《嵌入式系统课件》之微处理器与总线技术.pptVIP

*************************************CAN总线应用领域CAN（ControllerAreaNetwork）总线最初由博世公司为汽车应用开发，如今广泛应用于汽车电子系统、工业自动化、医疗设备和智能建筑等领域。CAN总线特别适合需要高可靠性、高抗干扰能力和实时通信的恶劣环境。在汽车领域，CAN总线连接发动机控制单元、变速箱、防抱死制动系统、安全气囊等关键系统。现代汽车通常有多个CAN网络，分别用于不同功能域，如动力总成CAN、车身CAN和信息娱乐CAN等。网络拓扑CAN采用双线差分信号（CAN_H和CAN_L）传输，形成一个线性总线拓扑，所有节点并联连接到总线上。总线两端需要120Ω终端电阻匹配阻抗，防止信号反射。标准CAN总线最大支持30个节点，理论最大距离可达1000米（低速时）。CAN总线采用无主机设计，所有节点地位平等，通过基于优先级的总线仲裁机制解决冲突。报文标识符（ID）不仅用于识别消息内容，还决定了消息的优先级，ID越低优先级越高。这种设计确保了关键信息始终能够优先传输。错误检测与恢复CAN协议实现了五种错误检测机制：位监控（发送方检查自己发送的信号）、填充规则检查、帧检查、ACK检查和CRC校验，使错误检测概率达到99.9999%。每个节点维护发送和接收错误计数器，根据错误率自动进入错误主动、错误被动或总线关闭状态。这种复杂的错误处理机制使CAN网络能够识别并隔离故障节点，防止单点故障导致整个网络瘫痪，极大提高了系统的可靠性和容错能力，这也是CAN总线在安全关键应用中广受欢迎的重要原因。USB总线USB版本演进USB（通用串行总线）自1996年问世以来经历了多次版本升级。USB1.0/1.1提供1.5Mbps（低速）和12Mbps（全速）带宽；USB2.0将高速模式提升至480Mbps；USB3.0/3.1（超速）实现5-10Gbps传输率；必威体育精装版的USB3.2和USB4分别提供20Gbps和40Gbps极速传输。每一代USB在保持向后兼容的同时，不断提高传输速度、增强功能并改进连接器设计。主机与设备USB采用严格的主从架构，通常一个系统只有一个主机（如PC或嵌入式控制器），控制总线上所有设备。设备不能主动发起通信，只能响应主机请求。USB支持集线器扩展拓扑结构，理论上一个主机可以连接127个设备。每个USB设备有描述符定义其功能和特性，主机通过标准请求获取这些信息，实现即插即用。在嵌入式系统中，微控制器可以作为USB主机、设备或OTG（双角色）设备。3传输类型USB定义了四种传输类型，满足不同应用需求：控制传输（用于配置设备，强制应答）；批量传输（大量非时间关键数据，有错误检查）；中断传输（小数据包，有限延迟，如HID设备）；同步传输（实时数据流，保证带宽，可接受少量错误，如音视频）。设备通过端点（Endpoint）定义这些传输类型，主机根据设备描述符中的端点信息分配总线带宽，确保时间敏感的应用获得足够资源。SDIO总线SD卡接口SDIO（SecureDigitalInputOutput）是对SD存储卡标准的扩展，允许SD卡插槽支持非存储功能，如Wi-Fi、蓝牙、GPS和摄像头等。SDIO使用与SD卡相同的物理接口，包括时钟线（CLK）、命令线（CMD）和4条数据线（DAT0-3）。SDIO兼容SD物理层规范，可以在标准SD卡插槽中使用。命令与响应SDIO通信基于命令-响应机制，主机通过CMD线发送命令帧，设备通过同一线路返回响应帧。命令帧包含起始位、命令索引、参数、CRC和结束位。SDIO支持多种命令类型，如读/写内存、读/写I/O寄存器、中断处理等。命令响应有不同格式（R1-R7），根据命令类型和上下文选择。数据传输模式SDIO支持多种数据传输模式以满足不同应用需求。基本模式使用单数据线（DAT0），实现简单且成本低；4位模式并行使用所有数据线，提供4倍吞吐量；高速模式下时钟频率可达50MHz，大幅提升性能。SDIO也支持中断功能，允许卡设备通过DAT1线请求主机服务，无需主机轮询，对电源管理特别有利。第六部分：片上系统总线随着半导体技术的发展，越来越多的系统功能被集成到单个芯片上，形成片上系统（SoC）。在SoC内部，各个功能模块之间的互连通常采用专门设计的片上总线架构，这些总线架构优化了芯片内部通信性能，并降低了功耗。在这一部分中，我们将重点介绍ARM公司的AMBA（高级微控制器总线架构）规范，它定义了一系列广泛使用的片上总线标准，包括AHB（高性能总线）、APB（低功耗外设总线）和AXI（高级可扩展接口）等。了解这些片上总线