比人心還復(fù)雜的是硬件開發(fā)？
[導(dǎo)讀]注|文末留言有福利今天，我具體以嵌入式產(chǎn)品的硬件部分為例，講解其開發(fā)過程，希望通過這篇文章，大家能對嵌入式硬件開發(fā)流程有更深刻的認(rèn)識，在以后的學(xué)習(xí)和工作中，更加規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化，提高開發(fā)技能。嵌入式產(chǎn)品的硬件形態(tài)各異，CPU從簡單的4/8位單片機到32位的ARM處理器，以及其他專用...
注 | 文末留言有福利今天，我具體以嵌入式產(chǎn)品的硬件部分為例，講解其開發(fā)過程，希望通過這篇文章，大家能對嵌入式硬件開發(fā)流程有更深刻的認(rèn)識，在以后的學(xué)習(xí)和工作中，更加規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化，提高開發(fā)技能。
嵌入式產(chǎn)品的硬件形態(tài)各異，CPU 從簡單的4/8位單片機到32位的ARM處理器，以及其他專用IC。另外，依據(jù)產(chǎn)品的不同需求，外圍電路也各不相同，每一次硬件開發(fā)過程，都需要依據(jù)實際的需求，考慮多方面的因素，選擇最合適的方案來。01硬件產(chǎn)品需求和普通的嵌入式產(chǎn)品需求一樣，階段1：產(chǎn)品需求。02硬件總體設(shè)計方案一個硬件開發(fā)項目，它的需求可能來自很多方面，比如市場產(chǎn)品的需要或性能提升的要求等，因此，作為一個硬件設(shè)計人員，我們需要主動去了解各個方面的需求并分析，根據(jù)系統(tǒng)所要完成的功能，選擇最合適的硬件方案。在這一階段，我們需要分析整個系統(tǒng)設(shè)計的可行性，包括方案中主要器件的可采購性，產(chǎn)品開發(fā)投入，項目開發(fā)周期預(yù)計，開發(fā)風(fēng)險評估等，并針對開發(fā)過程中可能遇到的問題，提前選擇應(yīng)對方案，保證硬件的順利完成。03硬件電路原理圖設(shè)計在系統(tǒng)方案確定后，我們即可以開展相關(guān)的設(shè)計工作，原理設(shè)計主要包括系統(tǒng)總體設(shè)計和詳細(xì)設(shè)計，最終產(chǎn)生詳細(xì)的設(shè)計文檔和硬件原理圖。原理設(shè)計和PCB設(shè)計是設(shè)計人員最主要的兩個工作之一，在原理設(shè)計過程中，我們需要規(guī)劃硬件內(nèi)部資源，如系統(tǒng)存儲空間，以及各個外圍電路模塊的實現(xiàn)。另外，對系統(tǒng)主要的外圍電路，如電源、復(fù)位等也需要仔細(xì)的考慮，在一些高速設(shè)計或特殊應(yīng)用場合，還需要考慮EMC/EMI等。
電源是保證硬件系統(tǒng)正常工作的基礎(chǔ)，設(shè)計中要詳細(xì)的分析：系統(tǒng)能夠提供的電源輸入；單板需要產(chǎn)生的電源輸出；各個電源需要提供的電流大小；電源電路效率；各個電源能夠允許的波動范圍；整個電源系統(tǒng)需要的上電順序等等。
為了系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的工作，復(fù)位電路的設(shè)計也非常重要，如何保證系統(tǒng)不會在外界干擾的情況下異常復(fù)位，如何保證在系統(tǒng)運行異常的時候能夠及時復(fù)位，以及如何合理的復(fù)位，才能保證系統(tǒng)完整的復(fù)位后，這些也都是我們在原理設(shè)計的時候需要考慮的。
同樣的，時鐘電路的設(shè)計也是非常重要的一個方面，一個不好的時鐘電路設(shè)計，可能會引起通信產(chǎn)品的數(shù)據(jù)丟包，產(chǎn)生大的EMI，甚至導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。?原理圖設(shè)計中要有“拿來主義”！現(xiàn)在的芯片廠家一般都可以提供參考設(shè)計的原理圖，所以要盡量的借助這些資源，在充分理解參考設(shè)計的基礎(chǔ)上，做一些自己的發(fā)揮。04PCB圖設(shè)計PCB設(shè)計階段，即是將原理圖設(shè)計轉(zhuǎn)化為實際的可加工的PCB線路板，目前主流的PCB設(shè)計軟件有PADS、Candence和Protel幾種。PCB設(shè)計，尤其是高速PCB，需要考慮EMC/EMI，阻抗控制，信號質(zhì)量等，對PCB 設(shè)計人員的要求比較高。為了驗證設(shè)計的PCB是否符合要求，有的還需要進行PCB仿真。并依據(jù)仿真結(jié)果調(diào)整PCB的布局布線，完成整個的設(shè)計。05PCB加工文件制作與PCB打樣PCB繪制完成以后，在這一階段，我們需要生成加工廠可識別的加工文件，即常說的光繪文件，將其交給加工廠打樣PCB空板，一般1至4層板可以在一周內(nèi)完成打樣。06硬件產(chǎn)品的焊接與調(diào)試在拿到加工廠打樣會的PCB空板以后，接下來我們，需要檢查PCB空板是否和我們設(shè)計預(yù)期一樣，是否存在明顯的短路或斷痕。檢查通過后，則需要將前期采購的元器件和PCB空板交由生產(chǎn)廠家進行焊接，如果PCB電路不復(fù)雜，為了加快速度，也可以直接手工焊接元器件。
當(dāng)PCB已經(jīng)焊接完成后，在調(diào)試PCB之前，一定要先認(rèn)真檢查是否有可見的短路和管腳搭錫等故障，檢查是否有元器件型號放置錯誤，第一腳放置錯誤，漏裝配等問題，然后用萬用表測量各個電源到地的電阻，以檢查是否有短路，這樣可以避免貿(mào)然上電后損壞單板。調(diào)試的過程中要有平和的心態(tài)，遇見問題是非常正常的，要做的就是多做比較和分析，逐步的排除可能的原因，直致最終調(diào)試成功。
在硬件調(diào)試過程中，需要經(jīng)常使用到的調(diào)試工具有萬用表和示波器，邏輯分析儀等，用于測試和觀察板內(nèi)信號電壓和信號質(zhì)量，信號時序是否滿足要求。07硬件產(chǎn)品測試當(dāng)硬件產(chǎn)品調(diào)試通過以后，我們需要對照產(chǎn)品產(chǎn)品的需求說明，一項一項進行測試，確認(rèn)是否符合預(yù)期的要求。如果達不到要求，則需要對硬件產(chǎn)品進行調(diào)試和修改，直到符合產(chǎn)品需求文明，一般都以需求說明文檔作為評判的一句，當(dāng)然明顯的需求說明錯誤除外。08硬件產(chǎn)品我們最終開發(fā)的硬件成功。一個完整的，完成符合產(chǎn)品需求的硬件產(chǎn)品還不能說明一個成功的產(chǎn)品開發(fā)過程，我們還需要按照預(yù)定計劃，準(zhǔn)時高質(zhì)量的完成，才是一個成功的產(chǎn)品開發(fā)過程。# 留言區(qū)福利 #
文末留言點贊數(shù)第一位的讀者，將直接包郵獲贈無損音質(zhì)帶歌經(jīng)典優(yōu)盤，希望同學(xué)們在學(xué)習(xí)的時候多多動手，截止時間是04月02日(本周五)15:00，獲獎?wù)咝?4月02日當(dāng)天添加小編微信(Huang-Y2120)領(lǐng)取，過時作廢！且每個ID兩周內(nèi)，免費限領(lǐng)一次。
嵌入式產(chǎn)品的硬件形態(tài)各異，CPU 從簡單的4/8位單片機到32位的ARM處理器，以及其他專用IC。另外，依據(jù)產(chǎn)品的不同需求，外圍電路也各不相同，每一次硬件開發(fā)過程，都需要依據(jù)實際的需求，考慮多方面的因素，選擇最合適的方案來。01硬件產(chǎn)品需求和普通的嵌入式產(chǎn)品需求一樣，階段1：產(chǎn)品需求。02硬件總體設(shè)計方案一個硬件開發(fā)項目，它的需求可能來自很多方面，比如市場產(chǎn)品的需要或性能提升的要求等，因此，作為一個硬件設(shè)計人員，我們需要主動去了解各個方面的需求并分析，根據(jù)系統(tǒng)所要完成的功能，選擇最合適的硬件方案。在這一階段，我們需要分析整個系統(tǒng)設(shè)計的可行性，包括方案中主要器件的可采購性，產(chǎn)品開發(fā)投入，項目開發(fā)周期預(yù)計，開發(fā)風(fēng)險評估等，并針對開發(fā)過程中可能遇到的問題，提前選擇應(yīng)對方案，保證硬件的順利完成。03硬件電路原理圖設(shè)計在系統(tǒng)方案確定后，我們即可以開展相關(guān)的設(shè)計工作，原理設(shè)計主要包括系統(tǒng)總體設(shè)計和詳細(xì)設(shè)計，最終產(chǎn)生詳細(xì)的設(shè)計文檔和硬件原理圖。原理設(shè)計和PCB設(shè)計是設(shè)計人員最主要的兩個工作之一，在原理設(shè)計過程中，我們需要規(guī)劃硬件內(nèi)部資源，如系統(tǒng)存儲空間，以及各個外圍電路模塊的實現(xiàn)。另外，對系統(tǒng)主要的外圍電路，如電源、復(fù)位等也需要仔細(xì)的考慮，在一些高速設(shè)計或特殊應(yīng)用場合，還需要考慮EMC/EMI等。
電源是保證硬件系統(tǒng)正常工作的基礎(chǔ)，設(shè)計中要詳細(xì)的分析：系統(tǒng)能夠提供的電源輸入；單板需要產(chǎn)生的電源輸出；各個電源需要提供的電流大小；電源電路效率；各個電源能夠允許的波動范圍；整個電源系統(tǒng)需要的上電順序等等。
為了系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的工作，復(fù)位電路的設(shè)計也非常重要，如何保證系統(tǒng)不會在外界干擾的情況下異常復(fù)位，如何保證在系統(tǒng)運行異常的時候能夠及時復(fù)位，以及如何合理的復(fù)位，才能保證系統(tǒng)完整的復(fù)位后，這些也都是我們在原理設(shè)計的時候需要考慮的。
同樣的，時鐘電路的設(shè)計也是非常重要的一個方面，一個不好的時鐘電路設(shè)計，可能會引起通信產(chǎn)品的數(shù)據(jù)丟包，產(chǎn)生大的EMI，甚至導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。?原理圖設(shè)計中要有“拿來主義”！現(xiàn)在的芯片廠家一般都可以提供參考設(shè)計的原理圖，所以要盡量的借助這些資源，在充分理解參考設(shè)計的基礎(chǔ)上，做一些自己的發(fā)揮。04PCB圖設(shè)計PCB設(shè)計階段，即是將原理圖設(shè)計轉(zhuǎn)化為實際的可加工的PCB線路板，目前主流的PCB設(shè)計軟件有PADS、Candence和Protel幾種。PCB設(shè)計，尤其是高速PCB，需要考慮EMC/EMI，阻抗控制，信號質(zhì)量等，對PCB 設(shè)計人員的要求比較高。為了驗證設(shè)計的PCB是否符合要求，有的還需要進行PCB仿真。并依據(jù)仿真結(jié)果調(diào)整PCB的布局布線，完成整個的設(shè)計。05PCB加工文件制作與PCB打樣PCB繪制完成以后，在這一階段，我們需要生成加工廠可識別的加工文件，即常說的光繪文件，將其交給加工廠打樣PCB空板，一般1至4層板可以在一周內(nèi)完成打樣。06硬件產(chǎn)品的焊接與調(diào)試在拿到加工廠打樣會的PCB空板以后，接下來我們，需要檢查PCB空板是否和我們設(shè)計預(yù)期一樣，是否存在明顯的短路或斷痕。檢查通過后，則需要將前期采購的元器件和PCB空板交由生產(chǎn)廠家進行焊接，如果PCB電路不復(fù)雜，為了加快速度，也可以直接手工焊接元器件。
當(dāng)PCB已經(jīng)焊接完成后，在調(diào)試PCB之前，一定要先認(rèn)真檢查是否有可見的短路和管腳搭錫等故障，檢查是否有元器件型號放置錯誤，第一腳放置錯誤，漏裝配等問題，然后用萬用表測量各個電源到地的電阻，以檢查是否有短路，這樣可以避免貿(mào)然上電后損壞單板。調(diào)試的過程中要有平和的心態(tài)，遇見問題是非常正常的，要做的就是多做比較和分析，逐步的排除可能的原因，直致最終調(diào)試成功。
在硬件調(diào)試過程中，需要經(jīng)常使用到的調(diào)試工具有萬用表和示波器，邏輯分析儀等，用于測試和觀察板內(nèi)信號電壓和信號質(zhì)量，信號時序是否滿足要求。07硬件產(chǎn)品測試當(dāng)硬件產(chǎn)品調(diào)試通過以后，我們需要對照產(chǎn)品產(chǎn)品的需求說明，一項一項進行測試，確認(rèn)是否符合預(yù)期的要求。如果達不到要求，則需要對硬件產(chǎn)品進行調(diào)試和修改，直到符合產(chǎn)品需求文明，一般都以需求說明文檔作為評判的一句，當(dāng)然明顯的需求說明錯誤除外。08硬件產(chǎn)品我們最終開發(fā)的硬件成功。一個完整的，完成符合產(chǎn)品需求的硬件產(chǎn)品還不能說明一個成功的產(chǎn)品開發(fā)過程，我們還需要按照預(yù)定計劃，準(zhǔn)時高質(zhì)量的完成，才是一個成功的產(chǎn)品開發(fā)過程。# 留言區(qū)福利 #
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