以苹果6为例讲解逻辑电路 万通学校原创发表 万通内部教学资料分享

逻辑（控制）电路简介

逻辑电路以及逻辑控制电路我们以开机电路及I2C总线控制电路为例进行一下简单的介绍，主要的目的是为本文的论点提供一些理论依据。

以图2 iPhone6代开机电路为例我们对整机逻辑部分电路工作原理做一个简单的梳理。逻辑电路的定义：逻辑电路是指完成逻辑运算的电路。这种电路，一般有若干个输入端和一个 或几个输出端，当输入信号之间满足某一特定逻辑关系时，电路就开通，有输出；否则，电路就关闭，无输出。逻辑电路是一种离散信号的传递和处理，以二进制为原理、实现数字信号逻辑运算和操作的电路。分组合逻辑电路和时序逻辑电路。前者由最基本的“与门”电路、“或门”电路和“非门”电路组成，其输出值仅依赖于其输入变量的当前值，与输入变量的过去值无关—即不具记忆和存储功能；后者也由上述基本逻辑门电路组成，但存在反馈回路—它的输出值不仅依赖于输入变量的当前值，也依赖于输入变量的过去值。由于只分高、低电平，抗干扰力强，精度和保密性佳。广泛应用于计算机、数字控制、通信、自动化和仪表等方面。

手机逻辑电路的定义：以应用处理器（AP）为核心的所有控制电路都可以称之为逻辑电路。其中当以开机电路最具代表性。

如图2所示，6代的充电管理IC U1401是从主电源内独立出来的；开机电路主要的芯片都有U1401充电管理IC、U1202应用电源管理IC、U0201应用处理器、U0604硬盘这几大件。

J2523电池座1脚、7脚是电池的正极，6脚、8脚是电池的负极，2脚、3脚、5脚、4脚是电池信息检测脚；6代没有NTC，在6代NTC是SWI这个总线代替了，它包含了温度、电池电量、电池其它信息检测；一根线SWI搞定一切，这样做在结构上精简了。温度检测的线路会导致不充电、重启等故障，这样做的好处是电池座接口引脚相对较多可以和电池连接排线非常可靠的接触。电池的电压经过1脚、7脚过来送到U1401 A1...等脚，Q1403这个MOS管是可以拿掉的，拿掉后不会影响开机，也不会影响充电。在U1401内部相当于还有一个MOS管，这个MOS管起到的作用是反极性保护，防止电源接反后烧坏主电源。U1401在电池供电时起到反极性保护的作用，并没有充电的作用。Q1403在这里起到的作用是一个分流的作用，主要是防止U1401发热量过大的问题。如果不装U1401只保留Q1403的话也可以开机但会白苹果，因为在开机时CPU要通过I2C总线来检测U1401如果没有这颗芯片CPU检测不到就会出现开机反复重启的问题；U1401在这里的两大核心任务是反极性保护和充电管理。反极性保护是在电池供电的时候，充电管理是在充电的时候。

电池电压从U1401 A1...等脚输入从A2...等脚输出就产生了主供电PP_VCC_MAIN，这路供电给到主电源（应用电源管理IC）Ｕ1202，经过30个脚送入。应用电源管理IC U1202得到主供电后从L6脚产生待机电压PP1V8_ALWAYS，经过R0314给到开机键连接座J0801这个接口的2脚以及U1202 的D20脚做开机用以及 U0201 Y4脚做关机用，和其它电源键唤醒功能。

图2

按下开机按键D20脚由1.8V变成0V触发开机，并产生各路供电：PP_CPU、PP_GPU、PP1V0、PP1V8_SDRAM、PP1V2_SDRAM、PP1V2、PP1V8、PP_VAR_SOC；PP_CPU为核心供电，PP_GPU这路供电开机不产生，GPU是显卡的意思，这路供电是进系统后产生（进入操作界面），如果是开机到白屏果界面这里的电压是0V；不开机的故障测量这路供电为0V是正常的；PP_GPU这路供电的对地阻值只有85左右，这个电压是在进系统的瞬间为0.2-0.3V，进桌面后这个电压瞬间为0.3V-0.5V左右，静态桌面这个电压为0V，看电影或者打游戏的时候电压为0.7V左右；虽然这个供电为0V但是遇到开机重启这种故障时也要重点检查这路供电的对地阻值，绝对不能为0或者短路；否则就会导致机器重启的问题；PP_VAR_SOC这路是片上系统的供电，也是核心供电，这路供电非常关键，没有CPU没法运行。CPU需要8路供电均正常工作后才能达到其基本的工作条件。

CPU得到8路供电以后，由时钟晶体Y0201产生24MHz主时钟信号，时钟信号是程序运行的节拍，没有时钟机器是没有办法开机的。

应用电源管理IC U1202 R4脚输出一个低电平的复位信号，CPU被复位；

应用处理器AP（CPU）被复位后通过三大总线即地址总线、数据总线、控制总线从硬盘读取数据，运行开机程序，当然在此之前硬盘也必须获得PP1V8 1.8V供电，PP3V0_NAND 3V供电、以及PP1V2_NAND_VDDI这路由硬盘自己产生的1.2V供电，这个电压没有也是无法开机。总的供电是8+2路供电才能正常工作，除了PP_GPU这路供电外，其它供电都必须要有。这时候CPU从硬盘读取数据。开机程序正常运行进行开机。

CPU从AK32脚发出一个

维持电压AP_TO_PMU_KEEPACT给到应用电源管理IC的L7脚来维持电源管理IC的长期运行，如果这条线路出问题会导致机器按开机键可以开机但松手就会关机的故障。

应用电源管理IC U1202的F6脚接的R1316这个是参考电流的一个电阻，不能掉，掉了后会引起不开机的故障。以上我们从供电、时钟、复位、软件、维持等几个方面对开机电路做了一个分析。

图3

如图3所示，是6代的I2C总线框架图总共有三对串行总线，分别是：第一对从应用处理器U0201 AM31脚、AM32脚输出经过R0303、R0302这两个上拉电阻分别接到USB控制U1700、AP电源管理IC U1202、屏供电升压IC U1501以及背光升压IC U1502这4颗芯片上面；第二对从应用处理器U0201 Y30脚、Y31脚输出经过R0305、R0304这两个上拉电阻分别接到振动器控制U1400、充电管理IC U1401、扬声器驱动IC U1601以及指纹连接座J2118这4个设备上面；第三对从应用处理器U0201 AH2脚、AH1脚输出经过R0308、R0306这两个上拉电阻接到J1111相机连接座也就是相机这个设备上面；

I2C（Inter－Integrated Circuit）总线是由PHILIPS公司开发的两线式串行总线，用于连接微控制器及其外围设备。是微电子通信控制领域广泛采用的一种总线标准。它是同步通信的一种特殊形式，具有接口线少，控制方式简单，器件封装形式小，通信速率较高等优点。I2C 总线支持任何IC 生产工艺(CMOS、双极型）。通过串行数据（SDA）线和串行时钟（SCL）线在连接到总线的器件间传递信息。每个器件都有一个唯一的地址识别（无论是微控制器——MCU、LCD 驱动器、存储器或键盘接口），而且都可以作为一个发送器或接收器（由器件的功能决定）。LCD 驱动器只能作为接收器，而存储器则既可以接收又可以发送数据。除了发送器和接收器外，器件在执行数据传输时也可以被看作是主机或从机。主机是初始化总线的数据传输并产生允许传输的时钟信号的器件。此时，任何被寻址的器件都被认为是从机。

对各个节点的寻址是软寻址方式，节省了片选线，标准的寻址字节SLAM为7位，可以寻址127个单元。I2C总线有三种数据传输速度：标准，快速模式和高速模式。标准的是100Kbps，快速模式为400Kbps，高速模式支持快至3.4Mbps的速度。所有的与次之传输速度的模式都是兼容的。I2C总线支持7位和10位地址空间设备和在不同电压下运行的设备。以上两段是百度百科对I2C的定义。

常见的I2C总线故障会导致：开机白苹果、开机白苹果反复重启、手机不开机，刷机报错9、4013等；与码片通讯的I2C总线出问题会导致蓝屏、红屏等故障，不同的机器会导致一些不同的故障。正常测量I2C总线两条线路上面的对地阻值时值是一样的。I2C总线在开机后要进行自检，如果自检不过就会导致不开机，要排除由I2C总线导致的不开机的故障我们大多数情况下需要用排除法进行维修。为什么I2C总线会导致开机白苹果、开机白苹果重启，这里简单的说说自检原理。首先看看开机启动的几个阶段，第一个阶段是底层引导阶段，我们按下按键CPU向电源管理芯片发出维持电压AP_TO_PMU_KEEPACT这个时候底层引导阶段结束进入下个阶段；第二个阶段系统引导阶段，这个时候就牵扯到自检的过程。系统坏也会引起白苹果重启，硬盘坏也会引起白苹果重启，再就是和自检相关的元器件坏也会引起白苹果重启。进入系统引导阶段后CPU要对各个芯片进行自检，当然同时要向这些芯片加载系统文件里面的一些驱动程序，很多芯片要工作是要驱动程序的，没驱动程序是不工作的。这个时候CPU会对各个芯片进行逐个的自检，自检的过程我们就认为是CPU向各个芯片问好的过程，“Are you ok！”被自检的芯片都必须要做出回应“OK”，否则CPU就会反复的进行询问，直到这个芯片回应为止。如果长时间不回应就会执行系统重启程序来排除是否是系统导致的问题，这时就会出现开机白苹果反复重启的现象。芯片长时间不回应如果排除系统的问题，那就是线路连接或者是芯片本体损坏导致的。

I2C总线电路就是典型的逻辑控制电路中其中一个典型的应用电路。“逻辑”指的是思维的规律和规则，是对思维过程的抽象。如果在电路中能具备逻辑能力或者说思维能力的当然就属CPU无疑了。在整个CPU（逻辑）控制电路中，应用了大量总线类的控制技术I2C只是其中一种，我们在这里只是列举，其余电路就不再详细进行分析了。

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NAND和NOR flash的区别

NOR和NAND是现在市场上两种主要的非易失闪存技术。Intel于1988年首先开发出NOR flash技术，彻底改变了原先由EPROM和EEPROM一统天下的局面。紧接着，1989年，东芝公司发表了NAND flash结构，强调降低每比特的成本，更高的性能，并且象磁盘一样可以通过接口轻松升级。但是经过了十多年之后，仍然有相当多的硬件工程师分不清NOR和NAND闪存。　　相“flash存储器”经常可以与相“NOR存储器”互换使用。许多业内人士也搞不清楚NAND闪存技术相对于NOR技术的优越之处，因为大多数情况下闪存只是用来存储少量的代码，这时NOR闪存更适合一些。而NAND则是高数据存储密度的理想解决方案。 　　NOR的特点是芯片内执行(XIP, eXecute In Place)，这样应用程序可以直接在flash闪存内运行，不必再把代码读到系统RAM中。NOR的传输效率很高，在1～4MB的小容量时具有很高的成本效益，但是很低的写入和擦除速度大大影响了它的性能。　　NAND结构能提供极高的单元密度，可以达到高存储密度，并且写入和擦除的速度也很快。应用NAND的困难在于flash的管理和需要特殊的系统接口。性能比较　　flash闪存是非易失存储器，可以对称为块的存储器单元块进行擦写和再编程。任何flash器件的写入操作只能在空或已擦除的单元内进行，所以大多数情况下，在进行写入操作之前必须先执行擦除。NAND器件执行擦除操作是十分简单的，而NOR则要求在进行擦除前先要将目标块内所有的位都写为0。　　由于擦除NOR器件时是以64～128KB的块进行的，执行一个写入/擦除操作的时间为5s，与此相反，擦除NAND器件是以8～32KB的块进行的，执行相同的操作最多只需要4ms。　　执行擦除时块尺寸的不同进一步拉大了NOR和NADN之间的性能差距，统计表明，对于给定的一套写入操作(尤其是更新小文件时)，更多的擦除操作必须在基于NOR的单元中进行。这样，当选择存储解决方案时，设计师必须权衡以下的各项因素。　　● NOR的读速度比NAND稍快一些。　　● NAND的写入速度比NOR快很多。　　● NAND的4ms擦除速度远比NOR的5s快。　　● 大多数写入操作需要先进行擦除操作。　　● NAND的擦除单元更小，相应的擦除电路更少。接口差别　　NOR flash带有SRAM接口，有足够的地址引脚来寻址，可以很容易地存取其内部的每一个字节。　　NAND器件使用复杂的I/O口来串行地存取数据，各个产品或厂商的方法可能各不相同。8个引脚用来传送控制、地址和数据信息。　　NAND读和写操作采用512字节的块，这一点有点像硬盘管理此类操作，很自然地，基于NAND的存储器就可以取代硬盘或其他块设备。容量和成本　　NAND flash的单元尺寸几乎是NOR器件的一半，由于生产过程更为简单，NAND结构可以在给定的模具尺寸内提供更高的容量，也就相应地降低了价格。　　NOR flash占据了容量为1～16MB闪存市场的大部分，而NAND flash只是用在8～128MB的产品当中，这也说明NOR主要应用在代码存储介质中，NAND适合于数据存储，NAND在CompactFlash、Secure Digital、PC Cards和MMC存储卡市场上所占份额最大。可靠性和耐用性　　采用flahs介质时一个需要重点考虑的问题是可靠性。对于需要扩展MTBF的系统来说，Flash是非常合适的存储方案。可以从寿命(耐用性)、位交换和坏块处理三个方面来比较NOR和NAND的可靠性。　　寿命(耐用性)　　在NAND闪存中每个块的最大擦写次数是一百万次，而NOR的擦写次数是十万次。NAND存储器除了具有10比1的块擦除周期优势，典型的NAND块尺寸要比NOR器件小8倍，每个NAND存储器块在给定的时间内的删除次数要少一些。　　位交换　　所有flash器件都受位交换现象的困扰。在某些情况下(很少见，NAND发生的次数要比NOR多)，一个比特位会发生反转或被报告反转了。　　一位的变化可能不很明显，但是如果发生在一个关键文件上，这个小小的故障可能导致系统停机。如果只是报告有问题，多读几次就可能解决了。　　当然，如果这个位真的改变了，就必须采用错误探测/错误更正(EDC/ECC)算法。位反转的问题更多见于NAND闪存，NAND的供应商建议使用NAND闪存的时候，同时使用EDC/ECC算法。　　这个问题对于用NAND存储多媒体信息时倒不是致命的。当然，如果用本地存储设备来存储操作系统、配置文件或其他敏感信息时，必须使用EDC/ECC系统以确保可靠性。　　坏块处理　　NAND器件中的坏块是随机分布的。以前也曾有过消除坏块的努力，但发现成品率太低，代价太高，根本不划算。　　NAND器件需要对介质进行初始化扫描以发现坏块，并将坏块标记为不可用。在已制成的器件中，如果通过可靠的方法不能进行这项处理，将导致高故障率。 易于使用　　可以非常直接地使用基于NOR的闪存，可以像其他存储器那样连接，并可以在上面直接运行代码。　　由于需要I/O接口，NAND要复杂得多。各种NAND器件的存取方法因厂家而异。　　在使用NAND器件时，必须先写入驱动程序，才能继续执行其他操作。向NAND器件写入信息需要相当的技巧，因为设计师绝不能向坏块写入，这就意味着在NAND器件上自始至终都必须进行虚拟映射。软件支持　　当讨论软件支持的时候，应该区别基本的读/写/擦操作和高一级的用于磁盘仿真和闪存管理算法的软件，包括性能优化。　　在NOR器件上运行代码不需要任何的软件支持，在NAND器件上进行同样操作时，通常需要驱动程序，也就是内存技术驱动程序(MTD)，NAND和NOR器件在进行写入和擦除操作时都需要MTD。　　使用NOR器件时所需要的MTD要相对少一些，许多厂商都提供用于NOR器件的更高级软件，这其中包括M-System的TrueFFS驱动，该驱动被Wind River System、Microsoft、QNX Software System、Symbian和Intel等厂商所采用。　　驱动还用于对DiskOnChip产品进行仿真和NAND闪存的管理，包括纠错、坏块处理和损耗平衡。

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