的用户，即应用层协议，例如FTP服务的TCP端口号都是21，Telnet服务的TCP端口号都是23，TFTP服务的UDP端口号都是69。

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