调试嵌入式系统设计中的低速串行总线

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引言

        今天，嵌入式系统几乎遍布在人类社会的每个角落。嵌入式系统可以简单定义为属于大型系统或机器一部分的一种专用计算机系统，其目的是为该系统或机器提供监测和控制服务。典型的嵌入式系统在开机时会开始运行某些专用应用，直到关闭时才会停止。当前设计和生产的几乎每个电子设备都是嵌入式系统。嵌入式系统实例包括：

   

• 电子闹表   
  
• 自动柜员机   
  
• 移动电话   
  
• 计算机打印机   
  
• 防抱死刹车控制器   
  
• 微波炉   
  
• 导弹使用的惯性引导系统   
  
• DVD 播放机   
  
• 个人数字助理 (PDA)   
  
• 工业自动化和监测使用的可编程逻辑控制器 (PLC)   
  
• 便携式音乐播放机   
  
• 可能还包括烤面包机...
  

        嵌入式系统可能包含许多不同类型的设备，包括微处理器、微控制器、DSP、RAM、EPROM、FPGA、模数转换器、数模转换器和I/O。这些设备在传统上一直使用宽并行总线相互通信及与外部世界通信。然而今天，嵌入式系统设计中使用的越来越多的构件将用串行总线代替宽并行总线，原因如下：

   

• 减少了要布线的信号数量，降低了要求的电路板空间   
  
• 降低了成本   
  
• 降低了功率要求   
  
• 减少了封装上的针脚数量   
  
• 嵌入式时钟   
  
• 差分信令，改善抗噪声能力   
  
• 采用标准串行接口的器件大量供应
  

        尽管串行总线提供了大量的优势，但它们也给嵌入式系统设计人员带来了某些重大挑战，因为它以串行方式传送信息，而不是以并行方式传送信息。本应用指南讨论了嵌入式系统设计人员的常用挑战，及怎样使用泰克新推出的DPO4000系列示波器中提供的功能迎接这些挑战。

并行与串行比较

        在并行结构中，总线的每个组件都有自己的信号路径。可能有16 条地址线、16 条数据线、一条时钟线和各种其它控制信号。通过总线发送的地址或数据值会通过所有并行线路同时传送。因此，使用大多数示波器和逻辑分析仪中的状态触发或码型触发功能触发感兴趣的事件相对简便。同时，可以简便地一目了然地了解在示波器或逻辑分析仪显示屏上捕获的数据。例如，在图1 中，我们使用逻辑分析仪从微控制器中采集时钟线、地址线、数据线和控制线。通过使用状态触发，我们隔离了我们查找的总线。为“解码”总线上发生的情况，我们需要查看每条地址线、数据线和控制线的逻辑状态。

        在串行总线中，所有这些信息都必须以串行方式在相同的少数导线 (有时是一条) 上发送。这意味着一个信号可能包括地址信息、控制信息、数据信息和时钟信息。例如，看一下图2 中所示的控制器区域网 (CAN) 串行信号。

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