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  第15题      
  知识点:   输入输出方式   波特率   串口   硬件   中断
  关键词:   波特率   串口   接口   数据   无校验   校验位   硬件   中断   波特        章/节:   计算机组成与体系结构       

 
在一个具有72MHz的Cortex-M3/M4系统下,使用中断模式来接收串口数据,其波特率为115200。假设该系统的串行接口没有硬件FIFO,波特率是115200,数据格式采用“1起始位+1终止位+无校验位+8数据位”,则其最大允许屏蔽中断的时间约是()。
 
 
  A.  11.5μS
 
  B.  87μS
 
  C.  23.4μS
 
  D.  17μS
 
 
 

 
  第61题    2014年上半年  
   53%
总线规范会详细描述总线各方面的特性,其中(60)特性规定了总线的线数,以及总线的插头、插座的形状、尺寸和信号线的排列方式等..
  第14题    2021年上半年  
   22%
在嵌入式系统中,板上通信接口是指用于将各种集成电路与其他外围设备交万连接的电路或总线。常用的板上通信接口包括I2C、SPI、UA..
  第60题    2014年上半年  
   40%
总线规范会详细描述总线各方面的特性,其中(60)特性规定了总线的线数,以及总线的插头、插座的形状、尺寸和信号线的排列方式等..
   知识点讲解    
   · 输入输出方式    · 波特率    · 串口    · 硬件    · 中断
 
       输入输出方式
        在计算机中,I/O系统可以有5种不同的工作方式,分别是程序控制方式、程序中断方式、DMA(Direct Memory Access,直接内存存取)工作方式、通道方式、输入/输出处理机。
        (1)程序控制方式。CPU直接利用I/O指令编程,实现数据的输入输出。CPU发出I/O命令,命令中包含了外设的地址信息和所要执行的操作,相应的I/O系统执行该命令并设置状态寄存器;CPU不停地(定期地)查询I/O系统以确定该操作是否完成。由程序主动查询外设,完成主机与外设间的数据传送,方法简单,硬件开销小。
        (2)程序中断方式。CPU利用中断方式完成数据的输入/输出,当I/O系统与外设交换数据时,CPU无需等待也不必去查询I/O的状态,当I/O系统完成了数据传输后则以中断信号通知CPU。然后CPU保存正在执行程序的现场,转入I/O中断服务程序完成与I/O系统的数据交换并返回原主程序继续执行。与程序控制方式相比,中断方式因为CPU无需等待而提高了效率。在系统中具有多个中断源的情况下,常用的处理方法有:多中断信号线法、中断软件查询法、雏菊链法、总线仲裁法和中断向量表法。
        (3)DMA工作方式。使用DMA控制器(Direct Memory Access Controler, DMAC)来控制和管理数据传输。DMAC和CPU共享系统总线,并且具有独立访问存储器的能力。在进行DMA时,CPU放弃对系统总线的控制而由DMAC控制总线;由DMAC提供存储器地址及必需的读写控制信号,实现外设与存储器之间的数据交换。DMAC获取总线的3种方式:暂停方式、周期窃取方式和共享方式。
        (4)通道方式。通道是一种通过执行通道程序管理I/O操作的控制器,它使主机与I/O操作之间达到更高的并行程度。在具有通道处理机的系统中,当用户进程请求启动外设时,由操作系统根据I/O要求构造通道程序和通道状态字,将通道程序保存在内存中,并将通道程序的首地址放到通道地址字中,然后启动I/O指令。按照所采取的传送方式,可将通道分为字节多路通道、选择通道和数组多路通道3种。
        (5)输入输出处理机。输入输出处理机也称为外围处理机,它是一个专用处理机,也可以是一个通用的处理机,具有丰富的指令系统和完善的中断系统。专用于大型、高效的计算机系统处理外围设备的输入输出,并利用共享存储器或其他共享手段与主机交换信息。从而使大型、高效的计算机系统更加高效地工作。与通道相比,输入输出处理机具有比较丰富的指令系统,结构接近于一般的处理机,有自己的局部存储器。
 
       波特率
        波特率又称为码元速率,是指单位时间内所传送的信号“波形”的个数,单位为波特(Baud),计算公式为:
        B=1/T (baud)
        式中,T为波形周期。
 
       串口
        所谓串行通信就是使数据一位一位地进行传输而实现的通信。当然,在实际传输中,如外部设备与CPU或计算机与计算机之间交换信息,是通过一对导线传送信息的。在传输中每一位数据都占据一个固定的时间长度。与并行通信相比,串行通信具有传输线少、成本低等优点,特别适合远距离传送,其缺点是速度慢,若并行传送n位数据需时间T,则串行传送的时间最少为nT。
               RS-232C串口
               RS-232C是美国电子工业协会(Electronic Industry Association,EIA)制定的一种串行物理接口标准。RS是英文“推荐标准”的缩写,232为标识号,C表示修改次数。
               RS-232C总线标准设有25条信号线,包括一个主通道和一个辅助通道,在多数情况下主要使用主通道,对于一般双工通信,仅需几条信号线就可实现,如一条发送线、一条接收线及一条地线。
               RS-232C标准规定的数据传输速率为每秒50、75、100、150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200比特。RS-232C标准规定,驱动器允许有2500pF的电容负载,通信距离将受此电容限制。例如,采用150pF/m的通信电缆时,最大通信距离为15m;若每米电缆的电容量减小,通信距离可以增加。传输距离短的另一原因是RS-232属单端信号传送,存在共地噪声和不能抑制共模干扰等问题,因此一般用于20m以内的通信。
               嵌入式板卡上一般都配置有串口,并遵循RS-232总线标准。
               RS-485串口
               在要求通信距离为几十米到上千米时,广泛采用RS-485串行总线标准。RS-485采用平衡发送和差分接收,因此具有抑制共模干扰的能力。加上总线收发器具有高灵敏度,能检测低至200mV的电压,故传输信号能在千米以外得到恢复。
               RS-485采用半双工工作方式,任何时候只能有一点处于发送状态,因此,发送电路须由使能信号加以控制。RS-485用于多点互连时非常方便,可以省掉许多信号线。应用RS-485可以联网构成分布式系统,其允许最多并联32台驱动器和32台接收器。
 
       硬件
        硬件是计算机物理设备的总称,也称为硬件设备,通常是电子的、机械的、磁性的或光的元器件或装置,一般分为中央处理器、存储器和输入、输出设备。
 
       中断
        中断是异步发生的,是来自处理器外部的I/O设备的信号的结果。硬件中断不是由任何一条专门的指令造成的,从这个意义上来说它是异步的。硬件中断的异常处理程序常常被称为中断处理程序(interrupt handler)。
               硬中断与软中断
               硬中断是由硬件产生的,例如磁盘、网卡、键盘、时钟等。每个设备或设备集都有它自己的IRQ(中断请求)。基于IRQ,CPU可以将相应的请求分发到对应的硬件驱动上。
               软中断是一组静态定义的下半部分接口,可以在所有的处理器上同时执行,即使两个类型相同也可以。但是一个软中断不会抢占另外的一个软中断,唯一可以抢占软中断的是硬中断。
               可屏蔽中断与不可屏蔽中断
               可屏蔽中断和不可屏蔽中断都属于外部中断,是由外部中断源引起的。不可屏蔽中断源一旦提出请求,CPU必须无条件响应,而对可屏蔽中断源的请求,CPU可以响应,也可以不响应。
               CPU一般设置两根中断请求输入线:可屏蔽中断请求INTR(Interrupt Require)和不可屏蔽中断请求NMI(Non Maskable Interrupt)。对于可屏蔽中断,除了受本身的屏蔽位控制外,还都要受一个总的控制,即CPU标志寄存器中的中断允许标志位IF(Interrupt Flag)的控制,IF位为1,可以得到CPU的响应,否则,得不到响应。IF位可以由用户控制,指令STI或Turbo C的Enable()函数,将IF位置1(开中断),指令CLI或Turbo_c的Disable()函数,将IF位清0(关中断)。
               中断优先级
               当多个中断源同时请求中断时,而CPU一次只能响应其中的一个中断,同时为了能响应所有中断,就引入中断优先级来处理。系统会根据引起中断事件的重要性和紧迫程度,将中断源分为若干个级别,称作中断优先级。中断优先级有两种:查询优先级和执行优先级。
               查询优先级是不可以更改和设置的,在该方式下当多个中断源同时产生中断信号时,中断仲裁器会选择中断源优先处理的顺序,此过程与是否发生中断服务程序的嵌套毫不相干。当CPU查询各个中断标志位的时候,会依照优先级顺序依次查询,当数个中断同时请求的时候,会优先查询到高查询优先级的中断标志位,但并不代表高查询优先级的中断可以打断已经并且正在执行的低查询优先级的中断服务。
               由于可屏蔽的中断源很多,故需要对其进行管理,如区分是哪个中断源发出的中断信号?哪个中断源最优先及怎样处理多级中断嵌套等。为此,可使用中断控制器对多个可屏蔽中断源进行管理。
               中断控制器能够对中断进行排队管理,避免中断信号的丢失,同时支持对不同中断进行优先级的配置,使高优先级中断能够中断低优先级中断,满足系统中具有更高时间约束特性功能的需要。
               中断嵌套
               当处理器正在处理一个中断时,有比该中断优先级高的中断源发出中断请求时,如果处理器正在执行中断处理程序,那么处理器会对高优先级的中断进行立即处理,处理完之后再返回到低优先级的中断服务程序继续执行。这样就形成了中断服务程序中套用中断服务程序的情况,即中断嵌套。可嵌套中断的处理流程和中断服务框图如下图所示。
               
               可嵌套中断处理流程
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