這里只是為了看懂原理圖，不牽扯具體的計算等內(nèi)容（比如電路電流多少啊，三極管放大等等）。因為對于嵌入式開發(fā)人員來說，只需要明白不同的電平對于開發(fā)板的結(jié)果即可，不需要知道具體電路的情況。

微機(jī)原理：側(cè)重于講計算機(jī)結(jié)構(gòu)
數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)：側(cè)重于門電路

• GPIO和門電路
  • GPIO類
    GPIO：通用的輸入輸出端口，可以通過輸入來測量外界的電平情況；可以通過輸出來控制電路

只要上面的2440芯片對應(yīng)的引腳應(yīng)該為輸出引腳。如果對應(yīng)的輸出引腳輸出3.3V的高電平LED就會被點亮；如果輸出引腳輸出低電平（0V），那么LED則不亮

以上的線路很簡單，開關(guān)閉合線路接通有電流；開關(guān)打開，線路不導(dǎo)通，無電流。
如果在開關(guān)打開的前提下，A點使用萬用表測量，電壓應(yīng)該為3.3v，因為，如果此時這里不為3.3V與之相連的上方為3.3V就會形成電流，與實際不符；如果此時開關(guān)閉合，那么該線路是接通狀態(tài)，應(yīng)該有電流流過，那么此時，A點的電流應(yīng)該為0V。

那么如果把萬用表換成2440芯片會得到。

那么此時2440對應(yīng)的引腳應(yīng)該為輸入引腳，通過讀取該引腳對應(yīng)的寄存器中的數(shù)據(jù)，就可以知道該引腳為高電平還是低電平。如果讀到了高電平，說明此處為3.3V電路沒有接通了如果讀到了低電平，說此處為0V，說明電路接通了。以此可以判斷開關(guān)的開閉情況。

對于現(xiàn)在的芯片的引腳來說，既可以作為輸入引腳，同樣也可以作為輸出引腳。可以通過配置其中參數(shù)的某一位（具體參照手冊）的方法來改變其功能。
輸出引腳，寫值到某個寄存器中
輸入引腳，讀某個寄存器中的值。

實際原理圖

LED處的原理圖

芯片引腳的原理圖

由以上兩幅圖可以看出，LED由某一個引腳引入到芯片中。就可以找到對應(yīng)的芯片中的引腳。通過該芯片手冊就可以查到該如何操作。
由LED的原理圖可以看出，三個控制LED的引腳的功能都不是為了檢測電壓，那么都是輸出引腳，也就是如果輸出了低電平，則LED被點亮；輸出高電平，則燈會熄滅。

在芯片手冊中查詢該引腳的信息

查看到pin name為EINT3/GPF3 的引腳的pin number為M15

可以看到該引腳既可以作為輸入引腳也可以作為輸出引腳

可以在I/O port章節(jié)中看到，這一組引腳的應(yīng)該如何配置

那么如果將GPF的寄存器配置為EINT[4]時，則該引腳會成為中斷引腳

中斷引腳舉例

對于假設(shè)2440外連接一個DM9000的網(wǎng)卡，如果網(wǎng)卡收到了數(shù)據(jù)，如何來通知2440芯片呢？如果定時讓2440去查詢DM9000，是一個非常耗費資源的工作，那么這時候，如果把對應(yīng)的引腳設(shè)置為中斷引腳，只要DM9000獲得了數(shù)據(jù)，就把想2440的中斷引腳輸出高電平，2440得到高電平后，向CPU發(fā)送中斷信號，以執(zhí)行相應(yīng)的操作即可。
中斷引腳，有輸入功能，可以中斷CPU（同樣可以通過GPFDAT來獲得數(shù)據(jù)已得到是否中斷，但是比較耗費資源）

GPFCON就是配置GPF引腳的內(nèi)存地址為0x56000050

參照接下面的表格可以看出，對于GPF4來說，需要操作8、9兩位來控制該引腳的輸入輸出功能。具體的設(shè)置情：
00 = Input 01 = Output 10 = EINT[4] 11 = Reserved

那么如何設(shè)置該引腳輸出低電平來點亮LED呢？
在GPFDAT中可以看到數(shù)據(jù)配置信息的地址為：0x56000054

GPFDAT配置

可以看到，如果配置為輸入引腳，那么對應(yīng)的位中的數(shù)據(jù)就是讀取到的數(shù)據(jù)，也就是讀到1為高電平，讀到0為低電平。如果配置為輸出引腳，如果寫入1為輸出高電平，如果寫入0則輸出低電平。

在手冊中不難看出，還有一個GPFUP

GPFUP

這個是上拉電阻的意思，至于上拉電阻的問題，還需要看看三極管。

NPN三極管

對于NPN三極管來說，如果此時2440芯片的引腳為輸出引腳，并且輸出的為低電平，那么此時，三極管處于不導(dǎo)通的狀態(tài)。但是對于三極管另外一個管腳來說，狀態(tài)未知，所以，在此管腳上接通一個電阻，以方便得到他的狀態(tài)。
那么此時，如果輸出一個低電平，三極管不導(dǎo)通，那么，此時的輸入管腳會得到一個高電平。而反之，如果輸出為高電平，那么輸入會得到一個低電平。所以輸出和輸入為反相的情況。

那么引腳的上拉功能是什么呢？可以假設(shè)在芯片內(nèi)部存在一個上拉電阻，當(dāng)寄存器設(shè)置為1則該電阻不通電。

假設(shè)這樣的電路，其中上拉電阻是位于芯片內(nèi)部的，對應(yīng)的引腳是輸入引腳，如果上拉電阻設(shè)置為斷開，此時開關(guān)也不打開，對于中間一段電路來說是“懸空的”，無法獲取其中的電路。
如果此時設(shè)置了上拉功能，就出現(xiàn)了圖上的情況，是一個完整的電路，也就可以測量出芯片外的電平情況。如果獲取到的信息為高電平說明開關(guān)未被按下；如果獲取低電平，說明此時形成了回路，開關(guān)被按下。

上拉電阻的作用，對于輸入引腳，可以用它來確定電平狀態(tài)。

還存在一種下拉電阻的情況

PNP三極管和上拉電阻

對于PNP類型的三極管來說，如果2440芯片輸出低電平，那么此時三極管處于導(dǎo)通的狀態(tài)，此時輸入能夠得到一個高電平；那么反之，如果輸出是一個高電平，三極管不導(dǎo)通，那么此時輸入會得到低電平。

上拉電阻和下拉電阻的作用主要是為了，確定“懸空的引腳”的確定的狀態(tài)。

• 門電路

  • 非門

    
    
    非門
    
    

    對于非門來說，如果2440輸出高電平，在B端會得到低電平；反之，2440輸出高電平，在B端會得到低電平

  • 與門

    
    
    與門

對于與門是對A1和A2做與運算B = A1 & A2，如果A1和A2中只要任意一個或者同時輸出了低電平，那么B會輸出低電平；如果A1、A2同時輸出高電平，在B會得到高電平

- 或門

或門

 - 與非門

與非門

- 或非門

或非門

• 協(xié)議類
  協(xié)議類遵循的原則：
  1.雙方約定的信號協(xié)議（互相可以理解彼此的語言）
  2.雙方滿足是時序要求（語速別人可以理解）

  
  
  開發(fā)板和PC串口連接示意圖
  • UART串口（Universal Async Receive Transmit ）
    • UART如何傳輸數(shù)據(jù)
      
      UART協(xié)議發(fā)送8bits的數(shù)據(jù)的時序圖
      1. 狀態(tài)1：空閑。空現(xiàn)階段為高電平
      • 狀態(tài)2：起始位。2440數(shù)據(jù)時，讓RxD0為低電平，并保持一段時間T；PC機(jī)接收到低電平，就得到了2440即將發(fā)送信息消息；需要保持的時間為事先約定好的T，沒辦法自動約定。
      • 狀態(tài)3：停止位：保持高電平至少一個時間T。

  我們不可能手動的發(fā)送電平，來和PC機(jī)通信。那么在2440上有一個串口控制器，我們只需要把串口控制器設(shè)置好，并且把數(shù)據(jù)發(fā)送給串口控制器即可，它會自動幫我們發(fā)送起始位、停止位、數(shù)據(jù)以及校驗位的電平。

2440芯片手冊中的UART寄存器部分

由手冊可以看到，2440芯片具有三個串口的寄存器。寄存器中數(shù)據(jù)的不同位分別表示了數(shù)據(jù)長度、停止位、校驗位等信息。

串口控制器數(shù)據(jù)段的寄存器

現(xiàn)在已經(jīng)知道如何設(shè)置串口控制器的一些參數(shù)，以及數(shù)據(jù)應(yīng)該放在哪個寄存器中。但是還有一個關(guān)鍵數(shù)據(jù)沒有設(shè)置，那就是發(fā)送數(shù)據(jù)的速度——波特率

波特率的寄存器設(shè)置

硬件上其實相對比較簡單，最少只需要三條線即可完成串口，一條發(fā)送、一條接受還有一條參考地線。

• I2C

一款存儲芯片的I2C電路

可以連接多個I2C的芯片

每個I2C設(shè)備中一定有一個地址，只有地址相同的時候，才會響應(yīng)。
I2C開始發(fā)送數(shù)據(jù)，開始會先發(fā)送7位數(shù)的從機(jī)地址[可以在芯片手冊里面獲取]（pow（2， 7） 為128，也就是最多可以有128個外置設(shè)備被同一個芯片控制），第8位表示讀寫狀態(tài)。地址匹配完成會得到響應(yīng)信號（ACK），說明這個設(shè)備是存在的。

I2C開始和停止的時序圖

開始信號：2440讓時鐘SCL保持高電平，數(shù)據(jù)SDA由高電平調(diào)轉(zhuǎn)到低電平
停止線號：2440讓式中SCL保持高電平，數(shù)據(jù)SDA由低電平跳轉(zhuǎn)到高電平。

I2C的總線響應(yīng)

響應(yīng)信號（ACK）：接收器在接收到8位數(shù)據(jù)后，在第9個時鐘周期，拉低SDA為低電平。
也就是在第9個時鐘周期，2440會將SDA設(shè)置為接受引腳，有AT24C02來驅(qū)動，以檢測是否成功接收數(shù)據(jù)。

I2C數(shù)據(jù)的采集

SDA上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)必須在SCL為高電平的期間保持穩(wěn)定，外部設(shè)備會在SCL在高電平的時候讀取數(shù)據(jù)
SDA上的數(shù)據(jù)只能在SCL為低電平期間發(fā)生變化

不論是何種I2C芯片，start信號之后，都會發(fā)送設(shè)備地址，以及讀寫信息。之后的數(shù)據(jù)的含義需要具體查看對應(yīng)芯片的手冊上面的規(guī)則。

我們也不需要控制I2C的引腳應(yīng)該如何控制電平，我們只需要控制I2C控制器即可。

• SPI

假設(shè)有這樣一款SPI的芯片

SPI和2440的接線

其中片選引腳需要在2440上找一個GPIO引腳，并設(shè)置為輸出引腳，以方便可以連接多個SPI設(shè)備。
與SPI的數(shù)據(jù)通信需要三條線，分別為時鐘、輸入、輸出。
對于上方圖示的SPI芯片來說，Vcc用于接電源來為SPI芯片供電。Vss接地。W接寫保護(hù)，如果為低電平則無法對芯片進(jìn)行寫入。HOLD可以暫停任何操作，低電平有效。

對于硬件的接線，基本上是找到對應(yīng)的引腳，將其連接在一起即可。數(shù)據(jù)傳輸，需要查看對應(yīng)芯片的協(xié)議。

2440芯片關(guān)于SPI所支持的四種通信方式

SPI芯片手冊中的讀取時序

SPI芯片手冊中的寫入時序圖

有芯片手冊可以得到，開始8位被稱為指令，其中包括9位地址的最高位，以及是寫還是讀。第二個八位數(shù)據(jù)是SPI芯片的地址。之后才是數(shù)據(jù)的傳輸部分。

• Nand Flash

Nand Flash芯片的接線原理圖

芯片手冊對引腳功能的說明

有說明可以知道，I/O0~I/O7的八個引腳可以用于傳輸數(shù)據(jù)、地址、命令（讀寫擦除等）。但是芯片如何才能區(qū)分這幾個引腳傳入的數(shù)據(jù)到底是地址、命令還是數(shù)據(jù)呢？
在芯片上還有CLE引腳，如果為高電平，表示這8個引腳所傳輸?shù)臑槊睢LE為高電平表示，8個引腳所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)為內(nèi)存地址。兩者都是低電平是，那么說明這8個引腳上傳輸?shù)氖菙?shù)據(jù)信息。RE為低電平是，說明信號是從2440到Nand flash，WE為低電平說明，是從Nand Flash讀取信息。其中WP為寫保護(hù)引腳，為低電平是為寫保護(hù)狀態(tài)。R/B為狀態(tài)引腳，通過該引腳入股哦為高電平說明Nand已經(jīng)完畢，可以操作，如果為低電平，說芯片還在工作，處于繁忙的狀態(tài)

發(fā)送命令操作的時序圖

發(fā)送地址的時序圖

向Nand Flash中寫數(shù)據(jù)的時序圖

讀取數(shù)據(jù)的時序圖

2440在發(fā)送脈沖的階段必須有一定的時間要求，否則，可能Nand Flash不能反應(yīng)過來。需要查詢手冊中的時序要求。

設(shè)置2440的Nand Flash控制器中的寄存器，可以使得2440發(fā)送的控制Nand Flash的信號滿足要求
如何設(shè)置時序：

1. 看2440手冊，有哪些參數(shù)可以設(shè)置

• 看Nand Flash手冊確定取值

• 進(jìn)行計算，保證發(fā)送的信號符合Nand Flash的要求。

  • LCD

原理圖

協(xié)議類的的學(xué)習(xí)思路

1. 看原理圖：2440和外接芯片引腳對接即可

• 弄清楚接口的協(xié)議：數(shù)據(jù)如何傳輸，各引腳如何配合
• 設(shè)置時序：2440發(fā)出的各個信號，要讓外接芯片可以反應(yīng)得過來
  • 看2440手冊弄清楚能設(shè)置哪些參數(shù)以及這些參數(shù)的含義（以CLK時鐘為單位）
  • 看外設(shè)芯片手冊，弄清楚這些參數(shù)的取值范圍（以秒為單位）
  • 根據(jù)之前的兩條，計算2440寄存器的取值（進(jìn)行秒和CLK之間的換算）需要計算每個信號何時發(fā)出以及發(fā)出該信號需要保持的時間

• 類似內(nèi)存的接口類（RAM-like）
  首先先看看關(guān)于幾個芯片的的原理圖

內(nèi)存芯片的原理圖

Nor Flash的原理圖

網(wǎng)卡的原理圖

有這三幅圖可以看出來，他們都有大量的地址線和數(shù)據(jù)線。

抽象圖

那么可以抽象出這樣一幅圖，這三個芯片上都有一組地址線通往2440芯片，同時也有一組數(shù)據(jù)線通往2440芯片。那么，2440在和SDRAM通信時，如何避免NOR FLASH和網(wǎng)卡不會造成干擾呢？
在這些芯片和2440連接的時候，每個芯片還都有一個獨立的片選芯片/CSx （Chip Selected）。CS引腳是低電平有效，那么只需要將需要被選中的芯片的對應(yīng)片選引腳輸出低電平。

其中兩塊SDRAM芯片使用同一個片選線，那么此時可以一次性選中兩塊芯片，每次讀取32位數(shù)據(jù)時，每個芯片可以提供16位數(shù)據(jù)。

我們不需要手工設(shè)置片選引腳。在2440中有一個內(nèi)存控制器和CPU。CPU發(fā)出的地址信號發(fā)送給地址控制器，由地址控制器根據(jù)收到的內(nèi)存地址來決定哪個片選引腳輸出低電平。

內(nèi)存控制器的內(nèi)存范圍

有圖上可以看出，如果是NOR啟動的情況下，地址在0到0x8000000的范圍以內(nèi)（128M），內(nèi)存控制器就會讓nGCS0被選中，以此類推。
如果不是NOR啟動的情況下，那么則無法選中nCGS0。
每一個片選引腳對應(yīng)的地址范圍成為一個Bank，對應(yīng)這個芯片來說，每個Bank為128M ，其中128M是2的27次方（M為2的10次方，128為2的7次方），那么說明，數(shù)據(jù)的傳送需要使用27根地址線，那么范圍應(yīng)該是ADDR0~ADDR26。
CPU為32位，不代表有32條地址線。CPU范圍A地址，地址總長度為32為，其中bit 0 ~ bit 26，會出現(xiàn)在地址線上，而剩下的bit 31 ~ bit 27，是有內(nèi)存控制器來決定，實際是沒有用的。CPU實際是發(fā)出了32bit的地址，但是內(nèi)存控制器只能控制26位。
比如64位CPU來說，實際理論可以支持的最大內(nèi)存大小為2^64，相當(dāng)于16,777,216TB，而實際電腦的最大內(nèi)存不會有這么大，他的最大可用內(nèi)存由內(nèi)存控制器來決定。而32位CPU支持的僅僅最大4GB的內(nèi)存，一般內(nèi)存控制器可以實現(xiàn)。所以，這就是對于32位的電腦來說，最大的內(nèi)存支持為4GB；而64位CPU所支持的最大內(nèi)存可能并不相同。

那么對于內(nèi)存來說，很重要的功能就是讀寫。有了地址線、數(shù)據(jù)線，還有一個非常重要的就是如何來區(qū)分是讀取還是寫入。
所以在內(nèi)存的芯片上一定是有某某使能的引腳。我們看到在芯片上有nOE和nWE的引腳，他們分別是Output Enable和Write Enable的引腳，并且是以低電平有效。那么他們就是輸出使能和寫入使能。對于芯片來說的輸出，對于2440來說就是讀取數(shù)據(jù)；反之對芯片來說寫入，對于2440來說就是寫入數(shù)據(jù)。

對于RAM-like芯片來說，通訊所需要的最少的線路

從原理圖可以看到，Nor Flash是從Addr1開始使用，沒有從Addr0開始使用。
不同位寬外設(shè)的接線方式
CPU認(rèn)為一個地址對應(yīng)一個字節(jié)；NOR認(rèn)為一個地址對應(yīng)兩個字節(jié)。（16位的NOR，一次只能讀取或?qū)懭?6位也就是兩個字節(jié)）
假設(shè)CPU訪問地址為3的一個字節(jié)，那么NOR會讀取到地址為2~3的數(shù)據(jù)。再由內(nèi)存控制器，從兩個自己的內(nèi)存里面取出自己需要的數(shù)據(jù)。
如果訪問地址2的一個字節(jié)，NOR會取出2~3的內(nèi)存地址的數(shù)據(jù)。內(nèi)存控制器，再由其中取出需要使用的數(shù)據(jù)。
由于1字節(jié)和2字節(jié)之間相差2倍，那么對于地址的最低位其實是無用的。所以ADDR0作為最后一位的地址是無用的。所以沒必要再連接這條線。

• 對于開發(fā)版來說，其實就相當(dāng)于一套小電腦，如果我們組裝過電腦，對與上面的組件一般都不會感覺陌生，就算沒有組裝過，至少也能說出一部分組件的名字。
  比如在主板上會有CPU、顯卡、內(nèi)存、網(wǎng)卡等等組件。
  而對于嵌入式來說，尤其是Linux嵌入式來說，主要使用的是ARM芯片，也可以稱之為SOC（System on Chip），也就是對于一塊ARM芯片來說，其中集成了各種模塊，比如CPU、I2C、內(nèi)存模塊、網(wǎng)卡模塊等等。在ARM芯片外面接上合適的元器件。

• 地址統(tǒng)一編址空間
  對于2440芯片來說，可以直接使用內(nèi)存地址來訪問SDRAM和NOR Flash。但是如果需要訪問Nand　Flash，則需要通過Nand flash控制器來訪問（也就相當(dāng)于SDRAM、NOR Flash和Nand Flash 控制器是2440的兒子，而Nand Flash則是Nand Flash控制器的兒子，也就是2440的孫子）。cpu可以看到NOR的0地址，但是不能直接看到Nand的零地址。Nand不屬于CPU的統(tǒng)一編址空間