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)之前請注意,對所有的嵌入式設(shè)計人員來說、能懂得硬件工程師創(chuàng)建和使用的來描述其硬件設(shè)計的原理圖和符號是非常重要的。

無論硬件設(shè)計得多么復(fù)雜,不管有多少設(shè)計真正硬件的實踐經(jīng)驗,這些圖和符號都是迅速有效地理解復(fù)雜硬件設(shè)計的關(guān)鍵。它們還包含了與嵌入式程序員設(shè)計和硬件兼容的件的相關(guān)信息,并教會程序員如何成功地與硬件工程師溝通軟件對硬件的需求。

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)或更高的級別上呈現(xiàn)一個電路板的主要組件(處理器、總線,輸入/輸出、存儲器)或某一個組件(如處理器)。簡而言之,方圖是對硬件抽掉其實現(xiàn)細(xì)節(jié)的一個基本概述。

雖然方框圖可以反映包含這些主要組件的實際物理布局,但它主要還是在系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)級別呈現(xiàn)不同的組件或組件中的單元是如何作為一個整體工作的。它是描述和再現(xiàn)一個系統(tǒng)中的組件最簡單的方法。方框圖中使用的符號很簡單,如用正方形或長方形代表芯片,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)計者編寫出所有能夠準(zhǔn)確控制硬件的底層軟件(在沒有經(jīng)歷大量頭疼的調(diào)試、測試、出錯甚至燒毀硬件的情況下)。然而,它們在傳達(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)。

原理圖:

原理圖是提供一個電路中所有器件或單個元件內(nèi)部(從處理器到每一個電阻)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,定義各種信號的指定流向一一哪些信號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,使用原理圖符號來描繪系統(tǒng)中的所有元件。

它們通?？雌饋砗推浯淼奈锢砥骷⒉幌嘞?面是基于某種類的原理圖符號標(biāo)準(zhǔn)對物理器件的一種簡化表達(dá)。當(dāng)試圖確定系統(tǒng)的實際工作原理或通過調(diào)試硬件、編寫和調(diào)試軟件來管理硬件時,原理圖對于硬件及軟件設(shè)計者來說都是最有用的。

接線圖:

這種圖用來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表示總線的信號線,并使用原理圖符號或者更簡單的符號(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(與、或、非、異或等)和邏輯輸入/輸出(1和0)來表示各種電路信息。它并不取代原理圖,但可以幫助簡化某些特定類型的電路以了解它們?nèi)绾螌崿F(xiàn)其功能。

時序圖:

時序圖顯示電路中各種輸入和輸出信號的時序圖形以及這些不同信號之間的關(guān)系。它們在硬件的用戶手冊和數(shù)據(jù)手冊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、約定以及規(guī)則。表1中展示了時序圖中使用的符號示例以及與每個符號關(guān)聯(lián)的輸入/輸出信號的約定。

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

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