嵌入式開發(fā)有哪些重要的硬件知識？

做嵌入式系統(tǒng)開發(fā)，經(jīng)常要接觸硬件。做嵌入式開發(fā)對數(shù)字電路和模擬電路要有一定的了解。這樣才能深入的研究下去。下面我們簡單的介紹嵌入式開發(fā)中的一些硬件相關(guān)的概念。為讀者學(xué)習(xí)嵌入式知識出一份力。

片選(CS或EN)

片選信號對于外設(shè)芯片來講，就是一個(也是一根)通知信號，告訴芯片“嘿，請開門，我要放些東西進(jìn)來，或是拿些東西走”，這里的東西只能是數(shù)據(jù)，不可能是玉米棒什么的。那有個問題，這個信號源從哪里來呢?顯然，只能從處理器來。那是不是也是像總線那樣，每一個芯片都共用一根線連在一起呢?

如果這樣，可能處理器“一叫開門”所有的芯片都將“門”打開了。如果是處理器寫數(shù)據(jù)，那可能所有的芯片都被寫入同樣的數(shù)據(jù)。而取數(shù)據(jù)時，每個外設(shè)芯片都向外“扔”數(shù)據(jù)，這一定會造成數(shù)據(jù)總線沖突，因為有的芯片向總線上“扔”1，有的則“扔”0，這種情況下處理器一定會“發(fā)瘋”的，因為它不知道應(yīng)當(dāng)?shù)玫?還是0。

即然這樣，那顯然不能將所有的片選信號連在一起了，只能是各芯片的片選信號獨立。前面提到了地址總線，我們是采用一根地址線連一個外設(shè)芯片呢?還是采用其它的方法。如果采用一根地址線連一個外設(shè)芯片，那可能較多只能掛接32個芯片了，這顯然不行。

其實，在現(xiàn)實中，是采用32位的數(shù)字來表示一個外設(shè)芯片的地址的，比如1可以表示芯片A，而6534可以表示另外一個芯片B，等等。由此看來，理論上我們可以表示2的32次方(4294967296)個設(shè)備，之所以說理論上，是因為有的設(shè)備要占用大量的地址。即然這樣，那還有一個問題，如果將32位的地址總線轉(zhuǎn)換成芯片的一根片選信號呢?這需要引入譯碼(器)的概念。

譯碼(器)

譯碼器將一個數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成一根信號線上的信號，比如3/8譯碼器，可以將一個位寬是3位的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成8根(2的3次方)完全獨立的信號線，當(dāng)向數(shù)據(jù)側(cè)寫入二進(jìn)制的011時，對應(yīng)的是8根線的第3根，當(dāng)輸入二進(jìn)制的111時，對應(yīng)的是8根線中的較后一根。有了譯碼器，處理器的地址線就簡化了，只要32根地址線加上外面的譯碼器，就可以訪問大量的外設(shè)芯片了。外部設(shè)備的選擇問題，我們已經(jīng)解決了，現(xiàn)在還得回頭看一看數(shù)據(jù)總線。

在嵌入式系統(tǒng)中，所有芯片的數(shù)據(jù)總線可以理解成是直接相連的。之所以用了“可以理解”一詞，是因為為了提高總線的負(fù)載能力，其中會加入總線驅(qū)動器。為了理解，我們看一看我們生活中的自來水，比如，在北京理論上可能所有的水管是連在一起的，但中間可能為了提高水壓，存在很多小的水站用來增加供水壓力，而不可能全北京所有的自來水自接來自一個水廠。

即然所有的數(shù)據(jù)總線是連在一起的，那就可能會有問題。當(dāng)向外部設(shè)備寫數(shù)據(jù)時，處理器先向地址總線輸送目標(biāo)外設(shè)的地址，地址譯碼器將其轉(zhuǎn)換成一根信號的片選信號送到了目標(biāo)外設(shè)，目標(biāo)外設(shè)收到這一信號后，將“門”打開。接下來處理器將要傳送到外設(shè)的數(shù)據(jù)往數(shù)據(jù)總線上一放，由于只有目標(biāo)外設(shè)芯片打開了“門”，所以數(shù)據(jù)只會進(jìn)入到目標(biāo)外設(shè)，而其它的外設(shè)什么也不會收到。很好!處理器向外寫數(shù)據(jù)應(yīng)當(dāng)沒有問題，我們接下來看一看讀。

讀的話，由于數(shù)據(jù)是從外設(shè)輸送到處理器的，盡管我們采用和寫一樣的方法打開目標(biāo)外設(shè)的“門”，但此時，其它的外設(shè)也在數(shù)據(jù)總線上，它們有可能處于1也可能處于0，是不是會影響處理器讀取目標(biāo)外設(shè)的數(shù)據(jù)呢?結(jié)果當(dāng)然不會，但我們得引入另一個概念：高阻態(tài)。

高阻態(tài)

很顯然，當(dāng)處理器從目標(biāo)外設(shè)讀數(shù)據(jù)時，我們希望其它沒有被選上的芯片的數(shù)據(jù)總線不會對目標(biāo)外設(shè)所要傳送的數(shù)據(jù)有影響，那怎么辦呢?實際上，當(dāng)芯片沒有被選中時，其數(shù)據(jù)總線都處于高阻態(tài)。

所謂的高阻態(tài)，我們可以理解成這一管腳在外設(shè)芯片內(nèi)部是斷開的，如此一來，顯然不會對處理器從目標(biāo)外設(shè)讀取數(shù)據(jù)造成任何的影響了。我們說當(dāng)一個芯片沒有被選中或是沒有被使能時，其數(shù)據(jù)總線一定是處于高阻態(tài)的。前面用了“門”的開和關(guān)來打比方，那“門”是指什么呢?是指外設(shè)的數(shù)據(jù)總線，片選信號的作用就是控制將外設(shè)的數(shù)據(jù)總線與處理器的數(shù)據(jù)總線相連或是斷開。

驅(qū)動

總線上的數(shù)據(jù)是誰放上去的我們就說誰是那一時刻的驅(qū)動者。也就是說，當(dāng)處理器向外設(shè)寫數(shù)據(jù)時，它是在驅(qū)動數(shù)據(jù)總線的，而當(dāng)處理器從目標(biāo)外設(shè)讀取數(shù)據(jù)時，目標(biāo)外設(shè)是在驅(qū)動數(shù)據(jù)總線的。對于地址總線，因為只可能從處理器向目標(biāo)外設(shè)寫，所以地址總線永遠(yuǎn)是由處理器驅(qū)動的。當(dāng)一個芯片沒有被選中時，我們說它并不驅(qū)動數(shù)據(jù)總線。

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