學習硬件的第一節課：學習讀懂原理圖

讀懂原理圖對嵌入式軟件工程師和程序員尤為重要。在深入細節之前請注意,對所有的嵌入式設計人員來說、能懂得硬件工程師創建和使用的來描述其硬件設計的原理圖和符號是非常重要的。無論硬件設計得多么復雜,不管有多少設計真正硬件的實踐經驗,這些圖和符號都是迅速有效地理解復雜硬件設計的關鍵。它們還包含了與嵌入式程序員設計和硬件兼容的件的相關信息,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：

方框圖通常在系統體系結構或更高的級別上呈現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細節的一個基本概述。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體系結構級別呈現不同的組件或組件中的單元是如何作為一個整體工作的。它是描述和再現一個系統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節、不足以使得軟件設計者編寫出所有能夠準確控制硬件的底層軟件(在沒有經歷大量頭疼的調試、測試、出錯甚至燒毀硬件的情況下)。然而,它們在傳達硬件的基本概述方面非常有用、并為創建更詳細的硬件圖提供了基礎。

圖1 AMD/國家半導體公司的x86參考板

原理圖:

原理圖是提供一個電路中所有器件或單個元件內部(從處理器到每一個電阻)更加詳細的視圖的電路圖。原理圖并不呈現電路板及組件的物理布局,而是提供系統中的數據流信息,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中的所有元件。它們通常看起來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標準對物理器件的一種簡化表達。當試圖確定系統的實際工作原理或通過調試硬件、編寫和調試軟件來管理硬件時,原理圖對于硬件及軟件設計者來說都是最有用的。

圖2 原理圖示例

圖3 常用的原理圖符號

接線圖:

這種圖用來表示電路板上或芯片內部的主要元件和次要元件之間的總線連接關系。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如何實現其功能。

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系。它們在硬件的用戶手冊和數據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,首先要學習圖中使用的標準符號、約定以及規則。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聯的輸入/輸出信號的約定。

表1 時序圖符號表

圖4中是一個時序圖的示例,其中每行代表了不同的信號。關于圖中信號的上升和下降的符號表達,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(符號中斜線經歷的整個時間)。當比較兩個信號時,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。

圖4 時序圖示例

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