东南大学soc课件9-SoC各种接口模块(2学时)

1SoC各种接口模块2目录•低速通信接口控制器–UART–SPI•高速通信接口控制器–USB•人机界面控制器–LCDC–I2SRS232接口TXD---发送数据信号RXD---接收数据信号CTS---TheClearToSendsignal.低电平有效。当此信号有效时，表示外部设备可以接收UART发送的数据。RTS---TheRequestToSendsignal.请求发送信号。低电平有效。UART向外部设备发出的数据请求信号。DTR---TheDataTerminalReadysignal.数据终端（DTE）准备好信号。DSR---TheDataSetReadysignal.数据设备准备好信号。是DTR信号的应答信号。DCD---TheDataCarrierDetectsignal.接收线路载波检测信号。通知UART探测到载波，准备接受数据。RI---TheRingIndicator.震铃指示信号。低电平有效。数据设备（DCE）通知UART接收到一个电话震铃。4RS232帧格式CTSTXDStartStopT3T4Tcyc第一位为起始位中间8位或者7位数据位最后1或者2位停止位11位的数据帧奇偶校验5UART控制器APBInterfaceBaudRateGeneratorTxRxInterruptGeneratorFIFOFIFOIRDAInterfaceTXDRXDRTSCTSout_baudDTRDSRRIDCDOUT1OUT2•作用：–用于异步串行收发–支持RS232传输方式–支持红外模式传输•特征：–字符编码5-8位.–可配置的奇偶校验(偶校验,奇校验,或不用奇偶校验)–对RTS,CTS信号提供硬件控制流支持–对各种控制流和FIFO状态提供各种状态标志–串行红外接口–发送FIFO空时可触发中断•UART（UniversalAsynchronousReceiver/Transmitter）通用异步收发器，是处理器总线与串行线（一般使用RS232信号协议）接口的外围设备UART控制器模块中所设计的寄存器•1、中断使能寄存器•2、中断识别寄存器•3、FIFO控制寄存器•4、线路控制寄存器•5、Modem控制寄存器•6、线路状态寄存器•7、Modem状态寄存器•8、DivisorLatches寄存器：用于设置传输的波特率•9、接收FIFO•10、发送FIFO7目录•低速通信接口控制器–UART–SPI•高速通信接口控制器–USB•人机界面控制器–LCDC–I2S8串行外设接口SPI总线接口•SerialperipheralinterfaceSPI:是由Motorola公司开发的，在微控制器和外设之间的一个简易接口标准•与UART不同，SPI是同步协议接口，所有的传输参照一个共同的时钟•主从方式接口，可以一带多•简单实用：A/D,D/A，时钟芯片，串行存储器等外设MOSIMISOSCLKI/OGNDSISOCLKCSGND9SPI控制器•作用：–在微控制器与外设之间进行并串转换的数据传输；其外设传递方式：•全双工•同步•串行ARM7TDMI接受发送并转串串转并外部串行设备总线SPI控制器和SPI外设的连接SPI接口的数据传输速度总体来说要比I2C接口快得多，单线数据线的传输速率可达100Mbps，4线数据线的传输速度可达50MB/s。SPI主机和多个从机的连接SPI控制器支持的功能•符合AMBA2.0接口标准•支持串行Master操作模式•中断可独立屏蔽，中断包括：发送FIFO溢出信号，发送FIFO空信号，接收FIFO满信号，接收FIFO下溢信号以及接收FIFO的溢出信号•串行接口协议：MotorolaSerialPeripheralInterface(SPI)四线全双工串行接口协议。时钟相位、极性有四种组合方式，时钟相位、极性的选择决定了传输是否以第一个发送时钟作为开始，停止时钟是否保持为高电平等问题。NationalSemiconductorMicrowire半双工的串口协议。采用控制字串行传输，来协调MASTER设备与SLAVE设备的控制信息。•时钟比特率（数据传输的串行比特率）动态控制，仅在串行MASTER模式下进行的操作。SPI控制器中所设计的寄存器•控制寄存器0：控制帧大小、传输模式选择、串行时钟极性、串行时钟相位、帧格式、数据帧长度等•控制寄存器1：数据帧数量•使能寄存器：使能SPI•Microwire控制寄存器：Microwire握手、控制、传输模式•从设备使能寄存器•波特率选择寄存器•发送FIFO阈值寄存器、接收FIFO阈值寄存器、发送FIFO状态寄存器、接收FIFO状态寄存器•SPI状态寄存器•中断屏蔽寄存器、中断最终状态寄存器、中断原始状态寄存器•发送FIFO上溢中断清除寄存器、接收FIFO上溢中断清除寄存器、接收FIFO下溢中断清除寄存器、中断清除寄存器•DMA控制寄存器、DMA发送数据寄存器、DMA接收数据寄存器•数据寄存器SPI和触摸屏的协同工作举例触摸屏电压采集A/D芯片GPIOSEP4020SPI中断控制器中断中断信号发数据A/D芯片中断服务是否挂起或忽略14目录•低速通信接口控制器–UART–SPI•高速通信接口控制器–USB•人机界面控制器–LCDC–I2S15USB简介•USB是UniversalSerialBus的缩写,中文意思就是“通用串行总线”,是连接有USB接口的计算机外围设备到计算机的一种计算机外部总线结构•USB的开发背景–提供高带宽串行通信–Plug-and-Play（即插即用）。–端口扩展。USB提供双向低成本低速到中速(USB2.0可达480Mb/s)的通用外设总线适用于连接各种各样的外设并且易于扩展。USB协议的发展最大传输速率最大输出电流协议推出时间USB1.0低速(Low-Speed)1.5Mbps(192KB/s)500mA1996年1月USB1.1全速(Full-Speed)12Mbps(1.5MB/s)500mA1998年9月USB2.0高速(High-Speed)480Mbps(60MB/s)500mA2000年4月USB3.0超速(Super-Speed)5Gbps(640MB/s)900mA2008年11月USB系统的级联星型拓扑结构•主机包含有主机控制器和根集线器（roothub），控制USB总线上的数据传输。USB系统只能有一个根集线器，它连接在主机控制器上。主机有时也集成集线器，用于扩展主机的连接端口数量。•集线器是USB系统的特定组成，提供端口（Port）将功能设备连接到USB总线上，同时检测连接在总线上的设备，并为这些设备提供电源管理，负责总线的故障检测和恢复。通过集线器，USB系统最多可以连接127个功能设备。•功能设备通过端口与总线连接。集线器与功能设备可由主机通过USB总线提供能源，也可由自身提供能源（通过自身外部电源接口）。需要注意的是，主机通过USB总线提供电源存在电流限制。USB总线可以提供5V电源供连接的外设使用。USB总线提供的电流较低，100mA到500mA之间，对于鼠标、U盘等外设是足够的，对于需要大电流的外设来说，需要自身供电。17USB工作原理•USB技术和IP技术一样，都是基于分组传送方式的。•首先把数据分成若干块，然后在每块数据前面添上同步信号、包标识，后面添上CRC校验，就形成了USB封包。•一个文件可能可能有多个封包。•全速USB总线把1毫秒作为一个时间帧，总线在一个帧内依次传送不同文件的封包。因此从宏观上，就仿佛总线同时对不同的USB外设进行数据传送。•根据信息包所实现的功能可分为3种类型：令牌包、数据包和握手包。令牌包定义了数据传送的类型USB数据传输过程•主机控制器首先产生令牌包（tokenpacket），表明传输类型、传输方向（传输方向由主机的观点决定，输出传输表明数据由主机发往设备，输入传输表明数据由设备发往主机）、以及目标设备的终端地址。•目标设备接收令牌包后，根据令牌包指定的传输方向，返回数据或是接收来及主机的数据。•数据传输完成后，握手包用于表明传输完成情况。对于输出传输，响应信号由设备产生；对于输入传输，响应信号由主机产生。USBD模块的连接20USB1.1Device控制器•48MHZ的系统时钟•支持USB1.1协议•USBD外挂FIFO,发送和接受FIFO都为128x16•一个配置，两个端点（Control端点和Bulk端点）•DMA传输方式,支持部BURST传输方式•全部同步设计USBD模块所设计的寄存器•USB协议中断寄存器：各个中断源的配置：RESET事务中断、SUSPEND事务中断、SETUP事务中断、IN事务中断、OUT事务中断、PING事务中断、传输错误发生中断、ACK接收中断、统计寄存器溢出中断、控制传输发生错误；•USB协议中断屏蔽寄存器：对于各个中断源进行屏蔽，配置各个中断源是否允许送到CPU•USB协议中断类型控制器：配置中断类型控制，是电平触发中断还是上升沿触发中断•USB活动端点状态寄存器：对各个端点（端点号范围00-0x0F）配置端点传输方向是OUT还是IN•USB配置属性寄存器：是否屏蔽远程唤醒功能；供电方式是采用自身供电还是总线供电•USB工作速度寄存器：配置USB的工作速度是High-speed、Full-speed还是Low-speed。•USB帧号寄存器：记录SOF包内的帧号，范围0x000-0x7FF•USB传输次数寄存器地位：记录端点1-端点15下一帧要求的传输数是一次传输、两次传输还是三次传输。•USB接收包数寄存器：记录成功接收的包数量•USB丢失包数寄存器：记录丢失的包数量•USBCRC错误包数寄存器：记录CRC错误的包数量•USB位填充错误包数寄存器：记录填充错误的包数•USBPID错误包数寄存器：记录PID错误的包数量•USB帧错误包数寄存器：记录帧错误的包数量•USB发送包数寄存器：记录发送的包数量•USB统计溢出寄存器：查看接收包寄存器状态、丢失包寄存器状态、CRC错误寄存器状态、位填充错误寄存器状态、PID错误寄存器状态、帧错误寄存器状态、发送包寄存器状态•USBIN传输事务包长度寄存器：记录IN传输事务包长度，以字节为单位•USBOUT传输事务包长度寄存器：记录OUT传输事务包长度，以字节为单位•USB唤醒寄存器：对该寄存器置1唤醒USB•USB端点0地址寄存器：配置各端点号（范围为0x0-0xF）的端点方向为OUT还是IN。•USB端点0包尺寸配置寄存器：在Control、Isochronous、Bulk、Interrupt等情况下分别配置数据包的大小•USB端点0接口号配置寄存器：配置接口号（范围为0x0-0xF）•USB端点0状态寄存器：是否有中断等待、传输零字节包、控制命令是否完成、是否有协议停止发生、端点是否活动、端点是否暂停等。•USB端点0SETUP请求类型寄存器：方向是主机到设备还是设备到主机；类型为Standard、Class还是Vendor；接收者是设备、接口、端点还是其他。•USB端点0SETUP请求内容寄存器：SETUP传输内容•USB端点0SEPUP请求值寄存器•USB端点0SETUP请求宽度寄存器•USB端点0SEPUP请求长度寄存器•USB端点0同步帧号寄存器：记录帧号•USB端点1的相应寄存器•USB端点传输状态寄存器：是否收到一个0字节的OUT包、RXFIFO是否有数据要读走、TXFIFO是否可以接收数据、数据端口是否是通过DMA方式读写22目录•低速通信接口控制器–UART–SPI•高速通信接口控制器–USB•人机界面控制器–LCDC–I2S显示系统24电流通过液晶层，这些分子将会以电流的流向为方向进行排列液晶层能够使光线发生扭转LCD显示原理25LCD分类液晶的显示技术被动矩阵STN主动矩阵TFTDSTNFSTN潮流趋势26TFT彩色液晶驱动时序图LSCLK在下降沿（当选择正的极性时）锁存数据到panel。在主动模式，LSCLK不停运转。HSYNC导致panel开始新的一行。