【FirePrime试用体验】基础篇（2）板载资源 （电路简析）

    序本来为了完整性，在【FirePrime试用体验】基础篇（3）开发环境（编译内核) 前占位，已经写了这个题目，并打算星期天补全，结果今天发现找不到链接，不知何故，故有了这篇帖子。

    FirePrime采用Cortex-A7架构四核1.3GHz处理器，集成Mali-400MP2 GPU，拥有优秀的运算与图形处理能力；板载千兆以太网口、2.4GHz Wi-Fi和蓝牙4.0，展现出不俗的网络扩展和传输性能；同时可支持Android 5.1与Ubuntu 15.04双系统，并拥有丰富的硬件资源与扩展接口，所以它是一台扩展性特强的卡片电脑。下面简要分析一下FirePrime的电路原理图，方便后续开发利用。

    从原理图得知，FirePrime开发板大体分为如下几个模块：DC_IN/IR、USB Port、TF card/RTC、10/100/1000M-PHY、AUDIO/CVBS、WIFI/BT-AP6XXX、HDMI OUT、SPDIF/KEY、Connector1、.Connector2，下面逐一简析：

1 DC_IN/IR

    DC电源电路由4部分组成：电源输入端及保护电路；生成控制信号电路；生成核心板供电电路和生成板载模块电路。下图为电源输入及保护电路，5V/3A的电压由J2输入，通过各种保护电路，最后转换成DC_5V的电压，其中ESD5451R为一个双向TVS二极管，防止瞬间大电流的影响，而ZEN056是一个齐纳二极管，保护电路因电压瞬变,使用不正确的电源和反向偏压等造成电压不稳定，MSMD300是一个最大请允许8V/3A的自恢复保险丝，即由它们大体组成了一个稳定的、可容许5V/3A的稳定电压。而下面由ME082/CE8808C33等组成的应该是一个电压检测器，保证系统工作在一定的电压范围内，即可让系统运行在低功耗上。

    下图主要由核心板（带数字的引脚）来形成两个电源的反馈控制信号Power_on和Pwr_EN。

    下图是由上面生成的DC_5V再经过MSMD300自恢复保险丝或由USB接口VBUS0控制生成生成各外设的5V电压，最后经5V和上面生成的PWR_EN共同控制生成核心板上的PK818_5V_IN电压。

    下图由3部分组成，一部分由TT8112-33将5V电压转变成3.3V电压，一部分是由JL8506控制系统的开机和关机，即CPU_DET是用来告诉单片机系统状态：高--开机，低--关机，最后为一个I2C总线的AT24C02存储芯片。

    最后为IR红外模块电路

    总之：FirePrime的电源部分非常重要，记得在学习Beaglebone时，其电源也非常复杂，可能一方面是由于板载资源多的原因，另一方面是由于功耗的问题，尽量实现低功耗。另外，系统可由外部5V/3A的电源供电，也可由USB接口供电。

2.USB Port

    为了加强电压电流管理，PrimePrime首先为USB设计了电源管理模块，如下图所示，在VCC_IO和VCC_SYS的作用下，经过芯片DT6104（电源管理芯片，具体不详），生成VCC_5V的电压，然后分别通过限流开关芯片SY6280将其转换成5V/1A的电压，供USB接口使用。其中，SY6280是一块低能耗配电开关，它可以通过编程限制电流大小，用以防止过载或短路状况时电流过大对电源系统造成损坏。

    核心板引出了主控芯片RK3128的一个USB Host接口和一个USB OTG接口，其中USB Host接口又通过芯片FE1.0将其转换成4个USB Host的接口，具体转换电路如下，

    下面是USB的5个接口电路，其中分别使用了一线双向ESD5451R TVS二级管、二线双向ESD5302F TVS二极管、共模扼流器SDCW2012-2-900等组成保护电路，来提高接口的可靠性。

3.TF card/RTC

    SD卡电路，主要是由核心板引出的引脚分别加了限流电阻和保护ESD5471x TVS二极管外加TF卡接口组成，如下图所示，值得注意的是，TF卡与UART2存在共用引脚，故它们不能同时使用。

    下图为实时时钟电路，它由芯片HYM8563(与原理图的TT8563相似）控制，电路图如下所示，通过I2C总线与核心板相连。

4.10/100/1000M-PHY

    网络接口RJ45部分，同样设计了SG24301G TVS二极管保护电路，如下图所示，其中还通过以太网变压器-SG24301来增加系统的可靠性。

5.AUDIO/CVBS

    AUDIO代表音频信号，而CVBS（复合视频广播信号）英文全称（Composite Video Broadcast Signal），它是一个模拟电视节目（图片）信号在与声音信号结合，并调制到射频载波之前的一种产生类似播放输出的播放格式。通常CVBS也叫做RCA视 频，它是电视标准委员会（NTSC）电视信号的传统图像数据传输方法，它以模拟波形来传输数据。复合视频包含色差（色调和饱和度）和亮度（光亮）信息，并 将它们同步在消隐脉冲中，用同一信号传输。这使产生的信号大约有6MHz宽。一些闭路电视系统使用同轴电缆近距离传输复合视频，一些DVD播放器和视频磁 带录像机（VCR）通过拾音插座提供复合视频输入和输出，这个插座也叫做RCA连接器。特别是在信号微弱的时候。这就是为何远距离的使用VHF或UHF的 NTFS电视台用老旧的鞭形天线，“兔子耳朵”，或室外的“空中”它都将发挥到不错的效果。CVBS是一种比较老的显示方式，更准确的说是第一代视频显示输出方式（第二代是S-VIDEO，第三代是VGA，第四代是DVI,第五代是HDMI）。

    首先通过驱动芯片TPF632/DRV632PW/Dio2112H生成视频信号：LOUT和ROUT，以上3种驱动芯片功能相同，接口相似，故都可以使用，不过FirePrime使用的是DRV632PW驱动芯片。

    然后再由VDAC_OUTP->CVBS_OUT和ROUTLOUT的作用下，生成CVBS接口信号。

    另外，MICIN-P->HP_MIC和LOUT/ROUT生成PHONE接口，由LINE_UN和LINE_RN生成由MICN_P和MICN_N生成MIC接口。

6.HDMI OUT

    如上面提到的，HDMI是高清晰度多媒体接口（High Definition Multimedia Interface），即同时传送音频和视频信号，最高数据传输速度可为4.5GB/s。但从接口引脚数来分，HDMI的接口又分成A、B、C、D4种类型。其中：

    A类(TypeA)是最常见的，一般平板电视或视频设备，都提供了这种尺寸的接口，TypeA有19针，宽度为13.9毫米、厚度为4.45毫米，现在能看到的设备99%都是这样尺寸的HDMI接口。

    B类(TypeB)非常罕见，有29针，宽度达到21毫米，传输带宽几乎比A类大了一倍，在家庭应用中完全是过于“强悍”，现在只应用于一些专业场合。

    C类(TypeC)是为小型设备而生的，其尺寸为10.42×2.4毫米比TypeA小了将近1/3，应用范围很小。通俗叫法Mini-HDMI，需要专门配线，Mini和普通的是有连接线，一头Mini的一头普通的，不影响品质。管脚定义同TypeD型。

    D类(TypeD)是最新的接口类型，尺寸进一步减小，采用了双排针脚设计，尺寸近似于miniUSB接口，更适用于便携和车载设备。也叫microHDMI。

    在FirePrime中HDMI接口采用常用的A类型，具体如下图所示，其中由核心板引出的引脚经过一些电平转换和保护电路后，直接接到了HDMI引脚上，如SDA和SCL接口接了上拉电阻，使用了四线双向TVS管ESD5304D和一线双向TVS管ESD5451R来保护接口的瞬态电流变化等。

7.SPDIF

    SPDIF，即Sony/Philips Digital Interface Format，是SONY、PHILIPS数字音频接口的简称。就传输方式而言，SPDIF分为输出（SPDIF OUT）和输入（SPDIF IN）两种。目前大多数的声卡芯片都能够支持SPDIF OUT。而FirePrime就是这种，具体如下图所示：

8.WIFI/BT-AP6XXX

    FirePrime采用AP6212芯片来提供WiFi和蓝牙功能，AP6212是一块WiFi+Bluetooth+FM模块的芯片,它提供2.4GHz WiFi，支持802.11 b/g/n协议，和Bluetooth4.0, 支持BLE。

9.KEY/LED

    FirePrime提供了3个控制Key,分别为Recover，Reset和Power, 即升级键、复位键、开机键，具体电路如下图所示：

    两个可控制的Led灯，分别由核心板引出的WORK_LED和Standby_LED控制，如下电路原理图。

    通过以上简析，对FirePrime开发板的整体底板电路图有了一个感性的认识，相对以往接触的嵌入式开发板，FirePrime对电源进行了更加细致的控制和管理，对接口使用了很多TVS保护二极管，可见一是为了提高其低功耗，二是为了增加其可靠性。相信随着逐步的使用、体验，对其认识会更加深入，更加客观。