ARM 处理器
计算机结构
| Bus | 总线，在module之间传输数据 |
|---|---|
| Port | 端口，I/O的实体设备 |
| Device Driver | 驱动I/O设备的软件(硬件设备的软件界面) |
| Interface | 软件是Device Driver, 硬件是I/O + 外部设备 |
| Memory | |
| CPU |
指令集结构
- Low-level Programming
名称
-
Advanced RISC Machine
-
RISC = Reduced Instruction Set Computer
-
CISC = Complex Instruction Set Computer
比较
| RISC | CISC |
|---|---|
| 指令多 | 指令少 |
| 更多编译器 | 更多微指令 |
| 更多寄存器 | 更少寄存器 |
ARM vs. MIPS
| ARM | MIPS |
|---|---|
| 16个寄存器 | 32个寄存器 |
| 更高效，支持64位数据线 | |
| ARM的指令集不一样 |
- 结论：ARM比MIPS更NB！
嵌入式编程语言
常见语言
- C, C++, Python, Java, MicroPython
PWM - Pulse Width Modulation
原理
- 用数字源产生模拟信号
图像分析
$$ Duty \ Cycle = \frac{Active \ time}{T} \times 100% \\\ \\ Average \ Time = high \cdot Duty \ Cycle / 100% $$
串行通信的方式
UART – Universal Asynchronous Reception and Transmission
- 部件与原理
-
RX - Receiver
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TX - Transmitter
-
Protocal - 总线异步通信系统协议
- 工作原理
-
Start Bit $0$ $\longrightarrow$ Stop Bit $1$
-
Data Length
- 理想状态下，串行线为$1$
I2C - Inter-Integrated-Circuit
- 部件与原理
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一主机，多从机
-
只有主机可以初始化传输数据
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总线系统同步通信的协议
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SDA - Serial Data Line: 传输数据、地址、控制信号
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SCL - Serial Clock Line：用于同步
- 工作原理
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Data Length: 8-bit
-
Start (Stop) Condition
- 地址字节(8位)
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前7位构成从机地址
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最后1位作为读/写指令
- 0是写入(从机)
- 1是读取
- 确认位和非确认位(ACB/NACB)
-
每字节数据输入成功，接受者返回ACB;失败返回NACB
-
在SCL为High时，保持SDA为low,以此产生ACB
- 数据位
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8位字节格式
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以地址字节开头，每个地址字节后必须跟着一个ACB/NACB
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必须在SCL保持high时才能发送和接收数据
-
SCL保持低位时可以操作数据线
SPI - Serial Peripheral Interface
- 部件与协议
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总线系统的串行通信协议
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一主机，(一)多从机
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全双工
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主从层次结构
- 结构
- SS(CS): Slave Select (Chip Select),从机并行连接，处于low位时被激活
- 原理
stateDiagram
主机向从机发送时钟信号 --> 将对应从机的SS/CS调成low
将对应从机的SS/CS调成low --> MOSI发送数据
MOSI发送数据 --> MISO接受从机发回的数据: 如果有必要的话
- 时钟参数
| Bit | CPOL(Clock Polarity) | CPHA(Clock Phase) |
|---|---|---|
| 0 | Idle State = 0 | In Phase |
| 1 | Idle State = 1 | Out of Phase |
对比
| 比较项目 | UART | I2C | SPI |
|---|---|---|---|
| Communication Type | Serial | Serial/Parallel (multi-master, one at a time) | Serial (single-master) |
| Number of Wires Required | Minimum of two (TX and RX) | Two wires (SDA and SCL) plus optional ground wire | Minimum of three (MOSI, MISO, and CLK) plus optional slave select wire(s) |
| Data Transfer Speed | Typically up to several Mbps | Typically up to several hundred Kbps | Typically up to tens of Mbps |
| Maximum Distance Supported | Up to a few meters | Up to several meters | Up to several meters |
| Simplicity | Simple | Simple | Relatively Complex |
| 工作方式 | 异步 | Half-duplex | Full-duplex |