串口modemCTSRTS

1、串口 modem CTS RTSMODEM是用戶接入互聯(lián)網(wǎng)的重要設備。雖然網(wǎng)絡干線上已經(jīng)普及寬帶光纖傳輸，但是在擁有龐大用戶群的最后一公里路段上，目前最現(xiàn)實的接入方式還是銅線連接(電話線，雙絞線、電纜)。另外，隨著無線技術的發(fā)展，采用無線接入的固定/移動用戶也越來越多。不論是銅線連接還是無線接入，都要采用調(diào)制解調(diào)器，以便使數(shù)據(jù)信號能夠在信道內(nèi)傳輸。MODEM的對外接口是串口，這個串行I/O口用于傳輸控制信號、狀態(tài)信號、數(shù)據(jù)、AT指令及其響應。雖然MODEM種類繁多(56K貓/GPRS/CDMA等)，但對外都表現(xiàn)為一個標準的串口，只要將這個串口了解清楚，那么就可以將所有的MODEM一網(wǎng)打盡。*(

2、1)UART*一般地，我們把這個串口叫作UART(Universal Asynchronous Receiver and Transmitter通用異步收發(fā)器)。其中，RT是接收和發(fā)送的英文縮寫，能收能發(fā)又是串口，說白了就是串行I/O口的意思。A表示異步模式。這種模式的優(yōu)點是適應性強，對時鐘精度要求低(成本低)。每次發(fā)送字節(jié)數(shù)據(jù)前都首先發(fā)送一個開始位同步時鐘相位，抖動誤差不會在整個通信過程中累積，只影響單個字節(jié)的傳輸單元。U的意思是通用。為什么一定要冠以通用二字，這個定語到底想強調(diào)什么呢?話說很早以前，還沒有出現(xiàn)計算機的時候，就已經(jīng)出現(xiàn)了串口設備。例如：MODEM、電傳打字機、工控設備、數(shù)傳機

3、等等。為了方便設備互連，EIA制定了RS232標準化規(guī)范，采用DB25接口連接DTE(Data Terminal Equipment數(shù)據(jù)終端設備)和DCE(Data Communications Equipment數(shù)據(jù)通信設備)。后來，出現(xiàn)了個人計算機(PC機)，這些已有的設備毫無疑問地成了最初的外設，為了將其接入主機，制造商們自然地選擇了標準的RS232串口。在這個標準中，DB25接口支持同步和異步兩種工作模式，采用D型接插件，防止插反。這種設計兼容性好，使用方便，但是制造商們并不買帳，他們更傾向于進一步減少接插件的大小和成本。通過刪除DB25中未使用的引腳和支持同步模式的引腳，將DB25改

4、造成只有9根線，只支持異步模式，體積更小，成本更低的DB9。最初的狀況比較混亂，因為DB9只給出了信號范圍，但沒有指出引腳和信號的對應關系，而且DB9也不是RS232規(guī)范所定義的接口標準，因此各個制造商只能自行定義對應關系。后來，IBM制造的PC機成了行業(yè)標準，DB9的對應關系就逐漸統(tǒng)一到了IBM的定義上，現(xiàn)如今使用的DB9就是遵守的IBM的定義。隨著時代的發(fā)展，計算機越來越普及，外設的種類也越來越多，有些非RS232的串行設備需要接入主機，這就要求主機提供更多的I/O口。如果為每一種新出現(xiàn)的設備都提供一個I/O，顯然是不現(xiàn)實的，因為主機后面板位置有限，不可能容納太多的接口。幸運的是，外部I/

5、O口大體上主要分為兩類：并口和串口。如果復用已有的RS232串口接入非RS232的設備，那么就可以用有限的接口，接入大量的設備。一個有趣的現(xiàn)象是，早期的操作系統(tǒng)DOS和ROM BIOS提供的通信例程只支持RS232串口標準，即使是實現(xiàn)簡單的字節(jié)收發(fā)這種非RS232應用，竟然也要先檢測DSR、DCD、CTS等信號是否有效，如果不滿足條件，將不會發(fā)送數(shù)據(jù)到TXD上。解決這個問題的方法有兩種：1、旁路系統(tǒng)提供的API函數(shù)，自己直接操縱硬件實現(xiàn)非RS232的操作；2、短接接頭里某些RS232控制信號線，使系統(tǒng)通信例程誤以為是RS232設備，使非RS232的設備滿足RS232規(guī)范的子集要求?，F(xiàn)在，PC機

6、上的串口既支持RS232應用又支持非RS232應用，通用串口指的就是這個意思。RS232規(guī)范對速度和距離都有約束，在碼元畸變小于4%的條件下，傳輸距離上限是15米；速率上限是19200。目前，在PC機上的串口都突破了RS232標準的限制，速度可以達到115200甚至更高。軟件上，已經(jīng)可以選項配置是否支持硬件流控，是否檢查DSR、DCD、RI等輸入信號?？梢哉f，現(xiàn)在的PC串口，來源于RS232，但又不拘泥于它的限制，越來越向通用目的的串口方向發(fā)展。UART到此可以總結(jié)為：用于通用目的的異步串行I/O口。綜上，可以看出計算機串口發(fā)展的大致歷程：(個人計算機)史前出現(xiàn)原始的串口設備-EIA制定RS2

7、32統(tǒng)一標準，DB25出現(xiàn)-個人計算機誕生，為引入串口，DB9出現(xiàn)，軟硬件仍然遵循RS232標準-為引入新的非RS232串口，將原來的RS232口改造成通用目的的UART，軟硬件可以不遵循RS232規(guī)范。PC機串口擁有多個名字：串口、RS232口、COM口(通信口)、異步口、UART等，他們是不同歷史時期的產(chǎn)物，一直沿用至今，讓現(xiàn)在的人們感覺有些莫名其妙。最開始PC機接入的串行外設是RS232設備，就叫RS232口。這個設備主要是通信用的MODEM，PC上就稱為COM口。現(xiàn)在連非RS232設備也接了進來，就叫UART吧。不過新名字沒有老名字有名，有些人的習慣改不過來，再說計算機發(fā)展太快，老名字

8、還沒消失，新名字就出現(xiàn)了，而且各有各的擁躉，約定俗成，那就這么亂著叫吧。就在UART準備一統(tǒng)江湖的時候，制造商們再一次不滿于它的速度、靈活性(軟件可配置)和體積，推出了USB串口和1394串口?，F(xiàn)在越來越多的筆記本電腦上已經(jīng)取消了UART串口，因此有不少網(wǎng)友發(fā)出沒有串口，吾誰與歸的慨嘆，歷史前進的腳步無法阻擋，古今多少事，都付笑談中，USB取代UART是后話，暫且不表。*(2)DB9引腳定義和表示*DB9遵循IBM定義，所有輸入輸出方向都是站在DTE角度說的。1-載波檢測DCD 2-接收數(shù)據(jù)RXD 3-發(fā)送數(shù)據(jù)TXD 4-數(shù)據(jù)終端就緒DTR 5-信號地GND 6-數(shù)據(jù)設備就緒DSR 7-請求發(fā)

9、送RTS 8-清除發(fā)送CTS 9-振鈴指示RI在TXD和RXD上：(一般，驅(qū)動器件都是反相器，用負表示1，用正表示0，采用負邏輯，完全可以理解。)邏輯0(SPACE空號)=+3V+15V邏輯1(MARK傳號)=-3V-15V在RTS、CTS、DSR、DTR和DCD等控制線上：信號有效(接通，ON狀態(tài)，正電壓，高電平)=+3V+15V信號無效(斷開，OFF狀態(tài)，負電壓，低電平)=-3V-15V-3V到+3V之間的電平無意義，稱為死區(qū)，不應該處于這個電壓范圍。+3V以上，-3V以下的一段區(qū)間屬于過渡區(qū)，盡量不要使電平落入此區(qū)間，以便使判斷更可靠，最好在+12V以上，-12V以下。一般的驅(qū)動器件為+

10、-12V電壓。工程上，電壓不可能如此理想，判斷需要在一定范圍內(nèi)進行，有些半導體器件也不容易升壓到+-15V，同時，大擺幅電路速度也高不了。以上說的是RS232電平，在未經(jīng)驅(qū)動的芯片引腳上是TTL電平：信號有效二進制0=0-0.3V信號無效二進制1=3.3V/5V如果不經(jīng)RS232驅(qū)動芯片，直接把MCU和Modem模塊(TTL電平)連接，需要注意電平兼容。*(3)DB9引腳信號詳細說明*注意：硬件只提供機制而不提供策略，RS232的規(guī)范由軟件實現(xiàn)，硬件只是提供標準的硬件信號線。例如：載波檢測由軟件完成，硬件只提供DCD引腳信號。硬件流控并不是說將RTS和CTS接到相應引腳位置上，硬件就可以自動實

11、現(xiàn)流量控制，硬件流控是靠軟件實現(xiàn)的，之所以強調(diào)硬件二字，只是因為硬件為軟件提供了指示信號的硬件通路，而軟件流控沒有使用硬件指示信號罷了。RS232規(guī)定的是DTE和DCE設備間連接，而現(xiàn)在大多數(shù)設備已經(jīng)內(nèi)嵌了CPU，可以主動發(fā)送數(shù)據(jù)，因此成了DTE設備，DTE和DTE的連接RS232里沒有規(guī)定，需要使用交叉線。有興趣的讀者可以嘗試著分別剪斷9根線，看看會有什么現(xiàn)象發(fā)生?？纯磽芴栜浖棾鍪裁礃拥腻e誤信息。TXD(Transmitted Data發(fā)送數(shù)據(jù)),RXD(Received Data接收數(shù)據(jù))-數(shù)據(jù)傳輸物理通道，DTE和DCE設備此引腳一一對應連接即可，兩個DTE設備需要交叉連接。所謂收發(fā)

12、全是站在DTE角度說的。可以在這兩個引腳對應的芯片引腳上連接LED指示燈，在數(shù)據(jù)收發(fā)時會有閃爍指示。這兩個信號連接芯片內(nèi)部的并/串和串/并電路，先處理低位，硬件上不受其他硬件控制信號的影響。GND(Ground地)-地參考點。RS232是非平衡接法，不是差分的，所以抗噪性能不好，收發(fā)信號需要高電壓+15V/-15V，擺幅大，速率低。此地使兩端電位參考點一致，避免了地回路。DCD(Data Carrier Detect數(shù)據(jù)載波檢測)-當話音通路建立后，兩端Modem各自發(fā)送單頻載波，以便各自的對端實時檢測鏈路通斷。只要檢測到載波信號，DCD就有效。此信號無效時用于觸發(fā)no carrier事件，提

13、供向上層傳遞lower down消息的機制，使PPP復位，并根據(jù)策略決定是否斷線重撥。在PPP收發(fā)數(shù)據(jù)時應實時監(jiān)測DCD信號，只有當DCD有效時才能進行收發(fā)操作。DTR(Data Terminal Ready數(shù)據(jù)終端準備好),DSR(Data Set Ready數(shù)據(jù)設備準備好)-雖然通過RXD和TXD就可以收發(fā)數(shù)據(jù)，但是在發(fā)送數(shù)據(jù)前還是應該先確定對方是否準備好，以避免不必要的數(shù)據(jù)丟失。DTR和DSR引腳用于主硬件流控。DTR有效表示DTE設備可以接收數(shù)據(jù)，DSR有效表示DCE設備可以接收數(shù)據(jù)。DTE向DCE發(fā)送數(shù)據(jù)前要檢測DSR信號，如果無效將不會發(fā)送，同樣，DCE向DTE發(fā)送數(shù)據(jù)前也要先檢測

14、DTR是否有效。這是RS232規(guī)范的要求。MODEM并沒有使用DTR和DSR實現(xiàn)通常意義上的硬件流控。DTR在整個通信期間保持有效，DSR在MODEM上電后立即有效/在發(fā)出載波后有效(這取決于程序?qū)SR的理解，是把它簡單地看成電源開關指示還是看成撥號后的指示)并在整個通信過程中一直保持有效。DTR或DSR在任何時間點無效，都將終止通信過程。有人可能奇怪RS232標準里明明使用這兩個信號用于主硬件流控，為什么MODEM卻這樣安排時序呢?原來MODEM根本就沒有按照RS232的規(guī)范將DTR和DSR用于硬件流控，它只使用這兩個信號指示DTE和DCE已經(jīng)上電，可以開始工作。當然這在某種意義上也算是流

15、控，但它確實不是RS232所指的那種，MODEM是通過RTS和CTS實現(xiàn)的硬件流控。DTR和DSR的這種使用方法最初是由賀氏Hayes公司在Smart Modem里最先采用的，后來賀氏Hayes MODEM成為行業(yè)事實上的標準，其他公司參照賀氏設計的時序生產(chǎn)與其兼容的MODEM，甚至連AT指令都一樣(大家一起抄他唄)。因此，現(xiàn)在的MODEM都不遵守RS232在這兩個引腳上定義的用法了。Data Terminal和Data Set是兩個過時的名字，這兩個術語已經(jīng)被廢棄了(誰還記得數(shù)據(jù)終端和數(shù)傳機啊，早就成古董了，興許在博物館還能見到實物)。RS232-D版本中起用DTE ready和DCE re

16、ady兩個新名字。雖然新名字表達的意思清楚多了，但可以肯定的說，舊名字仍將繼續(xù)使用。RTS(Request To Send請求發(fā)送),CTS(Clear To Send清除發(fā)送)-半雙工時，用于收發(fā)模式切換。屬于輔助流控信號。半雙工的意思是說，發(fā)的時候不收，收的時候不發(fā)。那么怎么區(qū)分收發(fā)呢?缺省時是DCE向DTE發(fā)送數(shù)據(jù)，當DTE決定向DCE發(fā)數(shù)據(jù)時，先有效RTS，表示DTE希望向DCE發(fā)送，一般DCE不能馬上轉(zhuǎn)換收發(fā)狀態(tài)，DTE就通過監(jiān)測CTS是否有效來判斷可否發(fā)送，這樣避免了DTE在DCE未準備好時發(fā)送所導致的數(shù)據(jù)丟失。全雙工時，這兩個信號一直有效即可。(RTS/CTS協(xié)議即請求發(fā)送/允許

17、發(fā)送協(xié)議，相當于一種握手協(xié)議，主要用來解決隱藏終端問題。隱藏終端(Hidden Stations)是指，基站A向基站B發(fā)送信息，基站C未偵測到A也向B發(fā)送，故A和C同時將信號發(fā)送至B，引起信號沖突，最終導致發(fā)送至B的信號都丟失了。隱藏終端多發(fā)生在大型單元中(一般在室外環(huán)境)，這將帶來效率損失，并且需要錯誤恢復機制。當需要傳送大容量文件時，尤其需要杜絕隱藏終端現(xiàn)象的發(fā)生。IEEE 802.11提供了如下解決方案。在參數(shù)配置中，若使用RTS/CTS協(xié)議，同時設置傳送上限字節(jié)數(shù)-一旦待傳送的數(shù)據(jù)大于此上限值時，即啟動RTS/CTS握手協(xié)議：首先，A向B發(fā)送RTS信號，表明A要向B發(fā)送若干數(shù)據(jù)，B收到

18、RTS后，向所有基站發(fā)出CTS信號，表明已準備就緒，A可以發(fā)送，其余基站暫時按兵不動，然后，A向B發(fā)送數(shù)據(jù)，最后，B接收完數(shù)據(jù)后，即向所有基站廣播ACK確認幀，這樣，所有基站又重新可以平等偵聽、競爭信道了。)以上所述是RS232標準的定義，然而在MODEM中，完全沒有遵守這個規(guī)范，而是將其用于硬件流控。很多人根據(jù)RTS和CTS的字面意思理解他們的用法往往百思不得其解，再加上半雙工/全雙工，就更加云里霧里了。RTS和CTS在MODEM中的用法與他們字面的含義沒有任何關系，他們已經(jīng)由賀氏公司重新定義了用法。以下是網(wǎng)友dengm給出的程序，詳細說明了RTS和CTS在MODEM里的用法。RTS用于指示

19、本端是否可以接收數(shù)據(jù)，CTS指示對端是否可以接收數(shù)據(jù)。 dengm發(fā)表于2005-1-14 07：52侃單片機PC端處理：本端發(fā)送當發(fā)現(xiàn)(不一定及時發(fā)現(xiàn))CTS(-3V to-15V)無效時，停止發(fā)送,當發(fā)現(xiàn)(不一定及時發(fā)現(xiàn))CTS(3V to 15V)有效時，恢復發(fā)送；本端接收0 MN LEN_OF_RX_BUFFERS(不要在處于邊界時才給出指示，否則對端很有可能來不及停發(fā)而造成本端接受緩沖區(qū)溢出。)當接收buffers中的bytes M時，給RTS有效信號(+3v to+15v),當接收buffers中的bytes N時，給RTS無效信號(-3v to-15v)；MODEM端處理：同上，

20、但RTS與CTS交換圖1表示DTE向DCE發(fā)送數(shù)據(jù)時的流控過程。DTE和DCE一般都會有一定容量的FIFO(先入先出)緩沖區(qū)，例如16字節(jié)。DTE以設定的波特率(如115200)向DCE發(fā)送數(shù)據(jù)，當DCE的FIFO緩沖區(qū)快滿時，DCE使CTS無效，DTE軟件檢測到此信號后停止發(fā)送。同時DCE繼續(xù)向電話線上發(fā)送數(shù)據(jù)，一旦發(fā)出，DCE的FIFO就變成不滿，CTS恢復有效，允許DTE繼續(xù)寫入。串口波特率只是接口速率，不是Modem的實際傳輸速率，一般發(fā)送都快于接收，為避免溢出丟失數(shù)據(jù)，均需要接收端控制發(fā)送端發(fā)送速度，即流控。DCE向DTE發(fā)送數(shù)據(jù)用RTS進行流控，過程與上面講的類似。流控在通信里的作

21、用非常重要，它能使發(fā)送和接收保持均衡，避免數(shù)據(jù)因為收發(fā)速率不匹配而丟失。例如：在TCP協(xié)議里，當數(shù)據(jù)丟失時，總是假定丟包是由于網(wǎng)絡擁塞引起的，此時采用擁塞避免算法，超時時間加倍，擁塞窗減半，盡管此時信道正常，有數(shù)據(jù)可以發(fā)，但因為擁塞窗減小導致不能發(fā)送，而且超時等待時間加倍，TCP的性能將急劇下降，測試報告不會好看。信道上因為誤碼引起的丟包和網(wǎng)絡上因為擁塞造成的丟包都是不可控的，而收發(fā)速率不匹配造成的數(shù)據(jù)丟失完全可以通過流控避免，因此，在接收速率小于/等于發(fā)送速率的地方都要使用流控。硬件流控不能跨越設備，軟件流控可以實現(xiàn)端到端控制。注意：MODEM是否配置硬件流控可以通過AT指令動態(tài)修改。在不支

22、持硬件流控時，這兩個信號在數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài)一直有效。此時可以無流控，或者通過ON(0x11)/XOFF(0x13)軟件流控。RI(Ring Indicator振鈴指示)-這個引腳用于指示是否有90V鈴流信號輸入。如果檢測到振鈴信號，MODEM將周期改變RI引腳電平，變化頻率與振鈴頻率無關，DTE設備檢測RI上的電平變化，并計數(shù)，一旦符合規(guī)定次數(shù)，就發(fā)出DTR信號，指示DCE摘機應答。以前的笨貓沒有CPU，所以需要DTE幫助判斷是否有撥入，現(xiàn)在的聰明貓(Hayes Smartmodem)有CPU，完全可以自動應答，我看，這個信號以后就可以省掉了，畢竟RS232是很早以前的標準，已經(jīng)過時了，不必拘泥于

23、原來的規(guī)范。DTE DCE AB HJD04D大型程控電話交換機-電話線-ST-BUS-ST-BUS-E1|FIFO緩沖|-|FIFO緩沖|-|SLIC板|-|DSN交換網(wǎng)絡|-|DTP數(shù)字中繼|-經(jīng)匯接局到另一端局的相應電路-(左圖逆序)RTS-CTS|公共資源-鈴流源|信號音(撥號/回鈴/忙/催掛音)V DTMF雙音多頻收號器圖1硬件流控圖(DTE向DCE發(fā)送數(shù)據(jù))如圖1，MODEM的另一端連接電話線，通過AB線與對端(局端)程控電話交換機SLIC板(用戶線接口電路)相連，需要實現(xiàn)用戶線信令(摘機、掛機、振鈴、撥號音、忙/催掛/回鈴音等)，還有用于判斷鏈路通斷的載波檢測。以上討論的DB9串

24、口是很早以前設計的，隨著技術的發(fā)展，MODEM越來越聰明，軟件完全可以取代一些硬件控制連線，甚至重新設計MODEM串口。如果今后遇見不符合現(xiàn)在定義的MODEM接口是不足為奇的。*(4)串口交叉連接方式和MODEM工作時序*交叉連接用于兩個DTE設備互連圖略(1)最簡連接用于調(diào)試目的等非RS232應用，通信軟件不能檢測DSR、DCD、CTS信號(本端)-(對端)：(2)-(3)(3)-(2)(5)-(5)1-4-6-7-8-9懸空(2)RS232連接用于屏蔽RS232通信軟件的檢測，早期BIOS和OS通信軟件只能在符合RS232規(guī)則的接口線上運行，此種接法可使其只用3根線即可正常工作。短接本端1

25、-4-6；短接本端7-8(本端)-(對端)：(2)-(3)(3)-(2)(5)-(5)9懸空(3)完全連接忽略DCD和RI，帶硬件流控的交叉連接(本端)-(對端)：(2)-(3)(3)-(2)(5)-(5)(7)-(8)(8)-(7)(6)-(4)(4)-(6)1和9懸空(4)NULL MODEM連接用于模擬兩個DTE之間通過MODEM連接。在PPP開發(fā)時，可以節(jié)省大量通信費用。(本端連接)-(對端連接)：(2)-(3)(3)-(2)(7-8)-(1)(6-9)-(4)(5)-(5)(1)-(7-8)(4)-(6-9)(9-6)-(4)MODEM的工作時序：在整個通信過程中，DTR和DSR及D

26、CD必須一直有效，RTS和CTS用于硬件流控(軟件實現(xiàn)的)，RTS有效時指示DTE可以收，CTS有效時指示DCE可以收(詳見引腳說明)。當電話打入時，交換機SLIC(用戶線接口電路)板發(fā)出90V振鈴信號，MODEM識別后發(fā)出RI信號，RI變化頻率與振鈴頻率無關，PC機對RI變化記數(shù)，達到觸發(fā)值時，PC機發(fā)出DTR信號通知MODEM摘機應答。MODEM發(fā)出載波后有效DSR，通知PC已摘機。當接收到對端載波后，DCD有效，指示話音通道連通。通信完畢任一方停止載波，導致兩端載波消失，PC檢測到DCD無效，就使DTR無效，MODEM隨后使DSR無效響應之，一次通信過程結(jié)束?，F(xiàn)在的MODEM一般都可以自

27、動應答，RI信號可忽略。當MODEM識別出振鈴后，摘機應答并發(fā)載波，同時有效DSR，通知PC機有撥入，PC隨即有效DTR，允許撥入。當收到對端載波，MODEM有效DCD，指示話音通道連通。通信完畢任一方停止載波，導致兩端載波消失，PC檢測到DCD無效，就使DTR無效，MODEM隨后使DSR無效響應之，一次通信過程結(jié)束。PC機撥出時，先有效DTR，指示MODEM摘機撥號，MODEM回應DSR有效，在識別出撥號音后撥號，然后在回鈴音結(jié)束后發(fā)載波，一旦收到對端載波，MODEM有效DCD，指示話音通路連通。此后，就可以進行PPP協(xié)商了。通信完畢任一方停止載波，導致兩端載波消失，PC檢測到DCD無效，就

28、使DTR無效，MODEM隨后使DSR無效響應之，一次通信過程結(jié)束。*(5)硬件學習方法總結(jié)*我認為學習硬件最重要的是抓住4個關鍵點：引腳、時序、寄存器和協(xié)議。硬件的參考資料就是數(shù)據(jù)手冊(datasheet)，雖然大部分由英文寫成，但是科技英語并不象想象中那么難，而且數(shù)據(jù)手冊的內(nèi)容編排有規(guī)律可尋。一般，先介紹總體特點概述(賣點)，順便做一下公司廣告(什么leadership一類的)，然后是結(jié)構(gòu)/功能框圖、引腳說明、時序分析、寄存器說明、硬件所實現(xiàn)的具體協(xié)議(USB、PCI、E1等)、應用范例demo、直流/交流特性、封裝、訂購信息、聯(lián)系方法等，手冊里往往還會總結(jié)一些圖、表、關鍵字目錄索引，方便讀

29、者閱讀。-|引腳|-引腳是對硬件工程師最重要的信息之一，務必將其背記下來。背下來的好處多多，基本上掃一眼圖紙就能猜出芯片是干什么用的；對一些不常用的設計技巧能馬上發(fā)現(xiàn)，進而學習之；能立即指出明顯的低級錯誤；能輕易區(qū)分不同型號相同種類的芯片；有利于不斷積累硬件經(jīng)驗，熟能生巧?？傊?，背下引腳能大大提高工作效率，不必頻繁查書，不必中斷思路，讓精力集中在應用設計上。面對幾百個引腳的芯片，看似無法記住，實則簡單Easy。譬如：地址線32根、數(shù)據(jù)線32根，電源5根、地線20根，一會兒就記住了89根引腳線，然后按功能記I2C、SPI、ST-BUS、USB、JTAG等固定用法的引腳線，不管用在哪個芯片上，這些

30、引腳種類和功能都相同，有時，只要記住功能就能把相關引腳一一背出，或者只須記住差異點即可。一旦背下一個芯片，那么與之類似的一系列芯片就都不在話下了。萬事開頭難，一旦習慣了，隨時記住幾百個引腳的芯片也不是難事，這是專業(yè)硬件工程師的基本功。-|時序|-時序是硬件工程師獲得的另一個重要信息，務必反復咀嚼回味。時序圖可以清楚全面地展示硬件的工作過程，從中我們可以得到想要的細節(jié)。硬件設計的一大任務是抑制干擾噪聲，通過分析時序可以找到最佳的處理方法。比如：在數(shù)據(jù)的中點采樣，可以獲得前后各50%的抖動裕量；通過滿足建立/保持時間，使得數(shù)據(jù)采樣正確。一般來說，時序圖展示的是理想情況下的位置關系，實際電路中還要受

31、到生產(chǎn)工藝和現(xiàn)場情況的影響。比如：溫度、濕度會影響介電常數(shù)，進而影響阻抗匹配。實際波形有上沖、下沖、振鈴等幅度變化；相位有超前、滯后變化；時鐘有不同步問題等等。這些問題限制了時序圖的適用范圍，使用中切記滿足前提條件。例如：PCI的突發(fā)訪問字節(jié)數(shù)在時序圖上可以做得很大，這樣傳輸效率高，但是因為生產(chǎn)工藝達不到要求，不能保證時鐘低抖動，阻抗也不能完全匹配，如果突發(fā)訪問字節(jié)數(shù)過大，會造成誤差累積，導致采樣錯誤，因此實際中一般限制在4字節(jié)以下。我們只可以把時序圖當作理論參考，切記不能過份相信，要看時序只能通過示波器和邏輯分析儀。本來直流和交流特性不是時序內(nèi)容，但因為對時序影響較大，所以就應該配合時序一起

32、看。一般芯片廠商會提供DEMO板供設計參考，但DEMO就是DEMO，不能用于量產(chǎn)，切記，切記！真實波形的邊沿不能象時序圖里畫的那么陡峭。因為越是陡峭的邊沿，頻譜范圍越大，旁瓣越多，而我們需要的往往只是某個頻點。如果波形接近于正弦波，那么信號就比較干凈。分析時序最好有例子，我推薦PCI和DDR(I、II)時序圖。這些圖夠復雜，夠先進，代表目前的趨勢。PCI支持軟件配置，有局部總線、接口總線、DMA、突發(fā)、總線仲裁等等，比較全面。DDR現(xiàn)在又降價了，遲早要取代SDRAM，估計也就1年左右時間。找到芯片數(shù)據(jù)手冊就可以得到時序圖。-|寄存器|-寄存器大致可以分為控制、數(shù)據(jù)、狀態(tài)三種。其實就是硬件里的D

33、觸發(fā)器外接三態(tài)總線。硬件上關心的就是地址偏移，方向(只讀、只寫、讀寫)，工作原理。這樣就可以分配地址空間，對應GPIO連接，實現(xiàn)硬件時序。其實，寄存器更重要的意義是提供硬件和軟件的接口。軟件通過寄存器操作硬件，硬件通過寄存器給軟件提供信息。一般地，一組寄存器對應一個協(xié)議，可以通過協(xié)議了解寄存器功能，通過寄存器了解協(xié)議細節(jié)，互相對照，學習效率高。-|協(xié)議|-目前協(xié)議非常多，PCI、USB、I2C、ST-BUS、E1、802.3等等，了解每一種協(xié)議都要花費大量時間，我建議每次了解一點，積少成多。通常協(xié)議代表了行業(yè)標準，設計時應盡量向標準靠攏。這樣在套片選型時會擁有很大的成本優(yōu)勢?？傊?，協(xié)議是硬件的

34、抽象，硬件是協(xié)議的具體實現(xiàn)。-|現(xiàn)狀|-以前，人們常說做硬件要動手能力強，現(xiàn)在看來似乎已經(jīng)不正確了。原來焊接DIP器件，手工操作就可以了，現(xiàn)在的BGA，誰還能用手焊，即使可以，誰能保證質(zhì)量，尤其在量產(chǎn)的時候。原來的板子要求3版成功，一版原型，一版修改，一版定型?，F(xiàn)在要求一版成功，紙上作業(yè)，在制板前解決所有問題。想想也是，一塊16層2.5G背板，如何飛線?如何割線?如何手工焊接?飛線肯定不行，頻率那么高，而且走線在內(nèi)部，根本沒有辦法。即使可以飛，高頻特性也會變化，無法給以后的修改提供依據(jù)。割線也不成，找不到合適位置鉆孔。手工焊接達不到質(zhì)量要求。綜上，一旦發(fā)現(xiàn)錯誤，最好就地銷毀，眼不見心不煩。目前的現(xiàn)狀是：原理圖、PCB圖均在計算機上完成，F(xiàn)PGA用HDL語言，仿真用軟件，焊接用貼片機編程實現(xiàn)。幾乎沒有什么可以動手的地方了。另外CPU正朝多核方向發(fā)展，RISC比CISC更有前途(CISC的發(fā)熱量大的問題在沒有技術突破前無法解決，光看頻率沒用，過熱時CPU會偷偷降頻。)。*(6)UART串口硬件分析*引腳分析：9根標準的接口線dtr,dsr,rts,cts,dcd,gnd,rxd,txd,ri 4根地址線a0,a1,a2,c