第七章 嵌入式硬件系統(tǒng)開發(fā)流程

嵌入式微處理器系統(tǒng)及應(yīng)用 第七章嵌入式硬件系統(tǒng)開發(fā)流程 概述 嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品都是軟硬件的結(jié)合體 嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的最大特點(diǎn)就是需要軟硬件綜合開發(fā) 并且嵌入式軟件是針對(duì)相應(yīng)的嵌入式硬件開發(fā)的 是專用的 因此嵌入式系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)開發(fā)是嵌入式系統(tǒng)開發(fā)中的一個(gè)環(huán)節(jié) 或組成部分 需要在各個(gè)階段與系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)相結(jié)合 綜合考慮 并處理好與軟件開發(fā)的關(guān)系 概述 嵌入式系統(tǒng)的總體開發(fā)流程概述 主要內(nèi)容 嵌入式硬件系統(tǒng)開發(fā)流程32位嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則 嵌入式硬件系統(tǒng)開發(fā)流程 嵌入式硬件系統(tǒng)開發(fā)流程 硬件分配需求硬件分配需求通常是嵌入式系統(tǒng)的產(chǎn)品部門根據(jù)客戶或者市場(chǎng)的需求 確定的有關(guān)產(chǎn)品硬件方面的功能和特性 其內(nèi)容一般包括 1 外部接口的種類 比如USB接口 串口 網(wǎng)絡(luò)接口等 2 接口特性 比如USB應(yīng)符合USB1 1規(guī)范還是USB2 0規(guī)范 串口采用RS232還是RS422 網(wǎng)絡(luò)接口是10Mbps還是100Mbps或者甚至是1000Mbps 3 外設(shè)的型號(hào) 規(guī)格 比如LCD顯示屏的型號(hào)是什么 分辨率是多少 是彩色還是單色 以及支持的顏色數(shù)等 鍵盤是4 4的矩陣 還是8 8的矩陣 打印機(jī)的型號(hào)是什么 是噴墨式 針式還是熱敏式 等等 嵌入式硬件系統(tǒng)開發(fā)流程 電路圖規(guī)劃根據(jù)硬件分配需求的要求 對(duì)器件資源進(jìn)行規(guī)劃 并編寫 硬件規(guī)格書 確定微處理器的接口資源是否滿足需要確定微處理器對(duì)ROM RAM容量和速度的支持是否滿足需要微處理器通用輸入輸出接口分配中斷分配微處理器外圍芯片規(guī)劃 嵌入式硬件系統(tǒng)開發(fā)流程 器件選型根據(jù)該系統(tǒng)對(duì)功能和性能的需求 尋找符合功能的器件 一般每個(gè)公司都會(huì)有自己的器件庫(kù) 如果所用器件已經(jīng)存在于數(shù)據(jù)庫(kù)中 則可以直接選取 如果沒(méi)有 則可以通過(guò)咨詢代理商 經(jīng)銷商 互聯(lián)網(wǎng)查詢等方式來(lái)選擇需要的器件 在這個(gè)過(guò)程中 首先要選擇的是硬件系統(tǒng)的核心 嵌入式微處理器 之后再根據(jù)選定的處理器的情況來(lái)選擇其他器件 嵌入式硬件系統(tǒng)開發(fā)流程 原理圖設(shè)計(jì)原理圖的設(shè)計(jì)原則主要遵從先整體 后局部的原則 先確定需要分成哪些模塊 然后再進(jìn)行細(xì)化 這樣不但能使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)清晰 獨(dú)立的模塊也可以為以后的設(shè)計(jì)所使用 從而提高工作效率 嵌入式硬件系統(tǒng)開發(fā)流程 原理圖設(shè)計(jì) 常用工具PADSlogicDxdesignerOrcadcaptureProtel99 嵌入式硬件系統(tǒng)開發(fā)流程 原理圖復(fù)查設(shè)計(jì)正確性 檢查各器件的連線是否正確 外圍器件是否有遺漏 模塊之間的連接關(guān)系是否正確 器件之間的網(wǎng)絡(luò)名是否一致設(shè)計(jì)完整性 檢查需要的功能是否都已實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的可靠性 檢查選擇器件的參數(shù)是否滿足實(shí)際要求 如電容耐壓值 電阻功率值 二三極管電流值 存儲(chǔ)器工作速度等選擇是否合理 避免出現(xiàn)過(guò)熱 過(guò)壓 超頻等問(wèn)題 導(dǎo)致系統(tǒng)失效電磁兼容的考慮 檢查是否有針對(duì)電磁兼容增加或預(yù)留部分器件 以幫助解決電磁兼容問(wèn)題 比如電源部分是否采用磁珠進(jìn)行濾波 芯片電源引腳是否放置去耦電容 微處理器地址線 控制線是否添加串聯(lián)電阻等 嵌入式硬件系統(tǒng)開發(fā)流程 PCB圖設(shè)計(jì)PCB的設(shè)計(jì)需要遵從先復(fù)雜后簡(jiǎn)單的原則進(jìn)行設(shè)計(jì) 先將設(shè)計(jì)中最復(fù)雜的部分或者難度最大的部分現(xiàn)行設(shè)計(jì) 這樣可以保證布局 走線最合理 性能也能夠達(dá)到最優(yōu)化 例如一個(gè)設(shè)計(jì)中的CPU部分 包括CPU 外部存儲(chǔ)器等 就應(yīng)該優(yōu)先進(jìn)行設(shè)計(jì) 嵌入式硬件系統(tǒng)開發(fā)流程 PCB圖設(shè)計(jì) 常用工具PADSlayoutOrcadLayoutplusProtel99 嵌入式硬件系統(tǒng)開發(fā)流程 PCB圖設(shè)計(jì)步驟確定PCB機(jī)構(gòu)尺寸從原理圖設(shè)計(jì)軟件生成網(wǎng)絡(luò)表并導(dǎo)入PCB設(shè)計(jì)軟件器件布局 采用先核心器件 后外圍器件的原則進(jìn)行布線 對(duì)于核心器件和高速信號(hào)要優(yōu)先進(jìn)行布線后處理 主要包括修改不合理的走線或者多余的走線 電源層平面分割 鋪銅 排列文字 添加各種表示符號(hào)等 嵌入式硬件系統(tǒng)開發(fā)流程 PCB圖復(fù)查布局 比如器件之間的間距是否過(guò)小或過(guò)大 器件距離板邊是否過(guò)近 芯片和其他器件的布局是否利于焊接維護(hù) 接口器件的方向是否正確 相關(guān)器件是否放置較為靠近等走線 走線是否有直角 走線上是否有多余的過(guò)孔或不必要的轉(zhuǎn)角 走線是否根據(jù)電流的不同而更改粗細(xì) 走線分叉部分是否盡量短 多顆芯片共用走線是否盡量以菊花鏈的方式連接等 嵌入式硬件系統(tǒng)開發(fā)流程 PCB制板PCB圖經(jīng)過(guò)檢查無(wú)誤后 生成gerber文件 然后將此文件發(fā)送給PCB廠商進(jìn)行PCB制作 生成gerber文件的作用一是可以對(duì)原設(shè)計(jì)文件進(jìn)行保密 二是在該文件中各項(xiàng)設(shè)計(jì)參數(shù)的標(biāo)注是明確的 避免引起PCB廠商對(duì)設(shè)計(jì)的誤解 嵌入式硬件系統(tǒng)開發(fā)流程 器件采購(gòu) 備料在PCB的制作過(guò)程中 可同時(shí)根據(jù)原理圖生成相應(yīng)的BOM BillOfMaterial 即原材料清單 然后根據(jù)BOM清單進(jìn)行器件采購(gòu)工作 之后再根據(jù)所需的數(shù)量進(jìn)行器件的備料 等待PCB板制作完成后即可進(jìn)行焊接工作BOM清單中包含了器件的詳細(xì)信息 包括器件名稱 說(shuō)明 以前采購(gòu)的價(jià)格及供應(yīng)商名稱等 另外在焊接時(shí)可對(duì)照BOM清單進(jìn)行器件焊接 清晰 直觀 不易出錯(cuò) 嵌入式硬件系統(tǒng)開發(fā)流程 BOM清單示例 嵌入式硬件系統(tǒng)開發(fā)流程 PCB焊接及調(diào)試PCB制作完成后 硬件工程師需要對(duì)PCB板進(jìn)行初步的檢查 主要是檢查電源是否存在短路問(wèn)題 特別是對(duì)設(shè)計(jì)后第一次制作的PCB板更應(yīng)注意 接下來(lái)首先焊接電源部分并檢查電壓是否正常 如沒(méi)有問(wèn)題則可以進(jìn)行其他器件的焊接 焊接完成后需要再次進(jìn)行檢查 主要是看系統(tǒng)的各種電壓是否與設(shè)計(jì)值一致 時(shí)鐘是否正常 復(fù)位信號(hào)是否正常 編寫簡(jiǎn)單的硬件驅(qū)動(dòng)軟件 也可以對(duì)硬件是否正常工作進(jìn)行測(cè)試 此時(shí)需要對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的信號(hào)完整性進(jìn)行分析測(cè)量 確保各個(gè)器件的實(shí)際工作電壓 電流值在設(shè)計(jì)規(guī)定的范圍之內(nèi) 器件的工作時(shí)序滿足要求等 主要內(nèi)容 嵌入式硬件系統(tǒng)開發(fā)流程32位嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則 32位嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則 要有明確的需求 采用自上而下的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)方法 對(duì)功能模塊進(jìn)行劃分選擇器件需要從性能 可靠性 成本等方面進(jìn)行考慮可靠性設(shè)計(jì)可根據(jù)需要 采用器件參數(shù)降額使用或者采用冗余設(shè)計(jì)等方法來(lái)提高和保證 小結(jié) 嵌入式硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)是一項(xiàng)系統(tǒng)性的工作 本章主要概括地介紹了嵌入式硬件系統(tǒng)的開發(fā)流程 需要掌握的主要原則以及一些需要特別注意的事項(xiàng) 這些問(wèn)題在嵌入式硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中是非常重要的 往往會(huì)決定設(shè)計(jì)的