硬件/固件接口设计—提高嵌入式系统开发效率的最佳实践

.1.6.2 优秀示例的案例研究 13
1.7 小结 14
1.8 参考文献 14
第2章 原则 15
2.1 硬件/固件接口设计的七项
原则 15
2.1.1 协同设计 15
2.1.2 确定并遵循标准 17
2.1.3 均衡负载 18
2.1.4 设计要考虑兼容性 20
2.1.5 预测影响 20
2.1.6 设计要考虑意外 21
2.1.7 事先计划 23
2.2 小结 23
第3章 合作 25
3.1 第一步 25
3.1.1 角色 25
3.1.2 启动会议 27
3.2 正式合作 28
3.2.1 例会 28
3.2.2 初期的固件支持 29
3.2.3 联合开发技巧 30
3.2.4 后期的硬件支持 32
3.2.5 文档 33
3.3 非正式合作 34
3.3.1 正式的组织结构 35
3.3.2 硬件工程师的主动性 35
3.3.3 固件工程师的主动性 36
3.3.4 合作解决问题 37
3.4 小结 38
3.5 参考文献 38
第4章 计划 39
4.1 行业标准 39
4.1.1 既有标准 39
4.1.2 实现标准 40
4.1.3 标准的扩展与创建 42
4.2 通用版本 43
4.3 兼容性 44
4.3.1 向后及向前兼容的范围 44
4.3.2 新旧版本的组合 45
4.4 缺陷 46
4.4.1 归档缺陷 46
4.4.2 修复缺陷 47
4.4.3 查找缺陷的测试计划 49
4.5 分析 49
4.5.1 共用引脚 49
4.5.2 缓冲区管理 50
4.5.3 硬件/固件交互 51
4.5.4 分析第三方的ip 52
4.6 事后检查 53
4.7 小结 53
第5章 文档 55
5.1 类型 55
5.1.1 文档的级别和类型 56
5.1.2 芯片级文档与组件级文档 56
5.1.3 支持与不支持文档 58
5.2 文档管理 60
5.2.1 文档标准 60
5.2.2 何时编写文档 60
5.2.3 准确性 61
5.3 审阅 62
5.3.1 何时审阅 62
5.3.2 跟踪文档变化 63
5.3.3 固件工程师应承担的
审阅责任 64
5.4 内容 65
5.4.1 大体内容 65
5.4.2 模板文档示例 66
5.4.3 历史 66
5.4.4 功能与假设 68
5.4.5 参考和教程 69
5.4.6 术语表和勘误表 70
5.5 寄存器 71
5.5.1 寄存器文档 71
5.5.2 寄存器设计工具 72
5.5.3 寄存器表 75
5.5.4 寄存器的细节和描述 75
5.6 数据位 77
5.6.1 寄存器映射格式 77
5.6.2 数据位的位置、
类型及默认值 78
5.6.3 数据位的描述 80
5.6.4 中止的影响 80
5.6.5 测试及调试数据位 81
5.7 中断 81
5.7.1 边沿触发型中断和电平触
发型中断 81
5.7.2 中断的使能与应答 82
5.7.3 中断尚未完全完成 83
5.7.4 无介入的重复中断 83
5.8 时间 84
5.8.1 时间范围 84
5.8.2 时间单位 85
5.9 错误 86
5.9.1 两种类型的错误 87
5.9.2 有关错误的丰富信息 87
5.9.3 发生错误后组件的状态 88
5.9.4 固件恢复的步骤 89
5.10 信息 89
5.10.1 非法配置 89
5.10.2 状态机 90
5.10.3 如何中止 90
5.11 小结 91
第6章 超级组件 93
6.1 超级组件的优点 93
6.1.1 组件的附属资源 94
6.1.2 包含未使用逻辑的理由 94
6.1.3 反对包含未使用逻辑的
理由 97
6.2 联合 99
6.2.1 设计超级组件 99
6.2.2 制作超级模块 100
6.2.3 改进设计 101
6.2.4 添加未来的功能 102
6.2.5 超级组件的版本号 103
6.3 i/o信号 103
6.4 参数化 105
6.4.1 减少硅片空间 105
6.4.2 参数化风险的最小化 106
6.4.3 固件的参数化信息 107
6.4.4 可选的与固定的寄存器及
数据位 109
6.5 小结 110
6.6 参考文献 111
第7章 设计 113
7.1 事件通知 113
7.1.1 无指示 114
7.1.2 延时 114
7.1.3 状态位 116
7.1.4 中断 118
7.2 性能 120
7.2.1 增大缓冲区 120
7.2.2 提前工作 121
7.2.3 调整 122
7.2.4 裕度 122
7.3 上电 122
7.3.1 上电时的交互 122
7.3.2 i/o线路的上电状态 123
7.3.3 组件级的电源控制 124
7.4 通信与控制 124
7.4.1 错误信息 124
7.4.2 dma功能 125
7.4.3 i/o引脚共享 126
7.4.4 隐藏实现细节 127
7.5 小结 128
第8章 寄存器 131
8.1 寻址 132
8.1.1 处理器访问 132
8.1.2 芯片的基址 134
8.1.3 组件的偏移量和基址 135
8.1.4 寄存器的偏移量 137
8.1.5 子组件 137
8.1.6 迸发 138
8.1.7 未使用的地址单元 138
8.1.8 下一代芯片的变化 139
8.2 位分配 141
8.2.1 分配数据位的位置 141
8.2.2 多位字段 142
8.2.3 多寄存器字段 144
8.2.4 未使用的数据位单元 145
8.2.5 下一版本的变化 146
8.2.6 数据位类型 148
8.2.7 寄存器中的数据位类型 151
8.2.8 根据操作模式编组 152
8.2.9 组件的多次例化 153
8.3 数据类型 154
8.3.1 整数 154
8.3.2 实数 156
8.3.3 指针 159
8.3.4 常数 160
8.4 硬件标识 161
8.4.1 芯片id和版本 161
8.4.2 组件id和版本 162
8.5 通信与控制 163
8.5.1 必要的信息 163
8.5.2 组件中的排队任务 164
8.5.3 一致的寄存器内容 167
8.5.4 访问原子寄存器 168
8.6 小结 172
第9章 中断 173
9.1 设计 173
9.1.1 中断超级模块 174
9.1.2 分级的中断结构 176
9.1.3 中断共享 177
9.1.4 中断源信号的完整性 178
9.1.5 中断触发的类型 179
9.2 待决寄存器 183
9.2.1 应答中断 183
9.2.2 中断位置的次序 185
9.3 使能寄存器 186
9.3.1 1使能中断 187
9.3.2 使能控制中断 187
9.3.3 使能的默认设置 188
9.4 可选的寄存器 188
9.4.1 中断源状态寄存器 189
9.4.2 抢占寄存器 190
9.4.3 原子使能寄存器/原子关闭
寄存器 190
9.4.4 屏蔽寄存器 190
9.4.5 例化寄存器 191
9.4.6 可选寄存器的地址 191
9.5 中断模块回顾 192
9.5.1 中断通道 193
9.5.2 中断模块 195
9.5.3 外部连接 196
9.6 双边沿触发 196
9.6.1 利用两个中断通道 197
9.6.2 头边沿和尾边沿中断的
通道位置 198
9.7 使用中断模块 200
9.7.1 何时分配中断通道 200
9.7.2 重复中断 201
9.7.3 地址映射 201
9.8 小结 202
第10章 中止等 205
10.1 定义 205
10.2 停止 206
10.3 复位 207
10.4 中止 208
10.4.1 中止的必要性 208
10.4.2 固件与中止的交互 210
10.4.3 中止的行为 212
10.4.4 中止组件间的交互 213
10.5 小结 214
第11章 钩子 217
11.1 针对钩子的设计 218
11.1.1 增加哪些钩子 218
11.1.2 增加寄存器 219
11.1.3 查找潜在问题区域 219
11.1.4 删除变通措施 220
11.2 查看 220
11.2.1 内部寄存器 220
11.2.2 信号 221
11.2.3 存储器 222
11.2.4 状态机 223
11.3 打探 225
11.3.1 破坏性的读写 225
11.3.2 输入和输出信号 226
11.3.3 重写寄存器 226
11.4 监视 227
11.4.1 事件跟踪 227
11.4.2 定时器 228
11.4.3 数据观察 229
11.5 其他钩子 229
11.5.1 旁路 230
11.5.2 测试和调试所需的
附加资源 231
11.5.3 专用处理器 233
11.6 小结 233
第12章 结束语 235
12.1 要点 235
12.2 受益 235
12.3 硬件/固件接口设计的七项
原则 236
12.4 产品终于可以运转了！
开始发货吧！ 236
附录a 最佳实践 239
附录b 电动车控制器的规范 251
附录c 将本书作为大学教材 265
附录d 术语表 271

.　　附录A：该附录将本书中所有的最佳实践汇聚于此。
　　附录B：该附录解释和说明第5章涉及的文档模板。
　　附录C：对于必须共同完成某项目的硬件和固件工程的学生该附录就如何将本书中的知识传达给他们提供了一些建议。
　　附录D：由于本书涉及两个不同的工程学科：硬件工程和固件工程，因此本附录涵盖了其中一个领域不为另一个领域所理解的术语。
　　本书约定
　　本书正文中的大部分内容是在讨论概念，散布其中的则是下列一个或多个元素：图、程序清单、寄存器映射、最佳实践和实战故事。
　　图
　　图0-1是一个例图。
　　
　　图0-1 例图
　　固件程序清单
　　程序清单0-1是固件的C语言源代码的示例。
　　程序清单0-1 C语言代码示例
　　/* Read the current list of pending interrupts */
　　interrupts = *interruptRegister;
　　硬件电路
　　本书中列出了一些硬件电路，并给出了原理图及其等价的Verilog代码。图0-2是原理图，程序清单0-2是示例电路对应的Verilog代码。
　　
　　图0-2 示例电路的原理图
　　程序清单0-2 示例电路的Verilog代码
　　// A simple AND gate.
　　assign c = a & b;
　　寄存器映射
　　本书采用图解形式讨论寄存器、如何将各种数据位映射到寄存器中以及运行模式和这些数据位的复位值。有关该格式的详细解释参见第5章。
　　表0-1 寄存器表格示例
　　 MSB 常用寄存器—0x0004 LSB
　　位 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
　　R/W - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - C B A
　　复位 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
　　
　　A：本数据位的第一种含义。
　　B：本数据位的第二种含义。
　　C：本数据位的第三种含义。
　　最佳实践
　　本书包含了与所讲授概念相关的300多个最佳实践。除了在全书中展示这些最佳实践外，还将它们统一收集在附录A中，从而提供了一个简明的检查表，可在芯片项目的设计期间使用。此外，还可以在出版社网站(elsevierdirect.com/companions)及作者的网站(garystringham.com/hwfwbook)下载到以电子表格形式给出的这些最佳实践。
　　在本书正文、附录A及电子表格中的每个最佳实践都有一个形式为X.Y.Z的ID编号。
　　最佳实践
　　1.1.1 硬件/固件接口设计的最佳实践。
　　与本书一样，Excel电子表格数据库也是有版权的材料。购买本书的读者有权(并且鼓励这么做)以这个数据库作为起点并将其修改成适合自己设计小组需要的形式，但是要遵守一些约定。有关该数据库及版权使用许可的细节内容请参见附录A。
　　最佳实践
　　1.1.2 Copyright ? 2009，Gary Stringham & Associates LLC.保留所有权利。不要将此分发到您所在的设计小组以外。
　　实战故事
　　散布在全书中的这些内容都是真实的故事，它们将有助于展示所在主题的影响。这些故事都来自于进行设计和解决问题的一线工程师(大部分是我自己)。下面就是这种故事的示例(并非真实发生的故事)。
　　实战故事
　　我记得从一位朋友的朋友那里听过一个故事，他听一位工程师说有一位经理告诉她的下属……
　　合作站点
　　从本书的合作站点elsevierdirect.com/companions/9781856176057上能找到包含了300多个最佳实践的电子表格数据库的链接，第5章讨论的文档模板，以及其他相关的内容。请访问我的网站garystringham.com/hwfwbook以获得相同的工具和我在这个领域的工作有关的链接，以及如何与我直接联系的细节信息。
　　联系作者
　　如果您有任何有关本书或有关硬件/固件接口设计方面的问题，请随时通过gary@garystringham.com联系我。
　　致谢
　　我要感谢Jack Meador和Mike Merrell，这两位硬件工程师在我从事项目工作时忍受了我不断提出的疑问、问题和请求，这个工程也促使我写成本书。他们在各自的硬件领域内提供了有价值的看法和帮助。他们及其公司以及其他公司的硬件工程师和固件工程师，提供了大量可用于很多最佳实践的材料，以及本书中的实战故事的材料。
　　我还要感谢我的直接经理Warren Johnson和Tracy Sauerwein以及他们的上级经理Sandy Lieske和Von Hansen。本书的最终出版离不开他们无私的支持，是他们伴随我从生疏到熟练的成长过程，使我受益良多。
　　在我的科技文写作教练Joel Saks的耐心指导下，我糟糕的写作水平提高了很多。他具有用只言片语就超越我所及的能力。此外，他还对我提出的概念进行了严格分析，并促使我进行清楚而准确的表达，从而使我在表达时能够证明对我自己而言是显而易见的那些概念是合理的。
　　我还要感谢John Blyler、Clive “Max” Maxfiled、Jack Meador、Mike Merrell、Joel Saks以及其他三位人士(他们希望保持匿名)审阅本书的全文或部分内容。他们的建议都极具价值，促使本书愈加完善。感谢Mike Merrell帮助完成Verilog代码，感谢Kevin Falk绘制了汽车插图。还要感谢5年来向我提出建议并给予热情鼓励的很多朋友，是他们的鼓励促使我完成本书的撰写。
　　最重要的，我要感谢我的妻子和孩子们 ，感谢他们的宽容和长期忍受我花费许多夜晚及周末的时间来撰写本书，却从未修理房子、带孩子参加活动或者和全家旅游。