嵌入式系統硬件設計流程
發布時間：2013-10-8 12:04
發布者：edu118gct
關鍵詞：
硬件設計
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看到一篇不錯的文章，和大家分享一下 嵌入式系統硬件設計流程 1）詳細理解設計需求，從需求中整理出電路功能模塊和性能指標要求。 2）根據功能和性能需求制定總體設計方案，對CPU進行選型，CPU選型有以下幾點要求： a）性價比高； b）容易開發：體現在硬件調試工具種類多，參考設計多，軟件資源豐富，成功案例多； c）可擴展性好。 3）針對已經選定的CPU芯片，選擇一個與我們需求比較接近的成功參考設計，一般CPU生產商或他們的合作方都會對每款CPU芯片做若干款開發板進行驗證，比如AMCC的PPC440EP就有yosemite和bamboo兩款開發版。廠家最后公開給用戶的參考設計圖雖說不是產品級的東西，也應該是經過嚴格驗證的，否則將會影響到他們的芯片推廣應用�？v然參考設計的外圍電路有可推敲的地方，CPU本身的管腳連接使用方法也絕對是值得我們信賴的，當然如果萬一出現多個參考設計某些管腳連接方式不同的情況，我們可以細讀CPU芯片手冊和勘誤表，或者找廠商確認。另外在設計之前，最好能外借或者購買一塊選定的參考板進行軟件驗證，如果軟件驗證沒有問題，那么硬件參考設計也是可以信賴的。但要注意一點，現在很多CPU都有若干種啟動模式，我們要自己選一種最適合的啟動模式，或者做成兼容設計。 4）根據需求對外設功能模塊進行元器件選型，元器件選型應該遵守以下原則： a）普遍性原則：所選的元器件要是被廣泛使用驗證過的，盡量少使用冷門、偏門芯片，減少開發風險。 b）高性價比原則：在功能、性能、使用率都相近的情況下，盡量選擇價格比較好的元器件，降低成本。 c）采購方便原則：盡量選擇容易買到、供貨周期短的元器件。 d）持續發展原則：盡量選擇在可預見的時間內不會停產的元器件。 e）可替代原則：盡量選擇pin to pin兼容芯片品牌比較多的元器件。 f）向上兼容原則：盡量選擇以前老產品用過的元器件。 g）資源節約原則：盡量用上元器件的全部功能和管腳。 5）對選定的CPU參考設計原理圖外圍電路進行修改。修改時對于每個功能模塊都要找至少3個相同外圍芯片的成功參考設計，如果找到的參考設計連接方法都是完全一樣的，那么基本可以放心參照設計，但即使只有一個參考設計與其他的不一樣，也不能簡單地按少數服從多數的原則，而是要細讀芯片數據手冊，深入理解那些管腳含義，多方討論，聯系芯片廠技術支持，最終確定科學、正確的連接方式，如果仍有疑義，可以做兼容設計。這是整個原理圖設計過程中最關鍵的部分，我們必須做到以下幾點： a）對于每個功能模塊要盡量找到更多的成功參考設計，越難的應該越多，成功的參考設計是“前人”的經驗和財富，我們理當借鑒吸收，站在“前人”的肩膀上，也就提高了自己的起點。 b）要多向權威請教、學習，但不能迷信權威，因為人人都有認知誤差，很難保證對哪怕是自己最了解的事物總能做出最科學的理解和判斷，開發人員一定要在廣泛調查、學習和討論的基礎上做出最科學正確的決定。 c）如果是參考已有的老產品設計，設計中要留意老產品有哪些遺留問題，這些遺留問題與硬件哪些功能模塊相關，在設計這些相關模塊時要更加注意推敲，不能機械照抄原來設計，比如我們老產品中的IDE經常出問題，經過仔細斟酌，廣泛討論和參考其他成功設計，發現我們的IDE接口有兩個管腳連線方式確實不規范。還有，針對FGPI通道丟失視頻同步信號的問題，可以在硬件設計中引出硬件同步信號管腳，以便進一步驗證，更好發現問題的本質。 6）硬件原理圖設計還應該遵守一些基本原則，這些基本原則要貫徹到整個設計過程，雖然成功的參考設計中也體現了這些原則，但因為是“拼”出來的原理圖，所以我們還要隨時根據這些原則來設計審查原理圖，這些原則包括： a）數字電源和模擬電源分割。 b）數字地和模擬地分割，單點接地，數字地可以直接接機殼地（大地），機殼必須接地，以保護用護人身安全。 c）保證系統各模塊資源不能沖突，例如：同一I2C總線上的設備地址不能相同等。 d）閱讀系統中所有芯片的手冊（一般是設計參考手冊），看它們未用的輸入管腳是否需要做外部處理，是要上拉、下拉，還是懸空，如果需要上拉或下拉，則一定要做相應處理，否則可能引起芯片內部振蕩，導致芯片不能正常工作。 e）在不增加硬件設計難度的情況下盡量保證軟件開發方便，或者以較小的硬件設計難度來換取更多方便、可靠、高效的軟件設計，這點需要硬件設計人員懂得底層軟件開發調試，要求較高。 f）功耗問題，設計時盡量降低功耗。 g）產品散熱問題，可以在功耗和發熱較大的芯片增加散熱片或風扇，產品機箱也要考慮這個問題，不能把機箱做成保溫盒，電路板對“溫室”是感冒的。還要考慮產品的安放位置，最好是放在空間比較大，空氣流動暢通的位置，有利于熱量散發出去。 7）硬件原理圖設計完成之后，設計人員應該按照以上步驟和要求首先進行自審，自審后要有95%以上的把握和信心，然后再提交給他人審核，其他審核人員同樣按照以上要求對原理圖進行嚴格審查，如發現問題要及時進行討論分析，分析解決過程同樣遵循以上原則和步驟。 8）只要開發和審核人員都能夠嚴格按照以上要求進行電路設計和審查，我們就有理由相信，所有硬件開發人員設計出的電路板第一版成功率都會很高的，所以我提出以下幾點： a）設計人員自身應該保證原理圖的正確性和可靠性，要做到設計即是審核，嚴格自審，不要把希望寄托在審核人員身上，設計出現的任何問題應由設計人員自己承擔，其他審核人員不負連帶責任。 b）其他審核人員雖然不承擔連帶責任，也應該按照以上要求進行嚴格審查，一旦設計出現問題，同樣反映了審核人員的水平、作風和態度。 c）普通原理圖設計，包括老產品升級修改，原則上要求原理圖一版成功，最多兩版封板，超過兩版將進行績效處罰。 d）對于功能復雜，疑點較多的全新設計，原則上要求原理圖兩版內成功，最多三版封板，超過三版要進行績效處罰。 e）原理圖封板標準為：電路板沒有任何原理性飛線和其他處理點。 9）制定上述規范的目的和出發點是為了培養硬件開發人員嚴謹、務實的工作作風和嚴肅、認真的工作態度，增強他們的責任感和使命感，提高工作效率和開發成功率，保證產品質量。希望年輕的硬件開發人員能在磨練中迅速成長起來。 對于復雜的PCB板設計，如高頻多層板一般都請專人布線，因為復雜的PCB板涉及電磁兼容和電磁干擾方面的問題，這是一門高深的學問，除了一些基本的注意事項外還有一些特殊的防護措施，比如設計時使用一些專門的電磁兼容芯片等，感興趣的讀者可以看一些電磁理論方面的書籍。 深圳、鄭州專業嵌入式、單片機、ARM、電子等硬、軟件技術實訓，詳情QQ754634522 |
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