嵌入式开发，一个听着高逼格，但却就业市场越来越小的行业。我虽然没有计划走这个方向，但是对其相关知识还是要有一定的了解。

做嵌入式系统开发，经常要接触硬件，需要对数字电路和模拟电路要有一定的了解，这样才能深入的研究下去。下面我们简单地介绍一下嵌入式开发中的一些硬件相关的概念。

电平(Level)

电平，指电路中两点或几点什么是“电平”?“电平”就是指电路中两点或几点在相同阻抗下电量的相对比值。这里的电量自然指“电功率”、“电压”、“电流”并将倍数化为对数，用“分贝”表示，记作“dB”。分别记作：10lg(P2/P1)、20lg(U2/U1)、20lg(I2/I1)上式中P、U、I分别是电功率、电压、电流。

使用“dB”有两个好处：其一读写、计算方便。如多级放大器的总放大倍数为各级放大倍数相乘，用分贝则可改用相加。其二能如实地反映人对声音的感觉。实践证明，声音的分贝数增加或减少一倍，人耳听觉响度也提高或降低一倍。即人耳听觉与声音功率分贝数成正比。例如蚊子叫声与大炮响声相差100万倍，但人的感觉仅有60倍的差异，而100万倍恰是60dB。

TTL电平信号之所以被广泛使用，原因是：通常我们采用二进制来表示数据。而且规定，+5V等价于逻辑“1”，0V等价于逻辑“0”。这样的数据通信及电平规定方式，被称做TTL(晶体管-晶体管逻辑电平)信号系统。这是计算机处理器控制的设备内部各部分之间通信的标准技术。

总线(Bus)

总线(Bus)是计算机各种功能部件之间传送信息的公共通信干线，它是由导线组成的传输线束， 按照计算机所传输的信息种类，计算机的总线可以划分为数据总线、地址总线和控制总线，分别用来传输数据、数据地址和控制信号。总线是一种内部结构，它是cpu、内存、输入、输出设备传递信息的公用通道，主机的各个部件通过总线相连接，外部设备通过相应的接口电路再与总线相连接，从而形成了计算机硬件系统。在计算机系统中，各个部件之间传送信息的公共通路叫总线，微型计算机是以总线结构来连接各个功能部件的。

总线可同时传输的数据数就称为宽度(width)，以比特为单位，总线宽度愈大，传输性能就愈佳。总线的带宽(即单位时间内可以传输的总数据数)为：总线带宽 = 频率 x 宽度(Bytes/sec)。当总线空闲(其他器件都以高阻态形式连接在总线上)且一个器件要与目的器件通信时，发起通信的器件驱动总线，发出地址和数据。其他以高阻态形式连接在总线上的器件如果收到(或能够收到)与自己相符的地址信息后，即接收总线上的数据。发送器件完成通信，将总线让出(输出变为高阻态)。

总线按功能和规范可分为五大类型:

数据总线(Data Bus)：在CPU与RAM之间来回传送需要处理或是需要储存的数据。

地址总线(Address Bus)：用来指定在RAM(Random Access Memory)之中储存的数据的地址。

控制总线(Control Bus)：将微处理器控制单元(Control Unit)的信号，传送到周边设备，一般常见的为 USB Bus和1394 Bus。

扩展总线(Expansion Bus)：可连接扩展槽和电脑。

局部总线(Local Bus)：取代更高速数据传输的扩展总线。

片选(CS或SS)

片选可以理解成选片。举个例子，有很多芯片挂在同一总线上(像电脑里很多外设都是挂在总线上)，但我们有时候需要对其中特定的某个芯片进行数据、地址或命令的独立传输，此时，我们需要有一个信号来告诉挂在总线上的芯片们，这些数据、地址是传给哪个芯片的。那这样的话，其他芯片就会对这些信号“漠不关心”，而目标芯片就知道这些数据是传给自己的从而做出反应。这个信号就叫做片选信号CS(chip select)或SS(slave select)。片选这个词即由此而来，指通过设置跳线,利用与门、或门、非门的组合来决定到底是哪几部分进入工作状态。

在数字电路设计中，一般开路输入管脚呈现为高电平，因此片选信号绝大多数情况下是一个低电平。片选信号一般是在划分地址空间时，由逻辑电路产生的。

可编程接口芯片都有一个片选开关，通常以CE或CS表示，只有当该输入端处于有效电平，接口芯片才进入电路工作状态，实现数据的输入输出。片选端通常以AO地址译码器的输出端相连，因此片选也是由指定的AO地址选中该接口芯片，以使其进入电路工作状态的过程

如图所示，如果一个从芯片或从设备(slave)的SS管脚处于非激活状态(通常是低电平)，那个这个从芯片或从设备就相当于一个聋子，不会对任何外来的输入信号做出反应。而如果其中某一从芯片的SS管脚处于激活状态的话，那它就能听到外来的输入信号，就能做出接收或回应。图中，MISO是从芯片向主芯片传输数据的信道，MOSI是主芯片向从芯片传输数据的信道,SCLK是时钟信道(主芯片->从芯片)

译码(器)

译码是编码的逆过程，在编码时，每一种二进制代码，都赋予了特定的含义，即都表示了一个确定的信号或者对象。把代码状态的特定含义“翻译”出来的过程叫做译码，实现译码操作的电路称为译码器。或者说，译码器是可以将输入二进制代码的状态翻译成输出信号，以表示其原来含义的电路。根据需要，输出信号可以是脉冲，也可以是高电平或者低电平。

译码器的种类很多，但它们的工作原理和分析设计方法大同小异，其中二进制译码器、二-十进制译码器和显示译码器是三种最典型，使用十分广泛的译码电路。

二进制码译码器，也称最小项译码器，N中取一译码器，最小项译码器一般是将二进制码译为十进制码;

代码转换译码器，是从一种编码转换为另一种编码;

显示译码器，一般是将一种编码译成十进制码或特定的编码，并通过显示器件将译码器的状态显示出来。

高阻态

高阻态是一个数字电路里常见的术语，指的是电路的一种输出状态，既不是高电平也不是低电平，如果高阻态再输入下一级电路的话，对下级电路无任何影响，和没接一样，如果用万用表测的话有可能是高电平也有可能是低电平，随它后面接的东西定的。

电路分析时高阻态可做开路理解。你可以把它看作输出(输入)电阻非常大。它的极限状态可以认为悬空(开路)。也就是说理论上高阻态不是悬空，它是对地或对电源电阻极大的状态。而实际应用上与引脚的悬空几乎是一样的。

当门电路的输出上拉管导通而下拉管截止时,输出为高电平;反之就是低电平;如上拉管和下拉管都截止时,输出端就相当于浮空(没有电流流动),其电平随外部电平高低而定,即该门电路放弃对输出端电路的控制 。

高阻态常用字母 Z 表示。

驱动

驱动程序(Device Driver)全称为“设备驱动程序”，是一种可以使计算机和设备通信的特殊程序，可以说相当于硬件的接口，操作系统只能通过这个接口，才能控制硬件设备的工作，假如某设备的驱动程序未能正确安装，便不能正常工作。

正因为这个原因，驱动程序在系统中的所占的地位十分重要，一般当操作系统安装完毕后，首要的便是安装硬件设备的驱动程序。不过，大多数情况下，我们并不需要安装所有硬件设备的驱动程序，例如硬盘、显示器、光驱等就不需要安装驱动程序，而显卡、声卡、扫描仪、摄像头、Modem等就需要安装驱动程序。另外，不同版本的操作系统对硬件设备的支持也是不同的，一般情况下版本越高所支持的硬件设备也越多。

设备驱动程序用来将硬件本身的功能告诉操作系统，完成硬件设备电子信号与操作系统及软件的高级编程语言之间的互相翻译。当操作系统需要使用某个硬件时，比如：让声卡播放音乐，它会先发送相应指令到声卡驱动程序，声卡驱动程序接收到后，马上将其翻译成声卡才能听懂的电子信号命令，从而让声卡播放音乐。

所以简单的说，驱动程序提供了硬件到操作系统的一个接口以及协调二者之间的关系，而因为驱动程序有如此重要的作用，所以人们都称“驱动程序是硬件的灵魂”、“硬件的主宰”，同时驱动程序也被形象的称为“硬件和系统之间的桥梁”。

驱动程序即添加到操作系统中的一小块代码，其中包含有关硬件设备的信息。有了此信息，计算机就可以与设备进行通信。驱动程序是硬件厂商根据操作系统编写的配置文件，可以说没有驱动程序，计算机中的硬件就无法工作。操作系统不同，硬件的驱动程序也不同，各个硬件厂商为了保证硬件的兼容性及增强硬件的功能会不断地升级驱动程序。如：Nvidia显卡芯片公司平均每个月会升级显卡驱动程序2-3次。驱动程序是硬件的一部分，当你安装新硬件时，驱动程序是一项不可或缺的重要元件。凡是安装一个原本不属于你电脑中的硬件设备时，系统就会要求你安装驱动程序，将新的硬件与电脑系统连接起来。驱动程序扮演沟通的角色，把硬件的功能告诉电脑系统，并且也将系统的指令传达给硬件，让它开始工作。

三态门

三态门(Three-state gate)是一种重要的总线接口电路。

三态指其输出既可以是一般二值逻辑电路，即正常的高电平(逻辑1)或低电平(逻辑0)，又可以保持特有的高阻抗状态。高阻态相当于隔断状态(电阻很大，相当于开路)。

处于高阻抗状态时，输出电阻很大，相当于开路，没有任何逻辑控制功能。高阻态的意义在于实际电路中不可能断开电路。三态电路的输出逻辑状态的控制，是通过一个输入引脚实现的。

三态门都有一个EN控制使能端，来控制门电路的通断。 可以具备这三种状态的器件就叫做三态器件。当EN有效时，三态电路呈现正常的“0”或“1”的输出;当EN无效时，三态电路给出高阻态输出。

三态门在双向端口中运用时，设置Z为控制项，当Z=1时，三态门呈高阻状态，上面的线路不通只能输入，当Z=0时，三态门呈正常高低电平的输出状态，可输出，即O路通。三态门是一种扩展逻辑功能的输出级，也是一种控制开关。主要是用于总线的连接，因为总线只允许同时只有一个使用者。通常在数据总线上接有多个器件，每个器件通过OE/CE之类的信号选通。如器件没有选通的话它就处于高阻态，相当于没有接在总线上，不影响其它器件的工作。

如果你的设备端口要挂在一个总线上，必须通过三态缓冲器。因为在一个总线上同时只能有一个端口作输出，这时其他端口必须在高阻态，同时可以输入这个输出端口的数据。所以你还需要有总线控制管理，访问到哪个端口，那个端口的三态缓冲器才可以转入输出状态。这是典型的三态门应用。

常见的控制信号

时钟：用来同步各种操作。

复位：初始化所有部件。

总线请求：表示部件需要获得的使用权。

总线允许：表示需要获得总线使用权的部件已获得了使用权。

中断请求：表示部件提出中断请求。

中断响应：表示中断请求已被接收。

存储器写：将数据总线上的数据写至存储器的指定地址单元内。

存储器读：将指定存储单元中的数据读到数据总线上。

I/O读: 从指定的I/O端口将数据读到数据总线上。

I/O写: 将数据总线上的数据输出到指定的I/O端口内。

传输响应: 表示数据已被接收，或已将数据送至数据总线上。

中断

中断指处理机处理程序运行中出现的紧急事件的整个过程.程序运行过程中，系统外部、系统内部或者现行程序本身若出现紧急事件，处理机立即中止现行程序的运行，自动转入相应的处理程序(中断服务程序)，待处理完后，再返回原来的程序运行，这整个过程称为程序中断;当处理机接受中断时，只需暂停一个或几个周期而不执行处理程序的中断，称为简单中断.中断又可分为屏蔽中断和非屏蔽中断两类.可由程序控制其屏蔽的中断称为屏蔽中断或可屏蔽中断.屏蔽时，处理机将不接受中断.反之，不能由程序控制其屏蔽，处理机一定要立即处理的中断称为非屏蔽中断或不可屏蔽中断.非屏蔽中断主要用于断电、电源故障等必须立即处理的情况.处理机响应中断时，不需执行查询程序.由被响应中断源向CPU发向量地址的中断称为向量中断，反之为非向量中断.向量中断可以提高中断响应速度。

现代计算机中采用中断系统的主要目的是：

①提高计算机系统效率。计算机系统中处理机的工作速度远高于外围设备的工作速度。通过中断可以协调它们之间的工作。当外围设备需要与处理机交换信息时，由外围设备向处理机发出中断请求，处理机及时响应并作相应处理。不交换信息时，处理机和外围设备处于各自独立的并行工作状态。

②维持系统可靠正常工作。现代计算机中，程序员不能直接干预和操纵机器，必须通过中断系统向操作系统发出请求，由操作系统来实现人为干预。主存储器中往往有多道程序和各自的存储空间。在程序运行过程中，如出现越界访问，有可能引起程序混乱或相互破坏信息。为避免这类事件的发生，由存储管理部件进行监测，一旦发生越界访问，向处理机发出中断请求，处理机立即采取保护措施。

③满足实时处理要求。在实时系统中，各种监测和控制装置随机地向处理机发出中断请求，处理机随时响应并进行处理。

④提供故障现场处理手段。处理机中设有各种故障检测和错误诊断的部件，一旦发现故障或错误，立即发出中断请求，进行故障现场记录和隔离，为进一步处理提供必要的依据。

逻辑分析仪

逻辑分析仪是分析数字系统逻辑关系的仪器。逻辑分析仪是属于数据域测试仪器中的一种总线分析仪，即以总线(多线)概念为基础，同时对多条数据线上的数据流进行观察和测试的仪器，这种仪器对复杂的数字系统的测试和分析十分有效。逻辑分析仪是利用时钟从测试设备上采集和显示数字信号的仪器，最主要作用在于时序判定。由于逻辑分析仪不像示波器那样有许多电压等级，通常只显示两个电压(逻辑1和0)，因此设定了参考电压后，逻辑分析仪将被测信号通过比较器进行判定，高于参考电压者为High,低于参考电压者为Low，在High与 Low之间形成数字波形。

逻辑分析仪的工作过程就是数据采集、存储、触发、显示的过程，由于它采用数字存储技术，可将数据采集工作和显示工作分开进行，也可同时进行，必要时，对存储的数据可以反复进行显示，以利于对问题的分析和研究。

将被测系统接入逻辑分析仪，使用逻辑分析仪的探头(逻辑分析仪的探头是将若干个探极集中起来，其触针细小，以便于探测高密度集成电路)监测被测系统的数据流，形成并行数据送至比较器，输入信号在比较器中与外部设定的门限电平进行比较，大于门限电平值的信号在相应的线上输出高电平，反之输出低电平时对输入波形进行整形。经比较整形后的信号送至采样器，在时钟脉冲控制下进行采样。被采样的信号按顺序存储在存储器中。采样信息以“先进先出”的原则组织在存储器中，得到显示命令后，按照先后顺序逐一读出信息，按设定的显示方式进行被测量的显示。

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