嵌入式專案方案設計

《嵌入式系統設計》作為嵌入式系統設計的基本教程，全面地闡述了嵌入式系統的軟硬體技術及其應用設計的基本方法和過程。如下是小編在網上找到的嵌入式專案方案設計範文，供大家參考。

階段1：產品需求

在這一個階段，我們需要弄清楚的是產品的需求從何而來，一個成功的產品，我們需要滿足哪些需求。只有需求明確了，我們的產品開發目標才能明確。在產品需求分析階段，我們可以通過以下這些途徑獲取產品需求：

1）市場分析與調研，主要是看市場有什麼需求,還有就是前沿的技術是什麼（站在做一款產品的角度）；

2）客戶調研和使用者定位，從市場廣大客戶那獲取最準確的產品需求（要注意分析市場，產品生命週期，升級是否方便）；

3）利潤導向(成本預算)；

4）如果是外包專案，則需要我們的客戶提供產品的需求（直接從客戶那獲取，讓客戶籤協議）；

編者按：當一個專案做完的時候，如果客戶突然又增加需求，增加功能，將導致你的專案週期嚴重拖延，成本劇烈上升，並且測試好的產品可能要全部重新測試，原本的設計可能將不會滿足當前的要求，所以做專案之前，最好要跟客戶把需求確定下來，並且簽定一份協議，否則，你辛苦多少個日日夜夜，得到的將是一個無法收拾的爛攤子！

階段2：產品規格說明

在前一個階段，我們蒐集了產品的所有需求。那麼在產品規格說明階段，我們的任務是將所有的需求，細化成產品的具體的規格，就比如一個簡單的USB 轉串列埠線，我們需要確定產品的規格，包括：

1）產品的外觀；

2）產品支援的作業系統；

3）產品的介面形式和支援的規範；

等等諸如此類，切記，在形成了產品的規格說明後，在後續的開發過程中，我們必須嚴格的遵守，沒有200%的理由，不能隨意更改產品的需求。否則，產品的開發過程必將是一個反覆無期的過程。

《產品規格說明》主要從以下方面進行考慮：

1）考慮該產品需要哪些硬體介面；

2）產品用在哪些環境下，要做多大，耗電量如何。如果是消費類產品，還跟設計美觀，產品是否便於攜帶，以確定板子大小的需求，是否防水；

3）產品成本要求；

4）產品效能引數的說明（例如交換機，如果是百兆的速率，用於家庭和一般公司；如果是用於整個省的交換，那設計的速率肯定數十萬兆以上了）所以說，產品效能引數的不同，就會影響到我們設計考慮的不同，那麼產品的規格自然就不同了；

5）需要適應和符合的國家標準，國際標準，或行業標準；

階段3：產品總體設計方案

在完成了產品規格說明以後，我們需要針對這一產品，瞭解當前有哪些可行的方案，通過幾個方案進行對比，包括從成本、效能、開發週期、開發難度等多方面進行考慮，最終選擇一個最適合自己的產品總體設計方案。

在這一階段，我們除了確定具體實現的方案外，我們還需要綜合考慮，產品開發週期，多少人月的工作量，需要哪些資源或者外部協助，以及開發過程中可能遇到的風險及應對措施，形成整個專案的專案計劃，指導我們的整個開發過程。

階段4：產品概要設計

產品概要設計主要是在總體設計方案的基礎上進一步的細化，具體從硬體和軟體兩方面入手：

硬體模組概要設計

硬體模組概要設計，主要從硬體的角度出發，確認整個系統的架構，並按功能來劃分各個模組，確定各個模組的的大概實現。首先要依據我們到底要哪些外圍功能以及產品要完成的.工作，來進行CPU 選型（注意：CPU一旦確定，那麼你的周圍硬體電路，就要參考該CPU 廠家提供的方案電路來設計）。然後再根據產品的功能需求選晶片，比如是外接AD 還是用片內AD，採用什麼樣的通訊方式，有什麼外部介面，還有最重要的是要考慮電磁相容。

編者按：一般一款CPU 的生存週期是5-8 年，你考慮選型的時候要注意，不要選用快停產的CPU，以免出現這樣的結局：產品辛辛苦苦開發了1到2 年，剛開發出來，還沒賺錢，CPU 又停產了，又得要重新開發。很多公司就死在這個上面。

軟體模組概要設計

軟體模組概要設計階段，主要是依據系統的要求，將整個系統按功能進行模組劃分，定義好各個功能模組之間的介面，以及模組內主要的資料結構等。

階段5：產品詳細設計

硬體模組詳細設計

主要是具體的電路圖和一些具體要求，包括 PCB 和外殼相互設計，尺寸這些引數。接下來，我們就需要依據硬體模組詳細設計文件的指導，完成整個硬體的設計。包括原理圖、PCB 的繪製。

階段6：軟體模組詳細設計

功能函式介面定義，該函式功能介面完成功能，資料結構，全域性變數，完成任務時各個功能函式介面呼叫流程。在完成了軟體模組詳細設計以後 ，就進入具體的編碼階段，在軟體模組詳細設計的指導下 ，完成整個系統的軟體編碼。

編者按：一定要注意需要先完成模組詳細設計文件以後，軟體才進入實際的編碼階段，硬體進入具體的原理圖、PCB 實現階段，這樣才能儘量在設計之初就考慮周全，避免在設計過程中反覆修改。提高開發效率，不要為了圖一時之快，沒有完成詳細設計，就開始實際的設計步驟。

階段7：產品除錯與驗證

該階段主要是調整硬體或程式碼，修正其中存在的問題和BUG，使之能正常執行，並儘量使產品的功能達到產品需求規格說明要求。

硬體部分：

1）目測加工會得PCB 板是否存在短路，器件是否焊錯，或漏焊接；

2）測試各電源對地電阻是否正常；

3）上電，測試電源是否正常；

4）分模組除錯硬體模組，可藉助示波器、邏輯分析儀等根據。

軟體部分：

驗證軟體單個功能是否實現，驗證軟體整個產品功能是否實現。

階段8：測試

功能測試（測試不通過，可能是有 BUG）；

壓力測試（測試不通過，可能是有BUG 或哪裡引數設計不合理）；

效能測試（產品效能引數要提煉出來，供將來客戶參考，這個就是你的產品特徵的一部分）；

其他專業測試：包括工業級的測試，例如含抗干擾測試，產品壽命測試，防潮溼測試，高溫和低溫測試（有的產品有很高的溫度或很低的溫度工作不正常，甚至停止工作）。

編者按：有的裝置電子元器件在特殊溫度下，引數就會異常，導致整個產品出現故障或失靈現象的出現；有的裝置，零下幾十度的情況下，根本就啟動不了，開不了機；有的裝置在高溫下，電容或電阻值就會產生物理的變化，這些都會影響到產品的質量。這裡要引出一個話題，工業級產品與消費類產品有什麼區別呢？工業級的產品就要避免這些異常和特殊問題，有的產品是在很深的海里工作，或者在嚴寒的山洞工作，或者火熱沙漠工作，或者顛簸的裝置上，比如汽車；或者是需要防止雷擊； 所以這就是工業級產品跟消費類產品的區別，消費類的產品就不需要做這麼多的測試。

階段9：產品

通過上一階段完整測試驗證，在此階段，即得到我們開發成功的產品。在此階段，可以比較實際的產品和最初的形成的產品規格說明，看經過一個完整的開發過程，是否產品完全符合最初的產品規格說明，又或者，中途發現產品規格說明存在問題，對它進行了多少修改呢？

附錄：嵌入式硬體開發流程

之前，我們詳細講述了嵌入式產品的研發流程，那麼在這一節，我們具體以嵌入式產品的硬體部分為例，再次講解其開發過程，希望通過這一節，大家能對嵌入式硬體開發流程有更深刻的認識，在以後的學習和工作中，更加規範化和標準化，提高開發技能。嵌入式硬體開發流程一般如下圖，分為8 個階段：

嵌入式產品的硬體形態各異，CPU 從簡單的4 位/8 位微控制器到32 位的ARM 處理器，以及其他專用IC。另外，依據產品的不同需求，外圍電路也各不相同。每一次硬體開發過程，都需要依據實際的需求，考慮多方面的因素，選擇最合適的方案來。

硬體階段1：硬體產品需求

和普通的嵌入式產品需求一樣。階段1：產品需求。

硬體階段2：硬體總體設計方案

一個硬體開發專案，它的需求可能來自很多方面，比如市場產品的需要或效能提升的要求等，因此，作為一個硬體設計人員，我們需要主動去了解各個方面的需求並分析，根據系統所要完成的功能，選擇最合適的硬體方案。

在這一階段，我們需要分析整個系統設計的可行性，包括方案中主要器件的可採購性，產品開發投入，專案開發週期預計，開發風險評估等，並針對開發過程中可能遇到的問題，提前選擇應對方案，保證硬體的順利完成。

硬體階段3：硬體電路原理圖設計

在系統方案確定後，我們即可以開展相關的設計工作，原理設計主要包括系統總體設計和詳細設計，最終產生詳細的設計文件和硬體原理圖。

原理設計和PCB 設計是設計人員最主要的兩個工作之一，在原理設計過程中，我們需要規劃硬體內部資源，如系統儲存空間，以及各個外圍電路模組的實現。另外，對系統主要的外圍電路，如電源、復位等也需要仔細的考慮，在一些高速設計或特殊應用場合，還需要考慮EMC/EMI 等。

電源是保證硬體系統正常工作的基礎，設計中要詳細的分析：系統能夠提供的電源輸入；單板需要產生的電源輸出；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範圍；整個電源系統需要的上電順序等等。

為了系統穩定可靠的工作，復位電路的設計也非常重要，如何保證系統不會在外界干擾的情況下異常復位，如何保證在系統執行異常的時候能夠及時復位，以及如何合理的復位，才能保證系統完整的復位後，這些也都是我們在原理設計的時候需要考慮的。

同樣的，時鐘電路的設計也是非常重要的一個方面，一個不好的時鐘電路設計，可能會引起通訊產品的資料丟包，產生大的EMI，甚至導致系統不穩定。

編者按：原理圖設計中要有“拿來主義”！現在的晶片廠家一般都可以提供參考設計的原理圖，所以要儘量的藉助這些資源，在充分理解參考設計的基礎上，做一些自己的發揮。

硬體階段4：PCB圖設計

PCB 設計階段，即是將原理圖設計轉化為實際的可加工的PCB 線路板，目前主流的PCB 設計軟體有PADS，Candence 和Protel 幾種。

PCB 設計，尤其是高速PCB，需要考慮EMC/EMI，阻抗控制，訊號質量等，對PCB 設計人員的要求比較高。為了驗證設計的PCB 是否符合要求，有的還需要進行PCB 模擬。並依據模擬結果調整PCB 的佈局佈線，完成整個的設計。

硬體階段5：PCB加工檔案製作與PCB打樣

PCB 繪製完成以後，在這一階段，我們需要生成加工廠可識別的加工檔案，即常說的光繪檔案，將其交給加工廠打樣PCB 空板。一般1~4 層板可以在一週內完成打樣。

硬體階段6：硬體產品的焊接與除錯

在拿到加工廠打樣會的 PCB 空板以後，接下來我們，需要檢查PCB 空板是否和我們設計預期一樣，是否存在明顯的短路或斷痕，檢查通過後，則需要將前期採購的元器件和PCB 空板交由生產廠家進行焊接（如果PCB 電路不復雜，為了加快速度，也可以直接手工焊接元器件）。

當PCB 已經焊接完成後，在除錯PCB 之前，一定要先認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，然後用萬用表測量各個電源到地的電阻，以檢查是否有短路，這樣可以避免貿然上電後損壞單板。除錯的過程中要有平和的心態，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，直致最終除錯成功。

在硬體除錯過程中，需要經常使用到的除錯工具有萬用表和示波器，邏輯分析儀等，用於測試和觀察板內訊號電壓和訊號質量，訊號時序是否滿足要求。

硬體階段7：硬體產品測試

當硬體產品除錯通過以後，我們需要對照產品產品的需求說明，一項一項進行測試，確認是否符合預期的要求，如果達不到要求，則需要對硬體產品進行除錯和修改，直到符合產品需求文明（一般都以需求說明文件作為評判的一句，當然明顯的需求說明錯誤除外）。

硬體階段8：硬體產品

我們最終開發的硬體成功。一個完整的，完成符合產品需求的硬體產品還不能說明一個成功的產品開發過程，我們還需要按照預定計劃，準時高質量的完成。才是一個成功的產品開發過程。