第2节 嵌入式系统常用术语
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更新于2008-07-25 21:27:42

在学习嵌入式应用技术的过程中,经常会遇到一些名词术语。从学习规律角度,初步了解这些术语有利于随后的学习。因此,本小节对嵌入式系统中所用的一些常用术语给出简要说明,以便有个初始印象,后续章节将有详细解释。

1.2.1 与硬件相关的术语

      

封装:封住集成电路所用的塑料、金属或陶瓷包装。封装可以保护芯片,并使芯片与外部世界连接。常用的封装形式可分为通孔封装和贴片封装两大类。通孔封装主要有:单列直插(SIP,Single-in-Iine Package)、双列直插(DIP,Dual-in-Iine Package)、Z字型直插式封装(ZIP,Zigzag-in-Iine Package)等。而常见的贴片封装主要有:小外形封装(SOP,Small Outline Package)、紧缩小外形封装(SSOP,Shrink Small Outline Package)、四方扁平封装(QFP,Quad-Flat Package)、薄方封装(LQFP,plastic-Low-profile Quad-Flat Package)、塑料扁平组件式封装(PFP,Plastic Flat Package)、带载封装(TCP,Tape Carrier Package)、插针网格阵列封装(PGA,Ceramic Pin Grid Array Package)、球栅阵列封装(BGA,Ball Grid Array Package)等。本书附录E给出了Freescale公司MCU的常用封装形式及实际大小。


   印刷电路板(PCB,Printed circuit board):印刷电路板是组装电子元件用的基板,是在通用基材上按预定设计形成点间连接及印制元件的印制板。它的主要功能是提供集成电路等各种电子元器件固定、装配的机械支撑;实现集成电路等各种电子元器件之间的布线和电气连接(信号传输)或电绝缘;为自动装配提供阻焊图形,为元器件插装、检查、维修提供识别字符和图形。


   动态可读写随机存储器(DRAM,Dynamic Random Access Memory):由一个MOS管组成一个二进制位。MOS管的放电导致表示“1”的电压会慢慢降低。一般每隔一段时间就要控制刷新信息,给其充电。DRAM价格低,但控制烦琐,接口复杂。


   静态可读写随机存储器(SRAM,Static Random Access Memory):由四个或者六个MOS管构成一个二进制位。当电源有电时,SRAM不用刷新,永远保持原有的数据。


   只读存储器(ROM,Read Only Memory):数据可以读出,但不可以修改,所以称之为只读存储器。通常存储一些固定不变的信息,如:常数、数据、换码表、程序等。它具有断电后数据不丢失的特点。ROM有固定ROM、可编程ROM(即PROM)和可擦除ROM(即EPROM)三种。


    PROM的编程原理是通过大电流将相应位的熔丝熔断,从而将该位改写成0,熔丝熔断后不能再次改变,所以只改写一次。


    EPROM(Erase PROM)是可以擦除和改写的ROM,它用MOS管代替了熔丝,所以可以反复擦除、多次改写。擦除是用紫外线擦除器来完成的,很不方便。有一种用低电压信号即可擦除的EPROM称为电可擦除EPROM,或简称为E2PROM。


   闪速存储器(Flash Memory):是一种快速的E2PROM。由于工艺和结构上的改进,Flash Memory比普通的E2PROM的擦除速度更快,集成度更高。如:Motorola在HCS08微处理芯片中采用第三代0.25微米的闪存技术,可以达到10万次重复读写能力,页整体擦除和写入只需要几十个毫秒。


    闪存相对于E2PROM来说,其最大的优点是系统内编程,也就是说不需要另外的器件来修改内容。闪存的结构随着发展而有些变动,同时尽管现代的快速闪存是系统内可编程的,但仍然没有RAM使用起来方便。典型的一次擦除过程只能处理存储器的一个页面,一次擦除过程只能将页面中所有的位设为1(所有字节=0xFF)。写一个字节只能改变某些位使其为0。擦、写操作必须通过特定的程序算法来实现。这种算法是独特的,以保证不会干扰CPU和存储器之间的正常交互,具体内容请参见第13章Flash存储器的在线编程。


   模拟信号:时间连续、数值也连续的物理量,如温度、压力、流量、速度、声音等。在工程技术上,为了便于分析,常用传感器、变换器将模拟量转换为电流、电压或电阻等电学量。


   数字信号:是一种二值信号,用两个电平(高电平和低电平)分别来表示两个逻辑值(逻辑1和逻辑0)。


一个理想的周期性数字信号,可用以下几个参数来描绘(如图1-2所示):

                                                                                                                                                                                           

1.2.2 与通信相关的术语

   并行通信:将数据的各位同时在多根并行传输线上进行传输。数据的各位同时由源到达目的地。适合近距离、高速通信。常用有4位、8位、16位、32位等同时传输。


   串行通信:数据在单线上按时间先后一位一位地传送,其优点是节省传输线,但是数据传送速度较慢。在嵌入式系统中,串行通信一词一般特指用串行通信接口SCI(Serial Communication Interface)与RS232芯片连接的通信方式。I2C、USB等也是串行通信,但它们有专用名词。


   串行外设接口(SPI,Serial Peripheral Interface):也是串行通信方式,主要用于MCU扩展外围芯片使用。这些芯片可以是具有SPI接口的A/D转换、时钟芯片等。
   I2C(Inter Integrated Circuit):I2C总线是一种由PHILIPS公司开发的两线式串行总线,用于连接MCU及其外围设备。


   通用串行总线(USB,Universal Serial Bus):USB是MCU与外界进行数据通信的一种方式,其速度快,抗干扰能力强,在嵌入式系统中得到了广泛的应用。


    控制器局域网(CAN,Control Area Network):它是一种全数字、全开放的现场总线控制网络。


    背景调试模式(BDM,Background Debug Mode):背景调试模式是Freescale半导体公司提出的一种调试接口,开创了片上集成调试资源的趋势。


    边界扫描测试协议(JTAG,Joint Test Action Group):该协议由国际联合测试行动组开发,提供一种串行扫描路径。JTAG能获取芯片寄存器等内容,或者测试遵守IEEE规范的器件之间引脚连接情况。

 

1.2.3 与功能模块相关的术语

        通用输入/输出(GPIO,General Purpose I/O):所谓通用I/O,即基本的输入/输出,有时也称并行I/O。作为通用输入引脚时,MCU内部程序可以读取该引脚,知道该引脚是“1”(高电平)或“0”(低电平),即开关量输入。作为通用输出引脚时,MCU内部程序向该引脚输出“1”(高电平)或“0”(低电平),即开关量输出。


    A/D与D/A:A/D转换模块的功能是将电压信号转换为对应的数字信号。实际应用中,这个电压信号可能由温度、湿度、压力等实际物理量经过传感器和相应的变换电路转化而来。经过A/D转换,MCU就可以处理这些物理量。而与之相反,D/A转换则是将数字信号转换为电压信号。


    脉冲宽度调制器(PWM,Pulse Width Modulator):PWM是一个D/A转换器,可以产生一个高电平和低电平之间重复交替的输出信号,这个信号就是PWM信号。


    看门狗(Watch Dog):为了防止程序跑飞而设计的一种自动定时器。当程序跑飞时,由于无法正常执行看门狗定时器,定时器会溢出使系统程序复位。
液晶显示(LCD,Liquid Crystal Dispaly):LCD是电子信息产品的主要显示器件,可分为字段型、点阵字符型、点阵图形型三类。


    发光二极管(LED,Light Emitting Diode):LED是一种将电流顺向通到半导体PN结处而发光的器件。常用于家电指示灯、汽车灯和交通警示灯。
键盘:键盘是嵌入式系统中最常见的输入设备。识别键盘是否有效被按下的方法有查询法、定时扫描法与中断法等。

 

1.2.4 与嵌入式软件相关的术语

    中断:指中央处理器CPU正在处理某件事情的时候,外部发生了某一事件,请求CPU迅速去处理,CPU暂时中断当前的工作,转入处理所发生的事件,处理完后,再回到原来中断的地方,继续原来的工作,这样的过程称为中断。实现这种功能的部件称为中断系统,产生中断的请求源称为中断源。我们把由软件指令引起的一个程序的中断则称为软件中断;而由某一特定功能引脚或基于芯片设备产生的中断则称为硬件中断。在嵌入式系统中,中断是一个很重要的概念,为了实时响应外界发生的事件,必须依靠中断系统来实现。


    中断服务程序:响应特定中断而运行的一段程序。这段程序所在的地址称为中断向量。


    实时操作系统RTOS(Real Time Operating System):指的是一种操作环境,运行于嵌入式系统上,并在可预测的时间间隔内,程序能对特定的事件做出反应。事实上,我们所说的RTOS是指一种运行于嵌入式系统上的操作环境,可以提供建立多任务的能力。RTOS为每个任务建立一个可执行的环境,可以很方便地在任务之间传递消息,在一个中断处理程序和任务之间传递事件,区分任务执行的优先级,并协调多个任务对同一个I/O设备的调用。通常一个很大很复杂的嵌入式系统可以分解为一系列较小、较简单的并行任务来实现,各个任务之间互不干扰,使用RTOS排除并行任务中的人为因素,降低复杂度,增强模块化,使工程由更简易和标准化的模块组成,处理起来更轻松、快捷。


    µC/OS-II:是一个可移植和可裁剪的抢占式多任务实时操作系统,并且开放源代码,在嵌入式系统中得到广泛的应用。
    临界区(Critical Section):RTOS中使用的一个术语,它是指一段必须按次序执行的代码,并且不能被中断,否则程序有可能无法正常运行。

 

    

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