嵌入式硬體設計流程

2021-06-19 03:58:40 字數 2699 閱讀 7781

嵌入式系統硬體設計流程

1)詳細理解設計需求,從需求中整理出電路功能模組和效能指標要求。

2)根據功能和效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)價效比高;

b)容易開發:體現在硬體除錯工具種類多,參考設計多,軟體資源豐富,成功案例多;

c)可擴充套件性好。

3)針對已經選定的cpu晶元,選擇乙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晶元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。廠家最後公開給使用者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晶元推廣應用。縱然參考設計的外圍電路有可推敲的地方,cpu本身的管腳連線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線方式不同的情況,我們可以細讀cpu晶元手冊和勘誤表,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體驗證,如果軟體驗證沒有問題,那麼硬體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,或者做成相容設計。

4)根據需求對外設功能模組進行元器件選型,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、偏門晶元,減少開發風險。

b)高價效比原則:在功能、效能、使用率都相近的情況下,盡量選擇**比較好的元器件,降低成本。

c)採購方便原則: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相容晶元品牌比較多的元器件。

f)向上相容原則: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。修改時對於每個功能模組都要找至少3個相同外圍晶元的成功參考設計,如果找到的參考設計連線方法都是完全一樣的,那麼基本可以放心參照設計,但即使只有乙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,而是要細讀晶元資料手冊,深入理解那些管腳含義,多方討論,聯絡晶元廠技術支援,最終確定科學、正確的連線方式,如果仍有疑義,可以做相容設計。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)對於每個功能模組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,我們理當借鑑吸收,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。

6)硬體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)保證系統各模組資源不能衝突,例如:同一i2c匯流排上的裝置位址不能相同等。

d)閱讀系統中所有晶元的手冊(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,否則可能引起晶元內部振盪,導致晶元不能正常工作。

e)在不增加硬體設計難度的情況下盡量保證軟體開發方便,或者以較小的硬體設計難度來換取更多方便、可靠、高效的軟體設計,這點需要硬體設計人員懂得底層軟體開發除錯,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晶元增加散熱片或風扇,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,有利於熱量散發出去。

7)硬體原理圖設計完成之後,設計人員應該按照以上步驟和要求首先進行自審,自審後要有95%以上的把握和信心,然後再提交給他人審核,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,所有硬體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,不要把希望寄託在審核人員身上,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,包括老產品公升級修改,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)對於功能複雜,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)制定上述規範的目的和出發點是為了培養硬體開發人員嚴謹、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。希望年輕的硬體開發人員能在磨練中迅速成長起來。

對於複雜的pcb板設計,如高頻多層板一般都請專人佈線,因為複雜的pcb板涉及電磁相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相容晶元等,感興趣的讀者可以看一些電磁理論方面的書籍。

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