赞
踩
目前主流的通用处理器多采用 SoC(片上系统)的芯片设计方法,集成了各种功能模块,每一种功能都是由硬件描述语言设计程序,然后在 SoC 内由电路实现的。
中央处理器的体系结构可以分为两类,一类为冯·诺依曼结构,另一类为哈佛结构。
冯·诺依曼结构也称普林斯顿结构,是一种将程序指令存储器和数据存储器合并在一起的存储器结构。
程序指令存储地址和数据存储地址指向同一个存储器的不同物理位置,因此程序指令和数据的宽度相同。
而哈佛结构将程序指令和数据分开存储,指令和数据可以有不同的数据宽度。
此外,哈佛结构还采用了独立的程序总线和数据总线,分别作为 CPU 与每个存储器之间的专用通信路径,具有较高的执行效率。
数字信号处理器(DSP)针对通信、图像、语音和视频处理等领域的算法而设计。它包含独立的硬件乘法器。
DSP 的乘法指令一般在单周期内完成,且优化了卷积、数字滤波、FFT(快速傅里叶变换)、相关矩阵运算等算法中的大量重复乘法。
ROM 分为不可编程ROM、可编程ROM(PROM)、可擦除可编程ROM(EPROM)和电可擦除可编程ROM(E2PROM),E2PROM 完全可以用软件来擦写,已经非常方便了。
FLASH分为NOR FLASH和NAND FLASH。
NOR Flash 和CPU的接口属于典型的类SRAM接口,不需要增加额外的控制电路。NOR Flash的特点是可芯片内执行,程序可以直接在NOR内运行。
NAND Flash和CPU的接口必须由相应的控制电路进行转换,当然也可以通过地址线或GPIO产生NAND Flash接口的信号。NAND Flash以块方式进行访问,不支持芯片内执行。
与NOR Flash的类SRAM接口不同,一个NAND Flash的接口主要包含如下信号。
RAM 分为静态RAM(SRAM)和动态RAM(DRAM)。
DRAM 以电荷形式进行存储,数据存储在电容器中。由于电容器会因漏电而出现电荷丢失,所以 DRAM 器件需要定期刷新。
SRAM 是静态的,只要供电它就会保持一个值,SRAM 没有刷新周期。
1969 年发布的 RS-232 修改版 RS-232C 是嵌入式系统中应用最广泛的串行接口,它为连接 DTE(数据终端设备)与 DCE(数据通信设备)而制定。
RS-232C 标准接口有 25 条线(4 条数据线、11 条控制线、3 条定时线、7 条备用和未定义线),常用的只有 9 根,它们是 RTS/CTS(请求发送 / 清除发送流控制)、RxD/TxD(数据收发)、DSR/DTR(数据终端就绪 / 数据设置就绪流控制)、DCD(数据载波检测,也称 RLSD,即接收线信号检出)、Ringing-RI(振铃指示)、SG(信号地)信号。
I2C(内置集成电路)总线是由 Philips 公司开发的两线式串行总线,产生于 20 世纪 80 年代,用于连接微控制器及其外围设备。
I2C 总线支持多主控(Multi-Mastering)模式,任何能够进行发送和接收的设备都可以成为主设备。
I2C 总线的两个信号为数据线 SDA 和时钟 SCL。
I2C 设备上的串行数据线 SDA 接口电路是双向的,输出电路用于向总线上发送数据,输入电路用于接收总线上的数据。
串行时钟线 SCL 也是双向的,作为控制总线数据传送的主机要通过 SCL 输出电路发送时钟信号,并检测总线上 SCL 上的电平以决定什么时候发下一个时钟脉冲电平。
SPI(串行外设接口)总线系统是一种同步串行外设接口,它可以使 CPU 与各种外围设备以串行方式进行通信以交换信息。
一般主控 SoC 作为SPI 的“主”,而外设作为 SPI 的“从”。
SPI 接口一般使用 4 条线:串行时钟线SCLK、主机输入/从机输出数据线MISO、主机输出/从机输入数据线MOSI和低电平有效的从机选择线SS。
USB(通用串行总线)具有数据传输率高、易扩展、支持即插即用和热插拔的优点,目前已得到广泛应用。
USB 1.1 包含全速和低速两种模式,低速方式的速率为 1.5Mbit/s,支持一些不需要很大数据吞吐量和很高实时性的设备,如鼠标等。
全速模式为 12Mbit/s,可以外接速率更高的外设。在 USB 2.0 中,增加了一种高速方式,数据传输率达到 480Mbit/s,半双工,可以满足更高速外设的需要。
而 USB 3.0(也被认为是 Super Speed USB)的最大传输带宽高达 5.0Gbit/s(即 640MB/s),全双工。
USB 2.0 总线的机械连接非常简单,采用 4 芯的屏蔽线,一对差分线(D+、D-)传送信号,另一对(VBUS、电源地)传送 +5V 的直流电。
USB 3.0 线缆则设计了 8 条内部线路,除VBUS、电源地之外,其余 3 对均为数据传输线路。
其中保留了 D+ 与 D- 这两条兼容 USB 2.0 的线路,新增了 SSRX 与 SSTX 专为 USB 3.0 所设的线路。
以太网接口由 MAC(以太网媒体接入控制器)和 PHY(物理接口收发器)组成。
MAC 和 PHY 之间采用 MII(媒体独立接口)连接,包括 1 个数据接口与 MAC 和 PHY 之间的 1 个管理接口。
SD(Secure Digital)是一种关于 Flash 存储卡的标准,也就是一般常见的 SD 记忆卡,在设计上与 MMC(Multi-Media Card)保持了兼容。
SDIO(Secure Digital Input and Output Card,安全数字输入输出卡)在 SD 标准的基础上,定义了除存储卡以外的外设接口。
SDIO 接口的引脚定义如下。
原理图分析的含义是指通过阅读电路板的原理图获得各种存储器、外设所使用的硬件资源、接口和引脚连接关系。
若要整体理解整个电路板的硬件组成,原理图的分析方法是以主CPU为中心向存储器和外设辐射,步骤如下。
芯片数据手册往往长达数百页,甚至上千页,而且全部是英文,从头到尾不加区分地阅读需要花费非常长的时间,而且不一定能获取对设计设备驱动有帮助的信息。
芯片数据手册的正确阅读方法是快速而准确地定位有用信息,重点阅读这些信息,忽略无关内容。
Copyright © 2003-2013 www.wpsshop.cn 版权所有,并保留所有权利。