學(xué)習(xí)硬件的第一節(jié)課：學(xué)習(xí)讀懂原理圖

讀懂原理圖對(duì)嵌入式軟件工程師和程序員尤為重要。在深入細(xì)節(jié)之前請(qǐng)注意,對(duì)所有的嵌入式設(shè)計(jì)人員來(lái)說(shuō)、能懂得硬件工程師創(chuàng)建和使用的來(lái)描述其硬件設(shè)計(jì)的原理圖和符號(hào)是非常重要的。無(wú)論硬件設(shè)計(jì)得多么復(fù)雜,不管有多少設(shè)計(jì)真正硬件的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),這些圖和符號(hào)都是迅速有效地理解復(fù)雜硬件設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。它們還包含了與嵌入式程序員設(shè)計(jì)和硬件兼容的件的相關(guān)信息,并教會(huì)程序員如何成功地與硬件工程師溝通軟件對(duì)硬件的需求。

下面介紹了幾種不同類型工程中使用的硬件圖。

方框圖：

方框圖通常在系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)或更高的級(jí)別上呈現(xiàn)一個(gè)電路板的主要組件(處理器、總線,輸入/輸出、存儲(chǔ)器)或某一個(gè)組件(如處理器)。簡(jiǎn)而言之,方圖是對(duì)硬件抽掉其實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)的一個(gè)基本概述。雖然方框圖可以反映包含這些主要組件的實(shí)際物理布局,但它主要還是在系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)級(jí)別呈現(xiàn)不同的組件或組件中的單元是如何作為一個(gè)整體工作的。它是描述和再現(xiàn)一個(gè)系統(tǒng)中的組件最簡(jiǎn)單的方法。方框圖中使用的符號(hào)很簡(jiǎn)單,如用正方形或長(zhǎng)方形代表芯片,用直線代表總線。方框圖通常缺乏足夠的細(xì)節(jié)、不足以使得軟件設(shè)計(jì)者編寫出所有能夠準(zhǔn)確控制硬件的底層軟件(在沒(méi)有經(jīng)歷大量頭疼的調(diào)試、測(cè)試、出錯(cuò)甚至燒毀硬件的情況下)。然而,它們?cè)趥鬟_(dá)硬件的基本概述方面非常有用、并為創(chuàng)建更詳細(xì)的硬件圖提供了基礎(chǔ)。

圖1 AMD/國(guó)家半導(dǎo)體公司的x86參考板

原理圖:

原理圖是提供一個(gè)電路中所有器件或單個(gè)元件內(nèi)部(從處理器到每一個(gè)電阻)更加詳細(xì)的視圖的電路圖。原理圖并不呈現(xiàn)電路板及組件的物理布局,而是提供系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)流信息,定義各種信號(hào)的指定流向一一哪些信號(hào)在總線上的不同線路中傳輸,最終出現(xiàn)在處理器的引腳上,等等。在原理圖中,使用原理圖符號(hào)來(lái)描繪系統(tǒng)中的所有元件。它們通?？雌饋?lái)和其代表的物理器件并不相像,面是基于某種類的原理圖符號(hào)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)物理器件的一種簡(jiǎn)化表達(dá)。當(dāng)試圖確定系統(tǒng)的實(shí)際工作原理或通過(guò)調(diào)試硬件、編寫和調(diào)試軟件來(lái)管理硬件時(shí),原理圖對(duì)于硬件及軟件設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)都是最有用的。

圖2 原理圖示例

圖3 常用的原理圖符號(hào)

接線圖:

這種圖用來(lái)表示電路板上或芯片內(nèi)部的主要元件和次要元件之間的總線連接關(guān)系。在接線圖中,用垂直及水平方向的連線來(lái)表示總線的信號(hào)線,并使用原理圖符號(hào)或者更簡(jiǎn)單的符號(hào)(與板上元件或元件內(nèi)單元在物理上比較相像)。這些圖可以表示對(duì)組件或電路板的物理布局的近似描述。

邏輯圖:

邏輯圖使用邏輯符號(hào)(與、或、非、異或等)和邏輯輸入/輸出(1和0)來(lái)表示各種電路信息。它并不取代原理圖,但可以幫助簡(jiǎn)化某些特定類型的電路以了解它們?nèi)绾螌?shí)現(xiàn)其功能。

時(shí)序圖:

時(shí)序圖顯示電路中各種輸入和輸出信號(hào)的時(shí)序圖形以及這些不同信號(hào)之間的關(guān)系。它們?cè)谟布挠脩羰謨?cè)和數(shù)據(jù)手冊(cè)中是繼方框圖之后第二常見的。

不管是什么類型的圖,為了看懂圖,首先要學(xué)習(xí)圖中使用的標(biāo)準(zhǔn)符號(hào)、約定以及規(guī)則。表1中展示了時(shí)序圖中使用的符號(hào)示例以及與每個(gè)符號(hào)關(guān)聯(lián)的輸入/輸出信號(hào)的約定。

表1 時(shí)序圖符號(hào)表

圖4中是一個(gè)時(shí)序圖的示例,其中每行代表了不同的信號(hào)。關(guān)于圖中信號(hào)的上升和下降的符號(hào)表達(dá),上升時(shí)間由信號(hào)從低電平變化到高電平所需的時(shí)間表示,下降時(shí)間由信號(hào)要組件從高電平變化到低電平所需的時(shí)間表示(符號(hào)中斜線經(jīng)歷的整個(gè)時(shí)間)。當(dāng)比較兩個(gè)信號(hào)時(shí),在兩個(gè)被比較的信號(hào)的上升沿或下降沿的中心位置測(cè)量延遲時(shí)間。在圖4中的第一個(gè)下降符號(hào)信號(hào)中,在信號(hào)B和C以及A和C之間有一個(gè)下降時(shí)間的延遲。比較圖4中信號(hào)A和B的第一個(gè)下降符號(hào),時(shí)序圖表明兩者之間沒(méi)有延遲。

圖4 時(shí)序圖示例

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