淺析硬件開(kāi)發(fā)的四大原則

　　以實(shí)際的硬件設計項目為例，一同探討硬件開(kāi)發(fā)的基本準則和思想，同時(shí)歡迎大家積極提出自己的問(wèn)題和觀(guān)點(diǎn)。

　　1、充分了解各方的設計需求，確定合適的解決方案

　　啟動(dòng)一個(gè)硬件開(kāi)發(fā)項目，原始的推動(dòng)力會(huì )來(lái)自于很多方面，比如市場(chǎng)的需要，基于整個(gè)系統架構的需要，應用軟件部門(mén)的功能實(shí)現需要，提高系統某方面能力的需要等等，所以作為一個(gè)硬件系統的設計者，要主動(dòng)的去了解各個(gè)方面的需求，并且綜合起來(lái)，提出最合適的硬件解決方案。

　　比如A項目的原始推動(dòng)力來(lái)自于公司內部的一個(gè)高層軟件小組，他們在實(shí)際當中發(fā)現原有的處理器板IP轉發(fā)能力不能滿(mǎn)足要求，從而對于系統的配置和使用都會(huì )造成很大的不便，所以他們提出了對新硬件的需求。

　　根據這個(gè)目標，硬件方案中就針對性的選用了兩個(gè)高性能網(wǎng)絡(luò )處理器，然后還需要深入的和軟件設計者交流，以確定內存大小，內部結構，對外接口和調試接口的數量及類(lèi)型等等細節，比如軟件人員喜歡將控制信令通路和數據通路完全分開(kāi)來(lái)，這樣在確定內部數據走向的時(shí)候要慎重考慮。

　　項目開(kāi)始之初是需要召開(kāi)很多的討論會(huì )議的，應該盡量邀請所有相關(guān)部門(mén)來(lái)參與，好處有三個(gè)，第一可以充分了解大家的需要，以免在系統設計上遺漏重要的功能，第二是可以讓各個(gè)部門(mén)了解這個(gè)項目的情況，提早做好時(shí)間和人員上協(xié)作的準備，第三是從感情方面講，在設計之初各個(gè)部門(mén)就參與了進(jìn)來(lái)，這個(gè)項目就變成了大家共同的一個(gè)心血結晶，會(huì )得到大家的呵護和良好合作，對完成工作是很有幫助的。

　　2、原理圖設計中要注意的問(wèn)題

　　原理圖設計中要有“拿來(lái)主義”，現在的芯片廠(chǎng)家一般都可以提供參考設計的原理圖，所以要盡量的借助這些資源，在充分理解參考設計的基礎上，做一些自己的發(fā)揮。當主要的芯片選定以后，最關(guān)鍵的外圍設計包括了電源，時(shí)鐘和芯片間的互連。

　　電源是保證硬件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(chǎn)生的電源輸出;各個(gè)電源需要提供的電流大小;電源電路效率;各個(gè)電源能夠允許的波動(dòng)范圍;整個(gè)電源系統需要的上電順序等等。

　　比如A項目中的網(wǎng)絡(luò )處理器需要1.25V作為核心電壓，要求精度在+5%- -3%之間，電流需要12A左右，根據這些要求，設計中采用5V的電源輸入，利用Linear的開(kāi)關(guān)電源控制器和IR的MOSFET搭建了合適的電源供應電路，精度要求決定了輸出電容的ESR選擇，并且為防止電流過(guò)大造成的電壓跌落，加入了遠端反饋的功能。

　　時(shí)鐘電路的實(shí)現要考慮到目標電路的抖動(dòng)等要求，A項目中用到了GE的PHY器件，剛開(kāi)始的時(shí)候使用一個(gè)內部帶鎖相環(huán)的零延時(shí)時(shí)鐘分配芯片提供100MHz時(shí)鐘，結果GE鏈路上出現了丟包，后來(lái)?yè)Q成簡(jiǎn)單的時(shí)鐘Buffer器件就解決了丟包問(wèn)題，分析起來(lái)就是內部的鎖相環(huán)引入了抖動(dòng)。

　　芯片之間的互連要保證數據的無(wú)誤傳輸，在這方面，高速的差分信號線(xiàn)具有速率高，好布線(xiàn)，信號完整性好等特點(diǎn)，A項目中的多芯片間互連均采用了高速差分信號線(xiàn)，在調試和測試中沒(méi)有出現問(wèn)題。

　　3、PCB設計中要注意的問(wèn)題

　　PCB設計中要做到目的明確，對于重要的信號線(xiàn)要非常嚴格的要求布線(xiàn)的長(cháng)度和處理地環(huán)路，而對于低速和不重要的信號線(xiàn)就可以放在稍低的布線(xiàn)優(yōu)先級上。重要的部分包括：電源的分割;內存的時(shí)鐘線(xiàn)，控制線(xiàn)和數據線(xiàn)的長(cháng)度要求;高速差分線(xiàn)的布線(xiàn)等等。

　　A項目中使用內存芯片實(shí)現了1G大小的DDR memory，針對這個(gè)部分的布線(xiàn)是非常關(guān)鍵的，要考慮到控制線(xiàn)和地址線(xiàn)的拓撲分布，數據線(xiàn)和時(shí)鐘線(xiàn)的長(cháng)度差別控制等方面，在實(shí)現的過(guò)程中，根據芯片的數據手冊和實(shí)際的工作頻率可以得出具體的布線(xiàn)規則要求，比如同一組內的數據線(xiàn)長(cháng)度相差不能超過(guò)多少個(gè)mil，每個(gè)通路之間的長(cháng)度相差不能超過(guò)多少個(gè)mil等等。

　　當這些要求確定后就可以明確要求PCB設計人員來(lái)實(shí)現了，如果設計中所有的重要布線(xiàn)要求都明確了，可以轉換成整體的布線(xiàn)約束，利用CAD中的自動(dòng)布線(xiàn)工具軟件來(lái)實(shí)現PCB設計，這也是在高速PCB設計中的一個(gè)發(fā)展趨勢。

　　4、檢查和調試

　　當準備調試一塊板的時(shí)候，一定要先認真的做好目視檢查，檢查在焊接的過(guò)程中是否有可見(jiàn)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(wèn)題，然后用萬(wàn)用表測量各個(gè)電源到地的電阻，以檢查是否有短路，這個(gè)好習慣可以避免貿然上電后損壞單板。

　　調試的過(guò)程中要有平和的心態(tài)，遇見(jiàn)問(wèn)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，要堅信“凡事都是有辦法解決的”和“問(wèn)題出現一定有它的原因”，這樣最后一定能調試成功。

　　小結分享

　　賽億方案十三年電子產(chǎn)品硬件及嵌入式軟件開(kāi)發(fā)設計經(jīng)驗，累計開(kāi)發(fā)產(chǎn)品電子應用設計完成5000多個(gè)方案設計;目前為客戶(hù)提供理念超前的手機APP開(kāi)發(fā)、智能家居系統、電子技術(shù)、電子線(xiàn)路設計、PCB設計、電路板設計、單片機技術(shù)、智能控制、嵌入式系統等。如有產(chǎn)品方案開(kāi)發(fā)意向，期待您的來(lái)訪(fǎng)。