庖丁解牛-帮你理清系统结构
发布时间：2014-8-7 13:37
发布者：看门狗
关键词：
开发板
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作者：winthony 当我们学习新平台的时候，最快的入门方式就是上手一块开发板。拿到开发板后，首先要做的自然是先弄清楚开发板的结构，看看开发板包含哪些模块，我们能用它做些什么。今天我们就来聊聊系统，看看一个完整的系统要包含哪些部分，以及各部分的作用。 一、主芯片 想了半天，好像也只有主芯片这个词能概括，毕竟每个平台都不一样。无论MCU，FPGA，ARM，MIPS或是PowerPC，一个平台，总少不了一颗主芯片，这是一个系统的核心，系统的主要功能都是通过主芯片来完成的，也是我们主要花精力学习的部分。 二、存储模块 存储模块是系统里的一个很重要的组成部分，一般存储模块的读写速度都很快，是系统中设计的一个难点。存储模块一般分为ROM和RAM两大类。 A)、ROM：ROM(Read-Only Memory)只读存储器，它分为很多类型。 1)、PROM 可编程只读存储器。在芯片内部有行列式熔丝，需要利用电流烧断熔丝写入所需资料，但是能且仅能写入一次。 2)、EPROM 可擦除可编程只读存储器。利用高压将程序写入芯片，并通过紫外线擦除资料，可以重复使用。 3)、EEPROM 电可擦除可编程只读存储器。这是我们常见的并且经常使用的一种。写入和擦除都通过电信号进行。容量一般都不大，方便保存一些少更改的数据。 4)、Flash Memory Flash Memory是目前系统中使用最多和最常见的ROM。就Flash来说通常也分为NOR Flash和NAND Flash。 SPI Flash是NOR Flash的一种，只是采用SPI接口进行访问，减少连接线的数量。NOR Flash写入可靠，容量偏小(相对NAND Flash而言)。NAND Flash容量可以做的很大，但在操作的时候会有随机错误bit翻转的问题，需要完善的读写校验。 无论是上面提到的哪种ROM，或是一些新技术的ROM，他们的共同特点都是资料写入后不会轻易改变和删除，即使掉电数据也不会丢失。在系统中ROM常被用来储存运行的程序、配置信息等不经常改变的数据。 B)、RAM：RAM(random access memory)随机存储器。同样分为很多类型。 1)、SRAM 静态随机存储器。它是一种具有静态存取功能的存储器，不需要刷新就能够保存内部的数据。 2)、DRAM 动态随机存储器。动态随机存储器与静态随机存储器的主要区别是使用电容保存数据，只能保持很短的时间，所以为了防止信息丢失需要隔一段时间刷新一次数据。 3)、SDRAM 同步动态随机存储器。命令与数据的传输都需要同步时钟，以时钟为基准。我们在系统中使用最多最常见的RAM类型就是SDRAM。SDRAM技术的更新和发展也是最快的。从最初的SDR SDRAM，到DDR SDRAM，然后是DDR2，DDR3，以及已经和大家见面相信会很快普及的DDR4,都属于SDRAM的范畴。 本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/158901.htm RAM的特点是相对ROM来说访问速度快，但是掉电后会丢失存储的内容，因此主要用于存储短时间内使用的程序，让程序能更快的运行，满足系统对速度的追求。ROM和RAM共同组成了系统的存储空间，各司其职，一般会拥有独立的地址空间，方便程序调用。Memory Map是我们写程序以前要最先弄清楚的。 三、调试模块 任何系统要正常的工作都离不开调试，因此调试电路在系统中是必不可少的。现在的系统中常见的调试方式有JTAG调试，串口调试，网口调试等等。我们通过调试模块可以和主芯片进行互联，读取工作状态，烧写程序，跟踪代码，设置断点等等。和我们日常工作关系最密切的模块，会经常使用到。这部分的设计要十分小心，如果调试模块设计错误，那整个设计就失败了。因此这部分最好使用成熟设计，项目允许的情况下可以做一些电路冗余设计，降低系统风险。 四、电源模块 电源模块是最好理解的，为系统提供必要的工作电压电流。电源模块直观也最重要，一个健壮的电源设计，是系统正常稳定可靠工作的基础。如果不是从事系统设计工作，这部分仅作了解就可以。充分验证过的系统一般电源模块不会出什么大问题。如果本身就是做系统设计的工程师，那这部分就是最需要注意的，电源是一个系统的基础，没有稳定可靠的电源，什么强大的功能都是空中楼阁。充分考虑系统对电源的需求，保留设计余量，有些可能还要考虑系统结构系统散热的问题等等。 五、外设模块 外围设备，这是一个泛泛的说法，可以说是内容最丰富的部分。主芯片的功能再强大也需要通过外设来接收外部数据，通过外设实现特定的功能。如按键，红外遥控，数码管，音视频输入输出，ADC，DAC，网口，甚至系统中的射频电路部分，都可以称为系统的外设。每种外设实现一定的功能，主芯片通过不同的接口来完成控制。我们常见的IIC，SPI，UART，IIS，CAN，RS485，MII，RMII，USB等等这些都是通信协议，用来实现主芯片和外设之间的通信控制。正是由于外设的种类太多，对待这些知识的态度就是用到哪学到哪。毕竟协议的学习是枯燥的，单纯看时序图很难找到感觉。在项目中遇到了再去学习，遇到问题再去解决，最好再用示波器抓抓信号，和时序图做做比较。理论加上实践，上手就会快很多。几个项目做下来，常用的协议也就会接触的七七八八了。 实际的系统千差万别，有些系统除了主芯片外为了某些特定功能(如音视频编解码)会用一个独立的协处理器单独处理部分功能;有些系统可能会存在不止一种ROM(如用EEPROM保存配置数据，NOR Flash保存程序，NAND Flash保存大规模的数据信息等);有些系统会把ROM/RAM集成到主芯片当中(如一些简单的MCU);有些系统会把调试模块和某些外设复用……但不管怎样，多多少少你都会找到这些模块的影子。掌握了系统划分的金钥匙，遇到再复杂的系统也能够把它分解成功能单一的模块，然后再各个击破的去学习。反过来，当我们做一个新项目的时候，也需要从这几个方面去考虑。我们要选择哪种主芯片?存储类型选择什么?容量大小是多少?采用哪种调试方式?供电电流多大?有几种电压?需要哪些外设?看到了吧，系统就是这么简单。 |
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