《深入浅出Linux设备驱动》第二章 驱动设计的硬件基础(1)
作者 佚名技术
来源 Linux系统
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发布时间 2012-05-16
| 本章导读
本章讲述一个底层驱动软件工程师必备的硬件基础,给出了嵌入式系统硬件原理及分析方法的一个完整而简洁的全景视图. 2.1节描述了微控制器、微处理器、数字信号处理器以及应用于特定领域的处理器各自的特点,分析了处理器的体系架构和指令集. 2.2节对嵌入式系统中所使用的各类存储器与CPU的接口、应用领域及特点进行了归纳整理. 2.3节分析了常见的外设接口与总线的工作方式,包括串口、I2C、USB、以太网接口、ISA、PCI和cPCI等. 嵌入式系统硬件电路中经常会使用CPLD和FPGA,作为驱动工程师,我们不需要掌握CPLD和FPGA的开发方法,但是需要知道它们在电路中能完成什么工作,2.4节讲解了这项内容. 2.5～2.7节给出了在实际项目开发过程中硬件分析的方法,包括如何进行原理图分析、时序分析及如何快速地从芯片手册获取有效信息. 2.8节讲解了调试过程中常用仪器仪表的使用方法,涉及万用表、示波器和逻辑分析仪. 2.1 处理器 2.1.1 通用处理器 通用处理器（GPP）并不针对特定的应用领域进行体系结构和指令集的优化,具有一般化的通用体系结构和指令集,以求支持复杂的运算并容易添加新开发的功能.一般而言,在嵌入式微控制器（MCU）和微处理器（MPU）中会包含一个通用处理器核. MPU通常代表一个CPU（中央处理器）,而MCU则强调把中央处理器、存储器和外围电路集成在一个芯片中.早期,微控制器被称为单片机,意指把计算机集成在一个芯片内.嵌入式微控制器也常被称作片上系统（SOC）,含义是在一个芯片上设计了整个系统.芯片厂商在推出MCU时,往往会有明确的市场定位,如定位于PDA、MP3、ADSL等.定位不同的产品可能包含共同的CPU核,但是集成的扩展电路则不一样.图2.1给出了一个典型的集成了外围电路的MCU的结构. 举个例子,英特尔的80386属于微处理器,而内部集成了80386处理器、片选单元、中断控制、定时器、看门狗定时器、串行I/O、DMA和总线仲裁、DRAM控制器等的386EX则是80386微处理器的微控制器版本.但是,GPP、MCU和MPU等概念非常含混,许多地方并不加以区分,而明确区分这些概念在技术上本身也没有太大的意义. 图2.1 典型的MCU内部结构 嵌入式微控制器一般由一个CPU核和多个外围电路集成,目前主流的CPU核有： • Advanced RISC Machines公司的ARM ARM内核的设计技术被授权给数百家的半导体厂商,做成不同的SOC芯片.ARM的功耗很低,在当今最活跃的无线局域网、3G、手机终端、手持设备、有线网络通信设备等中应用非常广泛. • Silicon Graphics公司的MIPS 两个最重要的MIPS芯片厂商为PMC和IDT,PMC-Sierra公司的MIPS处理器被CISCO公司大量采用在高端路由器上.IDT公司在MIPS核上集成PCI接口,广泛用于以太网交换,另外也尝试增加了HDLC、Ethernet、串口、SDRAM控制器、片选、DMA控制器等外设接口,以用于底端通讯产品. • IBM和Motorola的PowerPC PowerPC处理器是通信和工控领域应用最广泛的处理器,国内包括华为、中兴在内的通信公司都大量使用PowerPC.PCMPC860和MPC8260是其最经典的两款PowerPC内核的嵌入式处理器. • Motorola公司独有的内核68K/COLDFIRE 68K内核是最早在嵌入式领域广泛应用的内核,其最著名的代表芯片是68360.Coldfire则继承了68K的特点并对其保持了兼容.Coldfire内核被用于DSP模块、CAN总线模块以及一般嵌入式处理器所集成的外设模块,在工业控制、机器人研究、家电控制等领域被广泛采用. 提示：Motorola的半导体部已经独立为飞思卡尔半导体公司(Freescale Semiconductor Inc.),  历史原因,上文仍然使用Motorola.中央处理器的体系架构可以分为两类,一类为冯•诺伊曼结构,一类为哈佛结构. 冯•诺伊曼结构也称普林斯顿结构,是一种将程序指令存储器和数据存储器合并在一起的存储器结构.程序指令存储地址和数据存储地址指向 |
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