1、產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程硬件開發(fā)l 課程簡(jiǎn)介: 本課程以產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程為主線，詳細(xì)講解產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中的各個(gè)環(huán)節(jié)，幫助學(xué)員理解產(chǎn)品開發(fā)流程，樹立按流程辦事和流程優(yōu)化的思想，更好地開展工作。l 適合對(duì)象：硬件研發(fā)類新員工l 培訓(xùn)目標(biāo)：學(xué)完本課程后，學(xué)員能夠達(dá)到：了解產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程，并在實(shí)際工作中能夠按流程辦事。l 課程要點(diǎn)：硬件工程師職責(zé)與基本技能硬件開發(fā)規(guī)范化管理的重要性硬件開發(fā)過程及文檔規(guī)范詳解與硬件開發(fā)相關(guān)的流程文件介紹 產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程硬件開發(fā)第一章 硬件工程師職責(zé)與基本技能第一節(jié) 硬件工程師職責(zé)一個(gè)技術(shù)領(lǐng)先、運(yùn)行可靠的硬件平臺(tái)是公司產(chǎn)品質(zhì)量的基礎(chǔ)，硬件工程師職責(zé)神圣，責(zé)任重大。1、 硬件工程師應(yīng)勇于嘗試新的

2、先進(jìn)技術(shù)之應(yīng)用，在產(chǎn)品硬件設(shè)計(jì)中大膽創(chuàng)新。2、 堅(jiān)持采用開放式的硬件架構(gòu)，把握硬件技術(shù)的主流和未來(lái)發(fā)展，在設(shè)計(jì)中考慮將來(lái)的技術(shù)升級(jí)。3、 充分利用公司現(xiàn)有的成熟技術(shù)，保持產(chǎn)品技術(shù)上的繼承生。4、 在設(shè)計(jì)中考慮成本，控制產(chǎn)品的性能價(jià)格比達(dá)到最優(yōu)。5、 技術(shù)開放，資源共享，促進(jìn)公司整體的技術(shù)提升。第二節(jié) 硬件工程師的基本素質(zhì)與技術(shù)硬件工程師應(yīng)掌握如下基本技能：1、 由需求分析至總體方案、詳細(xì)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)創(chuàng)造能力；2、 熟練運(yùn)用設(shè)計(jì)工具，設(shè)計(jì)原理圖，EPLD，F(xiàn)PGA調(diào)試程序的能力；3、 運(yùn)用仿真設(shè)備，示波器，邏輯分析儀調(diào)測(cè)硬件的能力；4、 掌握常用的標(biāo)準(zhǔn)電路的設(shè)計(jì)能力，如CPU電路，WDT電路，濾波

3、電路，高速信號(hào)傳輸線的匹配電路等；5、 故障定位，解決問題的能力；6、 文檔的寫作能力；7、 接觸供應(yīng)商，保守公司機(jī)密的技能。第二章 硬件開發(fā)規(guī)范化管理 第一節(jié) 硬件開發(fā)規(guī)范化管理的重要性在公司的規(guī)范化管理中，硬件開發(fā)的規(guī)范化是一項(xiàng)重要內(nèi)容。硬件開發(fā)規(guī)范化管理是在公司的硬件開發(fā)流程及相關(guān)的硬件開發(fā)文檔編制規(guī)范，PCB投板流程等文件中規(guī)劃的。硬件開發(fā)流程是指導(dǎo)硬件工程師按規(guī)范化方式進(jìn)行開發(fā)的準(zhǔn)則，規(guī)范了硬件開發(fā)的全過程。硬件開發(fā)流程制定的目的是規(guī)范硬件開發(fā)過程控制，硬件開發(fā)質(zhì)量，確保硬件開發(fā)能按預(yù)定目的完成。 硬件開發(fā)流程不但規(guī)范化了硬件開發(fā)的全過程，同時(shí)也從總體上，規(guī)定了硬件開發(fā)所完成的任務(wù)。

4、做為一名硬件工程師深刻領(lǐng)會(huì)硬件開發(fā)流程中各項(xiàng)內(nèi)容，在日常工作中自覺按流程辦事，是非常重要的，否則若大一個(gè)公司就會(huì)走向混亂。所有硬件工程師應(yīng)把學(xué)流程、按流程辦事、發(fā)展完善流程、監(jiān)督流程的執(zhí)行作為自己的一項(xiàng)職責(zé)，為公司的管理規(guī)范化做出的貢獻(xiàn)。總之，硬件開發(fā)流程是硬件工程師規(guī)范日常開發(fā)工作的重要依據(jù)，全體硬件工程師必須認(rèn)真學(xué)習(xí)。第二節(jié) 硬件開發(fā)過程詳解 硬件開發(fā)過程對(duì)硬件開發(fā)的全過程進(jìn)行了科學(xué)分解，規(guī)范了硬件開發(fā)的五大任務(wù)，也劃分硬件開發(fā)的五大階段。1、 硬件需求分析2、 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)3、 硬件開發(fā)及過程控制4、 系統(tǒng)聯(lián)調(diào)5、 文檔歸檔及驗(yàn)收申請(qǐng) 硬件開發(fā)真正起始應(yīng)在立項(xiàng)后，即接到立項(xiàng)任務(wù)書后，但在

5、實(shí)際工作中，許多項(xiàng)目在立項(xiàng)之前已做了大量硬件設(shè)計(jì)工作。立項(xiàng)完成后，項(xiàng)目組就已有了產(chǎn)品規(guī)格說(shuō)明書，系統(tǒng)需求說(shuō)明書及項(xiàng)目總體方案書，這些文件都已進(jìn)行過評(píng)審。1、 硬件需求分析 項(xiàng)目組接到任務(wù)后，首先要做的硬件開發(fā)工作就是要進(jìn)行硬件需求分析，撰寫硬件需求規(guī)格說(shuō)明書。硬件需求分析在整個(gè)產(chǎn)品開發(fā)過程中是非常重要的一環(huán)，硬件工程師更應(yīng)對(duì)這一項(xiàng)內(nèi)容加以重視。 一項(xiàng)產(chǎn)品的性能往往是由軟件和硬件共同完成的，哪些是由硬件完成，哪些是由軟件完成，項(xiàng)目組必須在需求時(shí)加以細(xì)致考慮。硬件需求分析還可以明確硬件開發(fā)任務(wù)。并從總體上論證現(xiàn)在的硬件水平，包括公司的硬件技術(shù)水平是否滿足需求。 硬件需求分析主要有以下內(nèi)容：l 系統(tǒng)

6、運(yùn)行環(huán)境及使用說(shuō)明l 基本配置及其互連方法l 硬件整體系統(tǒng)的基本功能和主要性能指標(biāo)l 硬件分系統(tǒng)的基本功能和主要功能指標(biāo)l 功能模塊的劃分l 關(guān)鍵技術(shù)的攻關(guān)l 外購(gòu)硬件的名稱型號(hào)、生產(chǎn)單位、主要技術(shù)指標(biāo)l 主要儀器設(shè)備l 內(nèi)部合作，對(duì)外合作，國(guó)內(nèi)外同類產(chǎn)品的硬件技術(shù)介紹l 可靠性、穩(wěn)定性、電磁兼容討論l 電源、工藝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)l 硬件測(cè)試方案進(jìn)行完硬件需求分析后，撰寫硬件需求說(shuō)明書。硬件需求說(shuō)明書不但給出項(xiàng)目硬件開發(fā)總的任務(wù)框架，也引導(dǎo)項(xiàng)目組對(duì)開發(fā)任務(wù)有更深入的和具體的分析，更好地來(lái)制定開發(fā)計(jì)劃。硬件需求說(shuō)明書是描寫硬件開發(fā)目標(biāo)，基本功能，基本配置，主要性能指標(biāo)，運(yùn)行環(huán)境，約束條件以及開發(fā)經(jīng)費(fèi)和進(jìn)

7、度等要求，它的要求依據(jù)是產(chǎn)品規(guī)格說(shuō)明書和系統(tǒng)需求說(shuō)明書。它是硬件總體設(shè)計(jì)和制訂硬件開發(fā)計(jì)劃的依據(jù)。 硬件需求說(shuō)明書的具體編寫的內(nèi)容有：系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境及使用說(shuō)明，硬件整體系統(tǒng)的基本功能和主要性能指標(biāo)，硬件分系統(tǒng)的基本功能和主要性能指標(biāo)以及功能模塊的劃分等。2、 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)硬件需求分析完成后，項(xiàng)目組即可進(jìn)行硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)。硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)是把整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)一步具體化。硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要任務(wù)就是從總體上進(jìn)一步劃分各單板的功能以及硬件的總體結(jié)構(gòu)描述，規(guī)定各單板間的接口及有關(guān)的技術(shù)指標(biāo)。硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要有下列內(nèi)容：l 系統(tǒng)功能及功能指標(biāo)l 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖及功能劃分l 單板命名l 系統(tǒng)邏輯框圖l 組成系統(tǒng)各功能塊的

8、邏輯框圖，電路結(jié)構(gòu)圖及單板組成l 單板邏輯框圖和電路結(jié)構(gòu)圖l 關(guān)鍵技術(shù)討論l 關(guān)鍵器件在硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段需要撰寫硬件總體設(shè)計(jì)報(bào)告。硬件總體設(shè)計(jì)報(bào)告是根據(jù)需求說(shuō)明書的要求進(jìn)行總體設(shè)計(jì)后出的報(bào)告，它是硬件詳細(xì)設(shè)計(jì)的依據(jù)。編寫硬件總體設(shè)計(jì)報(bào)告應(yīng)包含以下內(nèi)容：系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)及功能劃分，系統(tǒng)邏輯框圖，組成系統(tǒng)各功能模塊的邏輯框圖，電路結(jié)構(gòu)圖及單板組成，單板邏輯框圖和電路結(jié)構(gòu)圖，以及可靠性，安全性，電磁兼容性討論和硬件測(cè)試方案等。硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)是最重要的環(huán)節(jié)之一。系統(tǒng)設(shè)計(jì)不好，可能出現(xiàn)致命的問題，造成的損失有許多是無(wú)法挽回。另外，系統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)各個(gè)單板的任務(wù)以及相關(guān)的關(guān)系進(jìn)一步明確，單板的設(shè)計(jì)要以系統(tǒng)設(shè)計(jì)為依據(jù)。

9、而產(chǎn)品的好壞特別是系統(tǒng)的設(shè)計(jì)合理性、科學(xué)性、可靠性、穩(wěn)定性與系統(tǒng)設(shè)計(jì)關(guān)系密切。一個(gè)好的產(chǎn)品，特別是大型復(fù)雜產(chǎn)品，系統(tǒng)方案進(jìn)行反復(fù)論證是不可缺少的。只有經(jīng)過多次反復(fù)論證的方案，才可能成為好方案。硬件需求分析和硬件總體設(shè)計(jì)完成后，項(xiàng)目評(píng)審委員會(huì)要對(duì)其進(jìn)行評(píng)審。審查包括兩部分，一是對(duì)有關(guān)文檔的格式，內(nèi)容的科學(xué)性，描述的準(zhǔn)確性以及詳簡(jiǎn)情況進(jìn)行審查。再就是對(duì)總體設(shè)計(jì)中技術(shù)合理性、可行性等進(jìn)行審查。如果評(píng)審不能通過，項(xiàng)目組必須對(duì)自己的方案重新進(jìn)行修訂。3、 硬件開發(fā)及過程控制硬件總體方案通過后，即可著手關(guān)鍵器件的申購(gòu)，主要工作由項(xiàng)目組來(lái)完成，計(jì)劃辦總體辦進(jìn)行把關(guān)。關(guān)鍵元器件往往是一個(gè)項(xiàng)目能否順利實(shí)施的重要

10、目標(biāo)。關(guān)鍵器件落實(shí)后，即要進(jìn)行結(jié)構(gòu)與電源設(shè)計(jì)、單板總體設(shè)計(jì)。結(jié)構(gòu)與電源設(shè)計(jì)由其它項(xiàng)目組或部門來(lái)協(xié)作完成，項(xiàng)目組必須準(zhǔn)確地把自己的需求寫成任務(wù)書，經(jīng)批準(zhǔn)后送達(dá)相關(guān)項(xiàng)目組或部門。單板總體設(shè)計(jì)需要項(xiàng)目組與CAD組配合完成。單板總體設(shè)計(jì)過程中，對(duì)電路板的布局、走線的速率、線間干擾以及EMI等的設(shè)計(jì)應(yīng)與CAD組合作。CAD組可利用相應(yīng)分析軟件進(jìn)行輔助分析。單板總體設(shè)計(jì)主要包括下列內(nèi)容：l 單板在整機(jī)中的位置l 單板功能描述l 單板尺寸l 單板邏輯圖及各功能模塊說(shuō)明l 單板軟件功能描述l 單板軟件功能模塊劃分l 接口定義及與相關(guān)板的關(guān)系l 重要性能指標(biāo)、功耗及采用標(biāo)準(zhǔn)l 開發(fā)用儀器儀表等在單板的總體設(shè)計(jì)方

11、案定下來(lái)之后應(yīng)出單板總體設(shè)計(jì)方案書這份文檔，單板總體設(shè)計(jì)方案應(yīng)包含以下內(nèi)容：?jiǎn)伟灏姹咎?hào)，單板在整機(jī)中的位置，開發(fā)目的及主要功能，單板功能描述，單板邏輯框圖及各功能模塊說(shuō)明，單板軟件功能描述及功能模塊劃分，接口簡(jiǎn)單定義與相關(guān)板的關(guān)系，主要性能指標(biāo)，功耗和采用標(biāo)準(zhǔn)。每個(gè)單板都要有總體設(shè)計(jì)方案，且要經(jīng)過項(xiàng)目評(píng)審委員會(huì)評(píng)審。只有單板總體方案評(píng)審?fù)ㄟ^后，才可以進(jìn)行單板詳細(xì)設(shè)計(jì)。單板詳細(xì)設(shè)計(jì)包括兩大部分：l 單板軟件詳細(xì)設(shè)計(jì)l 單板硬件詳細(xì)設(shè)計(jì)其中單板硬件詳細(xì)設(shè)計(jì)應(yīng)包括下列部分：l 單板整體功能的準(zhǔn)確描述l 模塊的精心劃分l 接口的詳細(xì)設(shè)計(jì)l 關(guān)鍵元器件的功能描述及評(píng)審，元器件的選擇l 符合規(guī)范的原理圖及

12、PCB圖l 對(duì)PCB板的測(cè)試及調(diào)試計(jì)劃在單板硬件進(jìn)入到詳細(xì)設(shè)計(jì)階段，應(yīng)提交單板硬件詳細(xì)設(shè)計(jì)報(bào)告。在單板硬件詳細(xì)設(shè)計(jì)中應(yīng)著重體現(xiàn)：?jiǎn)伟暹壿嬁驁D及各功能模塊詳細(xì)說(shuō)明，各功能模塊實(shí)現(xiàn)方式，地址分配，控制方式，接口方式，存儲(chǔ)器空間，中繼方式，接口管腳信號(hào)詳細(xì)定義，時(shí)序說(shuō)明，性能指標(biāo)，指示燈說(shuō)明，外接線定義，可編程器件圖，功能模塊說(shuō)明，原理圖，詳細(xì)物料清單以及單板測(cè)試，調(diào)試計(jì)劃。有時(shí)候一塊單板的硬件和軟件分別由兩個(gè)開發(fā)人員開發(fā)，因此這時(shí)單板硬件詳細(xì)設(shè)計(jì)便為軟件設(shè)計(jì)者提供一人詳細(xì)的指導(dǎo)，因此單板硬件詳細(xì)設(shè)計(jì)報(bào)告至關(guān)重要。尤其是地址分配、控制方式、接口方式、中斷方式是編制單板軟件的基礎(chǔ)，一定要詳細(xì)寫出。單板

13、硬件的詳細(xì)設(shè)計(jì)報(bào)告，則要項(xiàng)目評(píng)審委員會(huì)與CAD組聯(lián)合進(jìn)行審查，如果審查通過，方可進(jìn)行PCB板設(shè)計(jì)，如果通不過，則返回硬件需求分析處，重新進(jìn)行整個(gè)過程。這樣做的目的在于讓項(xiàng)目組重新審查一下，某個(gè)單板詳細(xì)設(shè)計(jì)通不過，是否會(huì)引起項(xiàng)目整體設(shè)計(jì)的改動(dòng)。如單板詳細(xì)設(shè)計(jì)報(bào)告通過，項(xiàng)目組一邊要與生產(chǎn)、商務(wù)部門配合準(zhǔn)備單板物料申購(gòu)，一方面進(jìn)行PCB板設(shè)計(jì)。PCB板設(shè)計(jì)需要項(xiàng)目組與CAD組配合進(jìn)行，PCB原理圖是由項(xiàng)目組完成的，而PCB畫板和投板的管理工作都由CAD組完成。PCB投板有專門的PCB樣板流程。PCB板設(shè)計(jì)完成后，就要進(jìn)行單板硬件過程調(diào)試，調(diào)試過程中要注意多記錄、總結(jié)，勤于整理，寫出單板硬件過程調(diào)試文

14、檔，以便管理階層了解進(jìn)度，進(jìn)行考評(píng)，另外也給其他相關(guān)工程師留下一份有參考價(jià)值的技術(shù)文檔。如果PCB測(cè)試不通過，要重新投板，則要由項(xiàng)目評(píng)審委員會(huì)與CAD組聯(lián)合決定。每次所投PCB板時(shí)應(yīng)制作單板硬件過程調(diào)試文檔，這份文檔應(yīng)包括以下內(nèi)容：?jiǎn)伟逵布δ苣K劃分，單板硬件各模塊調(diào)試進(jìn)度，調(diào)試中出現(xiàn)的問題及解決方法，原始數(shù)據(jù)記錄，系統(tǒng)方案修改說(shuō)明，單板方案修改說(shuō)明，器件改換說(shuō)明，原理圖，PCB圖修改說(shuō)明，可編程器件修改說(shuō)明，調(diào)試工作階段總結(jié)，調(diào)試進(jìn)展說(shuō)明，下階段調(diào)試計(jì)劃以及測(cè)試方案的修改。在單板調(diào)試完成之后，申請(qǐng)內(nèi)部驗(yàn)收之前，項(xiàng)目組應(yīng)先進(jìn)行自測(cè)。項(xiàng)目組要把單板放到相應(yīng)環(huán)境進(jìn)行單板硬件測(cè)試，以確保每個(gè)功能都

15、能實(shí)現(xiàn)，每項(xiàng)指標(biāo)都能滿足。自測(cè)完畢應(yīng)出單板硬件測(cè)試文檔。單板硬件測(cè)試文檔包括以下內(nèi)容：?jiǎn)伟骞δ苣K劃分，各功能模塊設(shè)計(jì)輸入輸出信號(hào)及性能參數(shù)，各功能模塊測(cè)試點(diǎn)確定，各測(cè)試參考點(diǎn)實(shí)測(cè)原始記錄及分析，板內(nèi)高速信號(hào)線測(cè)試原始記錄及分析，系統(tǒng)I/O口信號(hào)線測(cè)試原始記錄及分析，整板性能測(cè)試結(jié)果分析。4、系統(tǒng)聯(lián)調(diào)在結(jié)構(gòu)電源、單板軟硬件都已完成開發(fā)后，就可以進(jìn)行系統(tǒng)聯(lián)調(diào)。系統(tǒng)聯(lián)調(diào)是整機(jī)性能提高，穩(wěn)定的重要環(huán)節(jié)，認(rèn)真周到的系統(tǒng)聯(lián)調(diào)可以發(fā)現(xiàn)各單板以及整體設(shè)計(jì)的不足，也是驗(yàn)證設(shè)計(jì)目的是否達(dá)到的唯一方法。只有對(duì)各種可能的環(huán)節(jié)驗(yàn)證到才能保證機(jī)器走向市場(chǎng)后工作的可靠性和穩(wěn)定性。在整個(gè)系統(tǒng)聯(lián)調(diào)過程要進(jìn)行詳細(xì)記錄，必須撰寫

16、系統(tǒng)聯(lián)調(diào)報(bào)告。系統(tǒng)聯(lián)調(diào)報(bào)告包括這些內(nèi)容：系統(tǒng)功能模塊劃分，系統(tǒng)功能模塊調(diào)試進(jìn)展，系統(tǒng)接口信號(hào)的測(cè)試原始記錄及分析，系統(tǒng)聯(lián)調(diào)中出現(xiàn)問題及解決，調(diào)試技巧集錦，整機(jī)性能評(píng)估等。系統(tǒng)聯(lián)調(diào)后，必須經(jīng)項(xiàng)目評(píng)審委員會(huì)對(duì)聯(lián)調(diào)結(jié)果進(jìn)行評(píng)審，看是不是符合設(shè)計(jì)要求。如果不符合設(shè)計(jì)要求將要返回去進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。5、文檔歸檔及驗(yàn)收申請(qǐng)如果系統(tǒng)聯(lián)調(diào)通過，項(xiàng)目組要進(jìn)行文件歸檔，把應(yīng)該歸檔的文件準(zhǔn)備好，經(jīng)項(xiàng)目評(píng)審委員會(huì)評(píng)審，如果文件歸檔評(píng)審?fù)ㄟ^，才可進(jìn)行內(nèi)部驗(yàn)收。當(dāng)內(nèi)部驗(yàn)收通過及轉(zhuǎn)中試，硬件項(xiàng)目完成開發(fā)過程。第三章 與硬件開發(fā)相關(guān)的流程的簡(jiǎn)單介紹與硬件開發(fā)相關(guān)的流程主要有下列幾個(gè)：l 項(xiàng)目立項(xiàng)流程l 項(xiàng)目實(shí)施管理流程l 軟件開

17、發(fā)流程l 系統(tǒng)測(cè)試工作流程l 中試接口流程l 內(nèi)部接收流程1、 項(xiàng)目立項(xiàng)流程 是為了加強(qiáng)立項(xiàng)管理及立項(xiàng)的科學(xué)性而制定的。其中包括立項(xiàng)的論證，審核分析，以期做到合理進(jìn)行開發(fā)，合理理行資源分配，并對(duì)該立項(xiàng)前的預(yù)研過程進(jìn)行規(guī)范和管理。立項(xiàng)時(shí)，對(duì)硬件的開發(fā)方案的審查是重要內(nèi)容。2、項(xiàng)目實(shí)施管理流程 主要定義和說(shuō)明項(xiàng)目在立項(xiàng)后進(jìn)行項(xiàng)目系統(tǒng)分析和總體設(shè)計(jì)以及軟硬件開發(fā)和內(nèi)部驗(yàn)收等過程和接口，并指出了開發(fā)過程中需形成的各種文檔。該流程包含著硬件開發(fā)，軟件開發(fā)，結(jié)構(gòu)和電源開發(fā)，物料申購(gòu)并各分流程。3、軟件開發(fā)流程 與硬件開發(fā)流程相對(duì)應(yīng)是軟件開發(fā)流程，軟件開發(fā)流程是對(duì)大型系統(tǒng)軟件開發(fā)規(guī)范化管理文件，流程目的在對(duì)

18、軟件開發(fā)實(shí)施有效的計(jì)劃和管理，從而進(jìn)一步提高軟件開發(fā)的工程化，系統(tǒng)化水平，提高公司軟件產(chǎn)品質(zhì)量和文檔管理水平，以保證軟件開發(fā)的規(guī)范性和繼承性。軟件開發(fā)與硬件開發(fā)密切聯(lián)系在一起的。一個(gè)系統(tǒng)軟件和硬件是相互關(guān)聯(lián)的。4、系統(tǒng)測(cè)試工作流程 該流程規(guī)定了在開發(fā)過程中系統(tǒng)測(cè)試過程，描述了系統(tǒng)測(cè)試所要執(zhí)行的功能，輸入，輸出的文件以及有關(guān)的檢查評(píng)審點(diǎn)。它規(guī)范了系統(tǒng)測(cè)試工作的行為，以提高系統(tǒng)測(cè)試的可控性，從而為系統(tǒng)質(zhì)量保證提供一個(gè)重要手段。 項(xiàng)目立項(xiàng)完成，成立項(xiàng)目組的同時(shí)要成立對(duì)應(yīng)的測(cè)試項(xiàng)目組。在整個(gè)開發(fā)過程中，測(cè)試可分為三個(gè)階段，單元測(cè)試，集成測(cè)試，系統(tǒng)測(cè)試。測(cè)試的主要對(duì)象為軟件系統(tǒng)。5、中試接口流程 中試涉

19、及到研發(fā)部與中試部開發(fā)全過程。研發(fā)部在項(xiàng)目立項(xiàng)審核或項(xiàng)目立項(xiàng)后以書面文件通知中試部，中試部以此來(lái)確定是否參與該項(xiàng)目的測(cè)試及中試準(zhǔn)備的相關(guān)人選，并在方案評(píng)審階段參與進(jìn)來(lái)對(duì)產(chǎn)品的工藝，結(jié)構(gòu)，兼容性及可生產(chǎn)性等問題進(jìn)行評(píng)審，在產(chǎn)品開發(fā)的后期，項(xiàng)目組將中試的相關(guān)資料備齊，提交新產(chǎn)品準(zhǔn)備中試聯(lián)絡(luò)單，由項(xiàng)目評(píng)審委員會(huì)審核后，提交中試部進(jìn)行中試準(zhǔn)備，在項(xiàng)目?jī)?nèi)部驗(yàn)收后轉(zhuǎn)中試，在中試過程中出現(xiàn)的中試問題，由中試部書面通知反饋給項(xiàng)目組，進(jìn)行設(shè)計(jì)調(diào)整直至中試通過。 由上可出中試將在產(chǎn)品設(shè)計(jì)到驗(yàn)收后整個(gè)過程都將參與，在硬件開發(fā)上，也有許多方面要提早與中試進(jìn)行聯(lián)系，甚至中試部直接參與有關(guān)的硬件開發(fā)和測(cè)試工程。6、內(nèi)部驗(yàn)

20、收流程 制定的目的是加強(qiáng)內(nèi)部驗(yàn)收的規(guī)范化管理，加強(qiáng)設(shè)計(jì)驗(yàn)證的控制，確保產(chǎn)品開發(fā)盡快進(jìn)行中試和生產(chǎn)并順利推向市場(chǎng)。項(xiàng)目完成開發(fā)工作和文檔及相關(guān)技術(shù)資料后，首先準(zhǔn)備測(cè)試環(huán)境，進(jìn)行自測(cè)，并向項(xiàng)目評(píng)審委員會(huì)遞交系統(tǒng)測(cè)試報(bào)告及項(xiàng)目驗(yàn)收申請(qǐng)表，項(xiàng)目評(píng)審委員會(huì)審核同意項(xiàng)目驗(yàn)收申請(qǐng)后，要求項(xiàng)目組確定測(cè)試項(xiàng)目，并編寫測(cè)試項(xiàng)目手冊(cè)。測(cè)試項(xiàng)目手冊(cè)要通過項(xiàng)目評(píng)審委員會(huì)組織的評(píng)審，然后才組成專家進(jìn)行驗(yàn)收。由上可見，硬件開發(fā)過程中，必須提前準(zhǔn)備好文檔及各種技術(shù)資料，同時(shí)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)就必須考慮到測(cè)試。案例分析：一個(gè)典型的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)上網(wǎng)時(shí)間 : 2005年03月01日在計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)和通信技術(shù)高速發(fā)展的同時(shí)，嵌入式

21、系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)也取得迅速發(fā)展，嵌入式技術(shù)應(yīng)用范圍的急劇擴(kuò)大。本文介紹了一種基于ARM和FPGA，從軟件到硬件完全自主開發(fā)多功能車輛總線(Multifunction Vehicle Bus)MVB嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn) 通常來(lái)說(shuō)，一個(gè)嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)過程如下： 1. 確定嵌入式系統(tǒng)的需求； 2. 設(shè)計(jì)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)：選擇處理器和相關(guān)外部設(shè)備，操作系統(tǒng)，開發(fā)平臺(tái)以及軟硬件的分割和總體系統(tǒng)集成； 3. 詳細(xì)的軟硬件設(shè)計(jì)和RTL代碼、軟件代碼開發(fā)； 4. 軟硬件的聯(lián)調(diào)和集成； 5. 系統(tǒng)的測(cè)試。一、步驟1：確定系統(tǒng)的需求： 嵌入式系統(tǒng)的典型特征是面向用戶、面向產(chǎn)品、面向應(yīng)用的，市場(chǎng)應(yīng)用

22、是嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的導(dǎo)向和前提。一個(gè)嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)取決于系統(tǒng)的需求。 1、MVB總線簡(jiǎn)介 列車通信網(wǎng)（Train Communication Network,簡(jiǎn)稱TCN）是一個(gè)集整列列車內(nèi)部測(cè)控任務(wù)和信息處理任務(wù)于一體的列車數(shù)據(jù)通訊的IEC國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)（IEC61375-1）, 它包括兩種總線類型絞線式列車總線(WTB)和多功能車廂總線(MVB)。 TCN在列車控制系統(tǒng)中的地位相當(dāng)與CAN總線在汽車電子中的地位。多功能車輛總線MVB是用于在列車上設(shè)備之間傳送和交換數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)通信介質(zhì)。附加在總線上的設(shè)備可能在功能、大小、性能上互不相同，但是它們都和MVB總線相連，通過MVB總線來(lái)交換信息，形成一個(gè)完

23、整的通信網(wǎng)絡(luò)。在MVB系統(tǒng)中，根據(jù)IEC613751列車通信網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)， MVB總線有如下的一些特點(diǎn)： 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：MVB總線的結(jié)構(gòu)遵循OSI模式，吸取了ISO的標(biāo)準(zhǔn)。支持最多4095個(gè)設(shè)備，由一個(gè)中心總線管理器控制。簡(jiǎn)單的傳感器和智能站共存于同一總線上。 數(shù)據(jù)類型：MVB總線支持三種數(shù)據(jù)類型： a.過程數(shù)據(jù)：過程變量表示列車的狀態(tài)，如速度、電機(jī)電流、操作員的命令。過程變量的值叫過程數(shù)據(jù)。它們的傳輸時(shí)間是確定的和有界的。為保證這一延遲時(shí)間，這些數(shù)據(jù)被周期性地傳送。 b.消息數(shù)據(jù)：消息被分成小的包，這些包分別被編號(hào)并由目的站確認(rèn)。消息包及與之相關(guān)的控制數(shù)據(jù)形成消息數(shù)據(jù)。消息數(shù)據(jù)以命令方式傳輸。功能消息

24、被應(yīng)用層所使用；服務(wù)消息用于列車通信系統(tǒng)自身的管理等。 c.監(jiān)視數(shù)據(jù)：是短的幀，主設(shè)備用它作同一總線內(nèi)設(shè)備的狀態(tài)校驗(yàn)、聯(lián)機(jī)設(shè)備的檢測(cè)、主權(quán)傳輸、列車初運(yùn)行和其它管理功能。 介質(zhì)訪問形式：MVB總線支持RS485銅介質(zhì)和光纖。其物理層的數(shù)據(jù)格式為1.5Mbps串行曼徹斯特編碼數(shù)據(jù)。 MVB的介質(zhì)訪問是由總線管理器BA進(jìn)行管理的，總線管理器BA是唯一的總線主設(shè)備，所有其它設(shè)備都是從設(shè)備。主設(shè)備按照某種預(yù)定的順序?qū)Χ丝谶M(jìn)行周期性輪詢，在周期的間隔中，主設(shè)備轉(zhuǎn)而處理偶發(fā)性請(qǐng)求。 可靠性措施：MVB容錯(cuò)措施包括 發(fā)送的完整性：鏈路層有擴(kuò)充的檢錯(cuò)機(jī)制，該機(jī)制提供的漢明碼距為8，可檢測(cè)位、幀和同步錯(cuò)誤。 故

25、障的獨(dú)立性：通常對(duì)銅介質(zhì)進(jìn)行完全雙份配置，以確保設(shè)備故障的獨(dú)立性。 發(fā)送的可用性：可用性可以通過介質(zhì)冗余、電源冗余、管理器冗余等措施得以提高。 2、MVB系統(tǒng)的基本需求如下： a. 完全與IEC-61375-1(TCN) 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)兼容，支持MVB總線定義的三種數(shù)據(jù)類型過程數(shù)據(jù)，消息數(shù)據(jù)，監(jiān)視數(shù)據(jù)。 b. 系統(tǒng)可配置成為： i. 總線管理器（BA）功能 ii. 總線管理器（BA）功能和通信功能 iii. 獨(dú)立的通信功能 c. 采用ARM7TDMI的處理器 d. 采用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng) e. 供TCN的實(shí)時(shí)協(xié)議棧協(xié)議（RTP） f. 支持 4096 邏輯端口的過程數(shù)據(jù) g. 支持與上位PC104主機(jī)的雙

26、口RAM接口 h. 輸入電壓5V i. 工作環(huán)境溫度：4075 3、其他需求 多功能車輛總線MVB系統(tǒng)與用戶的列車控制系統(tǒng)同步設(shè)計(jì)，有著嚴(yán)格的時(shí)間限制。 二、步驟2：設(shè)計(jì)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，協(xié)同分配硬件/軟件方面的要求 嵌入式系統(tǒng)包含硬件和軟件兩部分：硬件架構(gòu)上以嵌入式處理器為中心，配置存儲(chǔ)器、I/O設(shè)備、通信模塊等必要的外設(shè)；軟件部分以軟件開發(fā)平臺(tái)為核心，向上提供應(yīng)用編程接口（API），向下屏蔽具體硬件特性的板級(jí)支持包BSP。嵌入式系統(tǒng)中，軟件和硬件緊密配合，協(xié)調(diào)工作，共同完成系統(tǒng)預(yù)定的功能。根據(jù)OSI的七層模型可以確定鏈路層和物理層由硬件實(shí)現(xiàn)，其他各層由軟件實(shí)現(xiàn)，如圖1。 圖1：MVB的OSI

27、模型和MVB系統(tǒng)軟硬件劃分。1、嵌入式操作系統(tǒng)選擇： · 通常而言，為一個(gè)嵌入式系統(tǒng)選擇操作系統(tǒng)要考慮如下幾個(gè)因素： · 操作系統(tǒng)支持的微處理器 · 操作系統(tǒng)的性能 · 操作系統(tǒng)的軟件組件和設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序 · 操作系統(tǒng)的調(diào)試工具，開發(fā)環(huán)境、在線仿真器（ICE）、編譯器、匯編器、連接器、調(diào)試器以及模擬器等等 · 操作系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)兼容性 · 操作系統(tǒng)的技術(shù)支持程度 · 操作系統(tǒng)是提供源代碼還是目標(biāo)代碼 · 操作系統(tǒng)的許可使用情況 · 操作系統(tǒng)的開發(fā)者聲譽(yù)狀況 根據(jù)系統(tǒng)的需求和以上的原則，在MVB系統(tǒng)中采

28、用了Vxworks實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，VxWorks是風(fēng)河公司（Windriver）開發(fā)的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)之一，以其優(yōu)秀的可靠性、實(shí)時(shí)性及內(nèi)核的可裁減性，被廣泛應(yīng)用于通信、軍事、航天、航空、工業(yè)控制等關(guān)鍵行業(yè)領(lǐng)域，其開發(fā)環(huán)境為Tornado。 2、處理器的選擇： 在為嵌入式系統(tǒng)選擇處理器時(shí)需要考慮以下幾個(gè)方面： · 性能：處理器必須有足夠的性能執(zhí)行任務(wù)和支持產(chǎn)品生命周期。 · 工具支持：支持軟件創(chuàng)建、調(diào)試、系統(tǒng)集成、代碼調(diào)整和優(yōu)化工具對(duì)整體項(xiàng)目成功與否非常關(guān)鍵。 · 操作系統(tǒng)支持：嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用需要使用有幫助的抽象來(lái)減少其復(fù)雜性。 · 開發(fā)人員過去的處理器經(jīng)驗(yàn)：擁

29、有處理器或處理器系列產(chǎn)品的開發(fā)經(jīng)驗(yàn)可以減少可觀的學(xué)習(xí)新處理器、工具和技術(shù)的時(shí)間。 · 成本，功耗，產(chǎn)品上市時(shí)間，技術(shù)支持等等 在本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，綜合以上各方面的因素，考慮到處理器性能，操作系統(tǒng)支持以及列車上嚴(yán)酷的工業(yè)環(huán)境等等，在MVB系統(tǒng)中選用了ATMEL用于工業(yè)控制領(lǐng)域的工業(yè)級(jí)的AT91系列ARM處理器AT91M40800，它是基于ARM7TDMI內(nèi)核，內(nèi)含高性能的32位RISC處理器、16位高集成度指令集、8KB片上SRAM、可編程外部總線接口（EBI）、3通道16位計(jì)數(shù)器/定時(shí)器、32個(gè)可編程I/O口、中斷控制器、2個(gè)USART、可編程看門狗定時(shí)器、主時(shí)鐘電路和DRAM時(shí)序控制

30、電路，并配有高級(jí)節(jié)能電路；同時(shí)，可支持JTAG調(diào)試，主頻可達(dá)到40MHz。 3、相關(guān)外部設(shè)備的選擇： 在確定操作系統(tǒng)和處理器之后，就可以確定相關(guān)的外部設(shè)備，如FLASH，RAM，串口等等。在MVB系統(tǒng)中，MVB控制器MVBC（Multifunction Vehicle Bus Controller）是一個(gè)MVB電路和實(shí)際的物理設(shè)備之間的接口控制器，它的主要功能是實(shí)現(xiàn)MVB總線信號(hào)與數(shù)據(jù)幀的編解碼，糾錯(cuò)等功能，是本系統(tǒng)中要實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵的硬件模塊。由于系統(tǒng)規(guī)模，上市時(shí)間等方面的要求，系統(tǒng)暫時(shí)不考慮ASIC實(shí)現(xiàn)，因此在MVB系統(tǒng)中用FPGA來(lái)實(shí)現(xiàn)這個(gè)關(guān)鍵模塊，F(xiàn)PGA是ASIC最靈活和最合算的替代方案

31、。考慮到系統(tǒng)需求與FPGA資源，成本，供貨情況等因素，最終選擇了Altera公司的Cyclone系列FPGA,其開發(fā)工具是Quartus II。 4、MVB系統(tǒng)架構(gòu) 由以上的需求分析和選型，完整的系統(tǒng)硬件架構(gòu)和軟件架構(gòu)如圖2圖3所示 圖2：MVB系統(tǒng)的硬件架構(gòu)。圖3：MVB系統(tǒng)的軟件架構(gòu)。其中，處理器和 MVBC通過Traffic Memory（TM）進(jìn)行通訊數(shù)據(jù)交換，所有軟件和MVBC要交換的控制信息和數(shù)據(jù)都可以在TM地址空間中找到，這個(gè)地址空間對(duì)處理器和MVBC都是可訪問的。其示意圖4如下 圖4：Traffic Memory。三、步驟3：詳細(xì)的軟硬件設(shè)計(jì)和RTL代碼、軟件代碼開發(fā) 在系統(tǒng)架

32、構(gòu)確定的基礎(chǔ)上，詳細(xì)的軟硬件設(shè)計(jì)就可以開始了。 1、硬件設(shè)計(jì) 硬件設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)包括了MVB控制器的FPGA設(shè)計(jì)和MVB總線系統(tǒng)的板級(jí)設(shè)計(jì)，其中關(guān)鍵的MVB控制器的設(shè)計(jì)如圖5 圖5：MVB控制器的框圖。(點(diǎn)擊放大該圖)如圖所示，MVB控制器包含以下功能模塊： · 編碼器：產(chǎn)生曼徹斯特編碼，傳送數(shù)據(jù)幀 · 發(fā)送緩沖區(qū)：作為要發(fā)送的數(shù)據(jù)和CRC檢測(cè)值的緩沖區(qū) · 譯碼器：接收、曼徹斯特譯碼，數(shù)據(jù)提取、數(shù)據(jù)錯(cuò)誤檢測(cè) · 接收緩沖區(qū)：作為接收端數(shù)據(jù)和CRC結(jié)果的緩沖區(qū) · 報(bào)文分析單元：檢測(cè)主幀和從幀超時(shí)，幀誤檢測(cè)、錯(cuò)誤狀態(tài)報(bào)告 · 狀態(tài)控制寄存器：MVBC配置 · 主控單元：支持MVBC作為主設(shè)備或者從設(shè)備工作，支持隊(duì)列消息