嵌入式微处理器系统及应用-Chapter7-嵌入式硬件系统开发流程

嵌入式微处理器系统及应用第七章 嵌入式硬件系统开发流程

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概述嵌入式系统产品都是软硬件的结合 体，嵌入式系统开发的最大特点就是需 要软硬件综合开发，并且嵌入式软件是 针对相应的嵌入式硬件开发的，是专用 的。因此嵌入式系统硬件的设计开发是 嵌入式系统开发中的一个环节(或组成 部分),需要在各个阶段与系统的总体 设计相结合，综合考虑，并处理好与软 件开发的关系。电子科技大学嵌入式软件工程中心

概述嵌入式系统的总体开发流程概述

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主要内容 嵌入式硬件系统开发流程 32位嵌入式系统的设计原则

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嵌入式硬件系统开发流程

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嵌入式硬件系统开发流程 硬件分配需求 硬件分配需求通常是嵌入式系统的产品部门根据客户 或者市场的需求，确定的有关产品硬件方面的功能和特性， 其内容一般包括： 1)外部接口的种类：比如USB接口、串口、网络接口 等； 2)接口特性：比如USB应符合USB1.1规范还是USB2.0 规范，串口采用RS232还是RS422,网络接口是10Mbps还是 100Mbps或者甚至是1000Mbps; 3)外设的型号、规格：比如LCD显示屏的型号是什么， 分辨率是多少，是彩色还是单色，以及支持的颜色数等； 键盘是4×4的矩阵，还是8×8的矩阵；打印机的型号是什 么？是喷墨式、针式还是热敏式，等等。电子科技大学嵌入式软件工程中心

嵌入式硬件系统开发流程 电路图规划根据硬件分配需求的要求，对器件资源进行规划，并 编写“硬件规格书”。 – 确定微处理器的接口资源是否满足需要 – 确定微处理器对ROM、RAM容量和速度的支持是否满 足需要 – 微处理器通用输入输出接口分配 – 中断分配 – 微处理器外围芯片规划电子科技大学嵌入式软件工程中心

嵌入式硬件系统开发流程 器件选型 根据该系统对功能和性能的需求，寻找符合 功能的器件。一般每个公司都会有自己的器件库， 如果所用器件已经存在于数据库中，则可以直接 选取。如果没有，则可以通过咨询代理商、经销 商、互联网查询等方式来选择需要的器件。 在这个过程中，首先要选择的是硬件系统的 核心：嵌入式微处理器，之后再根据选定的处理 器的情况来选择其他器件电子科技大学嵌入式软件工程中心

嵌入式硬件系统开发流程 原理图设计 原理图的设计原则主要遵从先整体、后 局部的原则，先确定需要分成哪些模块， 然后再进行细化。这样不但能使系统结构 清晰，独立的模块也可以为以后的设计

所 使用，从而提高工作效率

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嵌入式硬件系统开发流程 原理图设计—常用工具– PADS logic – Dxdesigner – Orcad capture – Protel99

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嵌入式硬件系统开发流程 原理图复查– 设计正确性。检查各器件的连线是否正确，外围器件 是否有遗漏，模块之间的连接关系是否正确，器件之 间的网络名是否一致 设计完整性。检查需要的功能是否都已实现 设计的可靠性。检查选择器件的参数是否满足实际要 求，如电容耐压值、电阻功率值、二三极管电流值、 存储器工作速度等选择是否合理，避免出现过热、过 压、超频等问题，导致系统失效 电磁兼容的考虑。检查是否有针对电磁兼容增加或预 留部分器件，以帮助解决电磁兼容问题。比如电源部 分是否采用磁珠进行滤波，芯片电源引脚是否放置去 耦电容，微处理器地址线、控制线是否添加串联电阻 电子科技大学嵌入式软件工程中心 等

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嵌入式硬件系统开发流程 PCB图设计PCB的设计需要遵从先复杂后简单的原则进行 设计。先将设计中最复杂的部分或者难度最大的 部分现行设计，这样可以保证布局、走线最合理， 性能也能够达到最优化。例如一个设计中的CPU部 分(包括CPU,外部存储器等)就应该优先进行设 计。

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嵌入式硬件系统开发流程 PCB图设计—常用工具– PADS layout – Orcad Layout plus – Protel99

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嵌入式硬件系统开发流程 PCB图设计步骤– 确定PCB机构尺寸 – 从原理图设计软件生成网络表并导入PCB设计 软件 – 器件布局。采用先核心器件，后外围器件的原 则进行 – 布线。对于核心器件和高速信号要优先进行布 线 – 后处理。主要包括修改不合理的走线或者多余 的走线；电源层平面分割；铺铜；排列文字； 添加各种表示符号等电子科技大学嵌入式软件工程中心

嵌入式硬件系统开发流程 PCB图复查– 布局。比如器件之间的间距是否过小或过大， 器件距离板边是否过近，芯片和其他器件的布 局是否利于焊接维护，接口器件的方向是否正 确，相关器件是否放置较为靠近等 – 走线。走线是否有直角，走线上是否有多余的 过孔或不必要的转角，走线是否根据电流的不 同而更改粗细，走线分叉部分是否尽量短，多 颗芯片共用走线是否尽量以菊花链的方式连接 等电子科技大学嵌入式软件工程中心

嵌入式硬件系统开发流程 PCB制板 PCB图经过检查无误后，生成gerber文 件，然后将此文件发送给PCB厂商进行PCB 制作。生成gerber文件的作

用一是可以对 原设计文件进行保密，二是在该文件中各 项设计参数的标注是明确的，避免引起PCB 厂商对设计的误解

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嵌入式硬件系统开发流程 器件采购、备料– 在PCB的制作过程中，可同时根据原理图生成相应的 BOM(Bill Of Material)即原材料清单，然后根据 BOM清单进行器件采购工作，之后再根据所需的数量 进行器件的备料，等待PCB板制作完成后即可进行焊 接工作 – BOM清单中包含了器件的详细信息，包括器件名称、 说明、以前采购的价格及供应商名称等。另外在焊接 时可对照BOM清单进行器件焊接，清晰、直观、不易 出错

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嵌入式硬件系统开发流程 BOM清单示例

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嵌入式硬件系统开发流程 PCB焊接及调试 PCB制作完成后，硬件工程师需要对PCB板进行初步的 检查，主要是检查电源是否存在短路问题，特别是对设计 后第一次制作的PCB板更应注意。接下来首先焊接电源部 分并检查电压是否正常，如没有问题则可以进行其他器件 的焊接。焊接完成后需要再次进行检查，主要是看系统的 各种电压是否与设计值一致，时钟是否正常，复位信号是 否正常。 编写简单的硬件驱动软件，也可以对硬件是否正常工 作进行测试，此时需要对整个系统的信号完整性进行分析 测量，确保各个器件的实际工作电压、电流值在设计规定 的范围之内，器件的工作时序满足要求等电子科技大学嵌入式软件工程中心

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