嵌入式系統開發7: 閱讀 Datasheet

閱讀數據表(Datasheet)

在產品開發的過程中，面對發佈壓力，往往會讓我們無法慢下來仔細閱讀元件的數據表、手冊以及應用說明。更糟糕的是，儘管我們可能已經翻遍了這些文件，卻發現什麼也沒記住，因為這些文件中的專業術語對我們來說就像外語一樣陌生。而當我們的程式無法運作時，便會忍不住抱怨硬體出了問題。

對於軟體工程師來說，可以將每個芯片視作一個單獨的軟體庫。例如，你需要花費多少時間來學習一個軟體庫（如 Qt、OpenCV、Zephyr、Unity 或 TensorFlow）？同樣的時間大約也是你熟悉處理器及其外設所需要的時間。處理器甚至有類似 API 的方法來與外設進行通信。和軟體庫一樣，你通常只需閱讀文檔的一部分便能開始工作，但最好的做法是先知道哪些部分最重要，避免無意中陷入不必要的細節中。

數據表就像是外設的 API 手冊。確保你擁有最新版本的數據表（可以檢查製造商的網站或進行在線搜尋）。接下來，我將告訴你該重點閱讀哪些部分，又有哪些部分可以等到需要時再看。

硬體元件數據表的基本概念

硬體元件由其數據表來描述，而數據表常常充滿了密集的信息，令人望而卻步。閱讀數據表是一門藝術，這需要經驗和耐心。首先要了解的是，數據表並不是為你而寫的，而是為電氣工程師寫的，更確切地說，是為那些已經熟悉這個元件或類似元件的電氣工程師準備的。

某種程度上，閱讀數據表就像進入了一場技術對話的中途。比方說，如果你已經熟悉了三到四個加速計或類似的元件，那麼當你面對下一個元件時，便可以只讀其概述部分，迅速了解這個元件和你以往的經驗有何不同。但如果你是個新手，數據表可能就顯得過於簡略了，並且往往假設讀者已經有一定的背景知識。

因此，在閱讀數據表時，概述部分可以跳過（或者至少稍後再看）。相較於概述，描述部分更值得關注。它通常占據數據表的前幾頁，密集而精煉，是理解這個元件的關鍵部分。你應該詳細閱讀這段描述，甚至可以大聲讀出來，畫出重要信息，或者試著向別人解釋這些內容。

數據表中需要注意的部分

閱讀數據表時，應注意哪些部分可以忽略，而哪些部分則是關鍵。以下幾個部分通常在第一遍閱讀時可以跳過，但當出現問題時，它們可能會提供解決方案：

• 引腳分佈圖：當你進行故障排除時，如果需要探測芯片的某些引腳，這部分資料就變得至關重要。引腳分佈圖提供了每個引腳的功能和狀態，特別是那些使用 NAME 或加有修飾符的引腳，可能表示低電平有效信號。
• 性能特徵：這些表格和圖表詳細描述了元件的性能特徵。在第一次閱讀時，這些信息可能顯得過於細節化，但當你遇到元件無法正常運作時，這些數據可以幫助你確認是否存在溫度或電壓問題。
• 樣本電路圖：這些樣本電路圖可以與驅動代碼類比，當元件出現問題時，檢查樣本電路圖是否與你的實際電路相匹配，這有助於發現潛在的設計問題。

實例分析

例如，假設你在使用一個新型加速計，但發現它在某些情況下數據讀取不穩定。你可以查看數據表中的性能特徵部分，可能會發現該加速計的精度在一定電壓範圍之外會下降，這可能是問題的根源。同樣，當你遇到引腳信號異常時，查閱引腳分佈圖可以幫助你確認信號的高低電平是否符合預期，從而進一步進行排查。

總的來說，閱讀數據表並不是一件簡單的事情，它需要耐心和對細節的關注。但是，掌握這項技能對於解決硬件與軟件之間的問題是至關重要的，這將幫助你在開發過程中更快地找到解決方案並提升產品質量。

適用於軟體開發者的數據表部分

最終，在數據表的中途，你會遇到一些文本，標題可能是「應用資訊」或「操作原理」。或者，數據表可能會從表格和圖表轉換為文本和示意圖。這部分就是你需要開始詳細閱讀的地方。雖然可以先略讀以找出你所需要的資訊位置，但最後還是要從頭到尾細讀這部分。作為額外的好處，這裡的文本可能會連結到一些有價值的應用說明和用戶手冊。

閱讀這部分數據表時，應該思考如何在你的系統中實現這個元件的驅動。它如何通信？如何初始化？你的軟體需要做什麼才能有效使用該元件？是否有嚴格的時間要求？你的處理器能夠處理這些要求嗎？

分析數據表對程式碼的影響

在閱讀數據表的過程中，標記可能會影響程式碼的部分，這樣你可以稍後回到這些部分進行深入研究。時間圖是很好的停頓點，讓你可以喘口氣並消化信息。時間圖可以幫助你將文本與預期實現結合起來。例如，這些圖表會顯示信號的變化順序及其時間間隔，這對於處理和協調硬體與軟體之間的通信至關重要。

此外，確保你擁有該元件的最新數據表，並檢查製造商的網站是否有 errata（勘誤表），這會提供數據表中的錯誤更正。勘誤表可能針對數據表中的錯誤或元件本身的缺陷。大多數元件都會有某種類型的勘誤，這些錯誤有時候會直接影響你對驅動的實現。

開發驅動的過程

當你完成數據表的閱讀並開始編寫驅動時，通常會發現需要反覆回顧數據表的某些部分。最常見的流程是先實現與芯片的接口，再進一步開發通信方法，最後實際使用芯片。在這個過程中，你可能需要重新閱讀數據表，以便更好地理解芯片的特性及其在不同情況下的行為。

這是一個需要耐心的過程，像烏龜和兔子賽跑一樣，耐心細讀才能更好地掌握這些資訊。一旦驅動程式完成並且運行正常，你可以再回到數據表的頂部閱讀功能摘要，因為此時你已經熟悉了該類型的元件，對摘要部分的理解也會更深。

即使如此，在處理類似的元件時，你仍然需要重新閱讀數據表的某些部分。不過，經驗的積累會讓你更快速地掌握關鍵資訊，並且你會發現數據表首頁的摘要提供了更多的幫助。

其他資源

在處理外設時，還有其他資源可以幫助你更好地使用元件：

• 如果芯片有用戶手冊，一定要查看它。
• 應用說明 通常會提供具體的使用案例，這些案例往往伴隨有廠商提供的示例程式碼。還可以搜尋廠商的代碼庫。
• 可以在 GitHub 或網絡上搜尋該元件的相關信息。其他開發者的示例程式碼可以為你提供參考，展示應該如何正確使用該元件。

在深入研究之前，先環顧四周，答案可能就在你還未發現的地方。例如，你在使用某款晶片時遇到的問題，可能其他開發者也遇到過，他們的經驗與解決方案將大大減少你的探索時間。