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嵌入式硬件结构

2019-9-29 11:18| 发布者: admin| 查看: 1265| 评论: 0

摘要: 嵌入式硬件结构电子元器件解析元器件是电子电路中的独立个体,电流通过它能产生频率幅度变化或改变流向的个体零件叫器件,否则就叫元件。半导体电路中晶体管(三极管、二极管、可控硅等)是器件,而电阻、电容、电感 ...

嵌入式硬件结构

电子元器件解析


元器件是电子电路中的独立个体,电流通过它能产生频率幅度变化或改变流向的个体零件叫器件,否则就叫元件。

半导体电路中晶体管(三极管、二极管、可控硅等)是器件,而电阻、电容、电感是元件,合起来称元器件。

初识PCB电路板基本轮廓,如下:



更多电子元器件识别图参考:http://www.838dz.com/jicu/cuxue/1446.html

电阻


电阻是一个物体对于电流通过的阻碍能力,起到缓冲、负载、分压分流、保护电路的作用。



注意:若在元件体的一端有一宽的银色环,则此元件不是电阻,是电感器,如果这种银色环与元件体上其它色环宽度相同,则还是电阻。

电容


"通交流,隔直流"的储能元器件,两个相互靠近的导体,中间夹一层不导电的绝缘介质,就构成了电容器。当电容器的两个极板之间加上电压时,电容器就会储存电荷。



电感


电感(Inductor)是一种能够把电能转化为磁能而存储起来的"通直流,隔交流"的储能元件。



电感在电路最常见的作用就是与电容一起,组成LC滤波电路,如下:



当把伴有许多干扰信号的直流电通过LC滤波电路,那么,交流干扰信号大部分将被电感阻止吸收变成磁感和热能,剩下的大部分被电容旁路到地,这就可以抑制干扰信号的作用,在输出端就获得比较纯净的直流电流。

二极管


一种只允许电流由单一方向流过的装置,具有整流、稳压、开关、发光的作用。



三极管


是一种控制电流的半导体器件,其作用是把微弱信号放大成幅度值较大的电信号,也用作无触点开关。三极管是在一块半导体基片上制作两个相距很近的PN结,两个PN结把整块半导体分成三部分,中间部分是基区,两侧部分是发射区和集电区,排列方式有PNP和NPN两种。





场管


场效应晶体管(FET)简称场效应管,通过控制输入回路的电场效应来控制输出回路电流,分为结型场效应管(JFET)和绝缘栅场效应管(MOS管)两大类。



MOS管和三极管的区别:场效应晶体管是电压控制元件,而双极结型晶体管是电流控制元件。在只允许从取较少电流的情况下,应选用场效应管;而在信号电压较低,又允许从信号源取较多电流的条件下,应选用双极晶体管。

集成电路


在电路中用字母"IC"表示,把一个电路中所需的电子元器件互连在一起,制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上,封装与一个管壳内,成为具有所需电路功能的微型结构;其中所有元件在结构上组成了一个整体,使电子元件向着微小型化、低功耗和高可靠性方面迈进了一大步。



电子元器件识别


  1. 通过基本外形判断

  2. 通过万用表的对应档位识别

  3. 通过厂家资料识别

附万用表对应档位的功能与具体使用方法:参考https://www.diangon.com/m99181.html




  • 蜂鸣档:可以测二极管单向导通,显示的数字是二极管的电压降;也可以测电路通断。

  • 三极管档:即图中的HFE档,判断三极管的集电极和发射级。

  • hFE测试插座:辅助测试PNP和NPN管型的集电极和发射级。

  1. 测直流电压:将黑表插进"COM"孔,红表插进"V Ω",将旋钮选到比估计值大的量程,接着把表笔接电源两端,保持读数稳定并读数。

  2. 测直流电流:将黑表插进"COM"孔,根据待测电流是否大于200mA,将红表插进"mA"或"20A",将旋钮打到200mA以内的合适量程,接着把表笔接电路两端,保持读数稳定并读数,如显示为"1."则要加大量程;如果在数值左边出现"-",则表明电流从黑表流入万用表。

  3. 测交流电压:表笔插孔与直流电压的测量一样,不过应该将旋钮打到交流档“V~”处所需的量程即可。交流电压无正负之分,测量方法跟前面相同。无论测交流还是直流电压,都要注意人身安全,不要随便用手触摸表笔的金属部分。

  4. 测交流电流:测量方法与直流电流相同,不过档位应该打到交流档位,电流测量完毕后应将红笔插回“VΩ”孔,若忘记这一步而直接测电压,哈哈!你的表或电源会在“一缕青烟中上云霄”--报废!

  5. 测电阻:测量电阻时一定要断电,然后将表笔插进"COM"和"VΩ"孔中,把旋钮打旋到"Ω"中所需的量程,用表笔接在电阻两端金属部位,测量中可以用手接触电阻,但不要把手同时接触电阻两端,这样会影响测量精确度的(人体是电阻很大但是有限大的导体)。读数时,要保持表笔和电阻有良好的接触;注意单位:在"200"档时单位是"Ω",在"2K"到"200K"档时单位为 "KΩ ","2M"以上的单位是"MΩ"。

  6. 测电容:将电容两端短接,对电容进行放电,确保数字万用表的安全;把旋钮打旋到"F"的合适测量档;将电容插入万用表C-X插孔,读出LCD显示屏上数字。

  7. 测二极管:将黑表插进"COM"孔,红表插进"V Ω",将按钮旋到二极管档,用红表笔接二极管的正极,黑表笔接负极,这时会显示二极管的正向压降。肖特基二极管的压降是0.2V左右,普通硅整流管约为0.7V,发光二极管约为 1.8~2.3V。调换表笔,显示屏显示“1.”则为正常,因为二极管的反向电阻很大,否则此管已被击穿。

  8. 测三极管:表笔插位同上,其原理同二极管。先假定A脚为基极,用黑表笔与该脚相接,红表笔与其他两脚分别接触其他两脚;若两次读数均为0.7V左右,然后再用红笔接A脚,黑笔接触其他两脚,若均显示"1",则A脚为基极,否则需要重新测量,且此管为PNP管。我们可以利用"hFE"档来判断集电极和发射极:先将档位打到"hFE"档,可以看到档位旁有一排小插孔,分为PNP和NPN管的测量。前面已经判断出管型,将基极插入对应管型"b"孔,其余两脚分别插入"c","e"孔,此时可以读取数值,即β值;再固定基极,其余两脚对调;比较两次读数,读数较大的管脚位置与表面"c","e"相对应。

  9. 测MOS场效应管:G极(栅极)的确定:利用档万用表的二极管档,若某脚与其他两脚间的正反压 降均大于2V,即显示“1”,此脚即为栅极G。再交换表笔测量其余两脚,压降小的那次中,黑表笔接的是D极(漏极),红表笔接的是S极(源极)。

路由器硬件结构





CPU


在路由器中,CPU负责交换路由信息、路由表查找以及转发数据包,CPU的强弱直接影响路由器的路由查表时间和收敛时间。

目前路由芯片的四大厂:Broadcom(博通)、Qualcomm(高通,收购了Atheros)、MTK(联发科,并购了Ralink)、Realtek(瑞昱)。



CPU架构主要有三种,如下:参考http://blog.sina.com.cn/s/blog_5fa3ea190102xgps.html

  • mips:MIPS在32位和64位嵌入式领域中历史悠久,目前使用最为广泛;但在Android的采用率却是三者中最低。
    MIPS架构(MIPS architecture,为Microprocessor without interlocked piped stages architecture的缩写,亦为Millions of Instructions Per Second的相关语),是一种采取精简指令集(RISC)的处理器架构,最早的MIPS架构是32位,最新的版本已经变成64位,不过路由中使用的大部分是32位的。



    单核:
    MIPS32® 24KE™系列(入门级):目前市面上绝大多数的路由采用的都是这个级别的U(一般300元以内),四大厂同级别U性能基本没区别,如360 P0/P1(RTL8196D 8192ER)、H3C 魔术家B1(RTL8197DL 8812AR 8192ER)、360 P(MT7628AN MT7612E)、新极1S(MT7628NN)、小米mini/小米路由3/newifi mini/倒贴钱的斐讯K1/K2……(MT7620AN)、极路由2/优酷L1/L1C(MT7620A)、乐视路由(QCA9531)、TP及其马甲厂。
    MIPS32® 74KE™系列(企业级):目前只有高通、博通有此级别芯片方案,MTK、螃蟹路由方面暂无。(采用这个级别的机器价位从几百上千都有,需擦亮眼镜慎重选购,尤其是某些厂价位各种虚高)。如360 C301(AR9344 AR9882)、必虎/必虎plus(AR9344/AR9341)、华硕ac66u/网件R6300/linksysEA6500/腾达W568R(BCM4706)、TP及其马甲厂。



    双核:
    MIPS32® 74KE™系列(企业级):这个比较少,如腾达AC9(BCM47189)
    MIPS32® 1004KE™系列(多线程多处理):目前已上市量产的只有MTK的7621,高通、博通等基本已转战ARM架构。(目前基本为独家生意,非活动价位普遍在300左右,如newifi D1/迅雷下载宝/优酷L2/极路由4(MT7621AT)






    • 早期U命名为R4000、R5000等,后来用K代表1000,所以数字越大,其性能也是越高的。

    • 24KE核心系列采用高性能24K™微架构,有效地增加了DSP功能,同时极大地降低了整体SoC的die面积及功耗。

    • C表示只是一个核心Core,不带任何协处理器,即标准版。

    • F则表示high-performance Floating Point Unit高性能浮点单元,即传说中的高配版。

  • arm: ARM基础性能要比MIPS高,目前多被应用在一线厂商的旗舰路由中;在Android被广泛使用,无处不在,目前ARM架构的路普遍为各厂商的代表之作,普遍支持MU-MIMO、256QAM等黑科技,价格当然也是比较烫手。

  • Intel(x86):常见于服务器等核心设备或者一些某宝贩售的软路由之中;至于移动市场,Intel目前已宣布放弃了。

数据存储方式:

  • 大端模式:数据的高字节储存在内存的低地址,典型的CPU架构为:MIPS、SPARC、PowerPC。

  • 小端模式:数据的高字节储存在内存的高地址,典型的CPU架构为:ARM、x86。

以Ralink RT5350简介路由器内部结构:参考https://blog.csdn.net/lijiuyangzilsc/article/details/45642873?locationNum=12&fps=1

RT5350是Ralink公司2010年左右推出的一款单芯片IEEE 802.11n 1×1 MIMO WLAN SoC,内部集成了基带处理器,射频,射频功率放大器,一颗高性能的MIPS 24Kc CPU内核(最高主频360MHz),一个五端口百兆以太网交换机。

基于Ralink RT5350,仅需要很少的外围器件就可以实现低成本2.4GHz 802.11n无线产品。RT5350引入了Ralink的第二代802.11n无线技术,可以提供更大的覆盖范围和更高的无线吞吐量。



RT5350内部功能框图,如下:




  • 集成MIPS 24Kc 360MHz处理器

  • 支持16-bit SDRAM,最高64MB

  • 具有USB 2.0 Host/Device接口

  • 集成五端口百兆以太网交换机

  • 具有GPIO,SPI,I2C,I2S,PCM,UART及JTAG接口

  • 集成2.4GHz 1×1 射频单元

  • 集成802.11n 1×1 MAC/基带处理器

  • 集成PA/LNA

  • 150Mbps无线数据带宽

  • 支持20/40MHz模拟频宽

  • 兼容IEEE 802.11 b/g标准

  • 支持Block ACK

  • 支持Wi-Fi + 蓝牙 Combo设计

  • 支持多SSID

  • WEP64/128,WPA,WPA2,WAPI硬件加密引擎

  • 支持QoS

参考:

  • RAM与SDRAM

  • UART

  • I2C

  • I2S

  • SPI

  • PCM

  • GPIO

RAM


路由器固件解析

路由器固件提取

路由器硬件调试

嵌入式系统结构

嵌入式领域暗号


引脚:又叫管脚,英文叫Pin。就是从集成电路(芯片)内部电路引出与外围电路的接线,所有的引脚就构成了这块芯片的接口。

GPIO:(General-purpose input / output),通用型之输入输出的简称,其接脚可以供使用者由程控自由使用,PIN脚依现实考量可作为通用输入(*GPI*)或通用输出(*GPO*)或通用输入与输出(*GPIO*)。对于输入,一定可以通过读取某个寄存器来确定引脚电位的高低;对于输出,一定可以通过写入某个寄存器来让这个引脚输出高电位或者低电位;对于其他特殊功能,则有另外的寄存器来控制它们。

串口:串行接口简称串口,也称串行通信接口或串行通讯接口,通常指COM接口,是采用串行通信方式的扩展接口。串口传输数据只要有接收数据针脚和发送针脚就能实现:同一个串口的接收脚和发送脚直接用线相连,两个串口相连或一个串口和多个串口相连。进行串行传输的接口,它一次只能传输1Bit。串行端口可以用于连接外置调制解调器、路由器和交换机,主要用来配置它们。

Sensor:传感器是一种检测装置,能感受到被测量的信息,并能将感受到的信息,按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出,以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。

FPGA:现场可编程逻辑门阵列(Field Programmable Gate Array),是在PAL、GAL等可编程器件的基础上进一步发展的产物,解决了定制电路的不足,又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。

PLC:可编程逻辑控制器,一种具有微处理器的用于自动化控制的数字运算控制器,可以将控制指令随时载入内存进行储存与执行。

CPLD:复杂可编程逻辑器件,从PAL和GAL器件发展出来,是一种用户根据各自需要而自行构造逻辑功能的数字集成电路。

ADC:模数转换器,是指将连续变化的模拟信号转换为离散的数字信号的器件。

PWM:脉冲宽度调制,根据相应载荷的变化来调制晶体管基极或[MOS管](https://baike.baidu.com/item/MOS管/8703611)栅极的偏置,来实现晶体管或MOS管导通时间的改变,从而实现开关稳压电源输出的改变。

Flash:闪存,作为单片机的程序存储器,目前各类 DDR 、 SDRAM 或者 RDRAM 都属于挥发性内存,只要停止电流供应内存中的数据便无法保持,因此每次电脑开机都需要把数据重新载入内存;闪存在没有电流供应的条件下也能够长久地保持数据,其存储特性相当于硬盘,这项特性正是闪存得以成为各类便携型数字设备的存储介质的基础。

PCS、PMA:PCS是高速串行收发器中的物理编码子层,位于协调子层(通过GMII)和物理介质接入层(PMA)子层之间,PCS子层完成将经过完善定义的以太网MAC功能映射到现存的编码和物理层信号系统的功能上去。PMA是物理媒介适配层,PMA子层中集成了SERDES,发送和接收缓冲,时钟发生器及时钟恢复电路。

SOC:SoC称为系统级芯片,也有称片上系统,意指它是一个产品,是一个有专用目标的集成电路,其中包含完整系统并有嵌入软件的全部内容。同时它又是一种技术,用以实现从确定系统功能开始,到软/硬件划分,并完成设计的整个过程。

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