嵌入式开发设计步骤指南

2020-12-10

嵌入式系统是指基于微控制器的電(diàn)子产品。它们具有(yǒu)计算逻辑，存储器，通信，I / O外设，通常用(yòng)于特定功能(néng)。洗衣机是嵌入式系统。您的智能(néng)手机，安全访问系统，自动售货机以及可(kě)能(néng)的任何“智能(néng)”设备也是如此。 

嵌入式系统设计是硬件和固件设计人员共同从头构建嵌入式系统的过程。这涉及PCB设计，其中需要的组件被连接以构建功能(néng)電(diàn)路。為(wèi)了使電(diàn)子设备栩栩如生，对固件进行了编码，然后将其编程到微控制器中。 

嵌入式系统设计周期

创建原理(lǐ)图是嵌入式系统设计的阶段之一。

如果您没有(yǒu)一个好计划就解决嵌入式系统设计问题，那么它可(kě)能(néng)会令人不知所措。但是，系统的方法有(yǒu)助于将设计周期划分(fēn)為(wèi)可(kě)管理(lǐ)的阶段，从而可(kě)以进行适当的计划，执行和协作。

需求分(fēn)析

嵌入式系统设计的第一个关键阶段是收集和分(fēn)析产品需求并将其转变為(wèi)规格。您需要列出每一项要求，并与您的经理(lǐ)或客户进行澄清。 

I / O的数量和逻辑图并不仅仅是全部。对使用(yòng)情况和操作条件进行调查有(yǒu)助于确定嵌入式系统的正确规格。在室内环境下工作的嵌入式系统与需要在恶劣条件下可(kě)靠运行的嵌入式系统完全不同。 

原理(lǐ)图 

将需求转换為(wèi)规范后，硬件设计人员即可(kě)开始构建原理(lǐ)图。在此阶段，设计团队将需要為(wèi)電(diàn)路选择合适的微控制器和其他(tā)组件。

微控制器是嵌入式系统的心脏。在做出最终决定之前，需要考虑很(hěn)多(duō)因素，例如处理(lǐ)速度，内存，外围设备，功耗和成本。 

印刷電(diàn)路板

完成原理(lǐ)图后，下一个任務(wù)是為(wèi)嵌入式系统设计PCB。PCB设计是一个微妙的过程，设计人员需要在功能(néng)，可(kě)制造性和可(kě)靠性方面应用(yòng)最佳实践。 

当您使用(yòng)高速微控制器和/或混合信号電(diàn)路时，PCB设计变得复杂。高速设计引起诸如EMI之类的问题，而混合信号设计则需要适当的接地隔离和噪声耦合缓解措施。

原型

在PCB布局通过DRC测试并且没有(yǒu)错误之后，您需要完成原型。许多(duō)供应商(shāng)都提供小(xiǎo)批量的原型，这不是问题。

固件开发

硬件只是嵌入式系统设计方程式的一部分(fēn)。固件设计人员需要通过编码使硬件栩栩如生，以使其全部正常工作。可(kě)以通过使用(yòng)制造商(shāng)提供的现有(yǒu)驱动程序库和示例代码来加快此过程。 

尽管如此，开发固件仍然是一个耗时的过程，并且一行错误的代码行可(kě)能(néng)会导致数小(xiǎo)时的调试。 

测试与验收

在嵌入式系统设计被批准用(yòng)于制造或部署之前，它必须通过严格的测试。它不仅需要通过功能(néng)测试用(yòng)例，而且还必须对電(diàn)路进行可(kě)靠性测试，尤其是在接近极限的情况下。 

嵌入式系统设计中的挑战

PCB设计可(kě)以说是嵌入式系统设计中最关键的部分(fēn)。

显然，嵌入式系统设计的每个阶段都很(hěn)重要。但是，如果我发现有(yǒu)一个领域对于成功取得成功特别重要，那就是PCB设计。 

您可(kě)以使用(yòng)固件修订版来修复错误和其他(tā)代码问题，但是在制造PCB时，任何错误都将导致昂贵的补救和返工。因此，在為(wèi)嵌入式系统设计PCB时，必须仔细设计和测试。 

通过执行严格的设计规则，可(kě)以防止或减少诸如EMI之类的问题。可(kě)以通过在PCB布局上进行热分(fēn)析来解决可(kě)能(néng)会缩短组件寿命的问题。

当今的嵌入式设计通常超出了電(diàn)子产品的范围。您还需要确保设计完全适合外壳。这需要ECAD / MCAD功能(néng)，这两个领域的设计人员都可(kě)以在同一工作空间中进行实时无缝协作。