嵌入式产品开发流程

时间 2019-12-06 标签嵌入产品开发流程

嵌入式产品，与普通电子产品同样，开发过程都须要遵循一些基本的流程，都是一个从需求分析到整体设计，详细设计到最后产品完成的过程。可是，与普通电子产品相比，嵌入式产品的开发流程又有其特殊之处。它包含嵌入式软件和嵌入式硬件两大部分，针对嵌入式硬件和软件的开发，在普通的电子产品开发过程当中，是不须要涉及的。嵌入式产品的研发流程具体以下图：

下面，针对嵌入式产品的开发过程当中的各个阶段，咱们进行详细探讨。

阶段1：产品需求

在这一个阶段，咱们须要弄清楚的是产品的需求从何而来，一个成功的产品，咱们须要知足哪些需求。只有需求明确了，咱们的产品开发目标才能明确。在产品需求分析阶段，咱们能够经过如下这些途径获取产品需求：

1）市场分析与调研，主要是看市场有什么需求,还有就是前沿的技术是什么（站在作一款产品的角度）；

2）客户调研和用户定位，从市场广大客户那获取最准确的产品需求（要注意分析市场，产品生命周期，升级是否方便）；

3）利润导向(成本预算)；

4）若是是外包项目，则须要咱们的客户提供产品的需求（直接从客户那获取，让客户签协议）；

编者按：当一个项目作完的时候，若是客户忽然又增长需求，增长功能，将致使你的项目周期严重拖延，成本剧烈上升，而且测试好的产品可能要所有从新测试，本来的设计可能将不会知足当前的要求，因此作项目以前，最好要跟客户把需求肯定下来，而且签订一份协议，不然，你辛苦多少个日日夜夜，获得的将是一个没法收拾的烂摊子！

阶段2：产品规格说明

在前一个阶段，咱们搜集了产品的全部需求。那么在产品规格说明阶段，咱们的任务是将所有的需求，细化成产品的具体的规格，就好比一个简单的USB转串口线，咱们须要肯定产品的规格，包括：

1）产品的外观；

2）产品支持的操做系统；

3）产品的接口形式和支持的规范；

等等诸如此类，切记，在造成了产品的规格说明后，在后续的开发过程当中，咱们必须严格的遵照，没有200%的理由，不能随意更改产品的需求。不然，产品的开发过程必将是一个反复无期的过程。

《产品规格说明》主要从如下方面进行考虑：

1）考虑该产品须要哪些硬件接口；

2）产品用在哪些环境下，要作多大，耗电量如何。若是是消费类产品，还跟设计美观，产品是否便于携带，以肯定板子大小的需求，是否防水；

3）产品成本要求；

4）产品性能参数的说明（例如交换机，若是是百兆的速率，用于家庭和通常公司；若是是用于整个省的交换，那设计的速率确定数十万兆以上了）因此说，产品性能参数的不一样，就会影响到咱们设计考虑的不一样，那么产品的规格天然就不一样了；

5）须要适应和符合的国家标准，国际标准，或行业标准；

阶段3：产品整体设计方案

在完成了产品规格说明之后，咱们须要针对这一产品，了解当前有哪些可行的方案，经过几个方案进行对比，包括从成本、性能、开发周期、开发难度等多方面进行考虑，最终选择一个最适合本身的产品整体设计方案。

在这一阶段，咱们除了肯定具体实现的方案外，咱们还须要综合考虑，产品开发周期，多少人月的工做量，须要哪些资源或者外部协助，以及开发过程当中可能遇到的风险及应对措施，造成整个项目的项目计划，指导咱们的整个开发过程。

阶段4：产品概要设计

产品概要设计主要是在整体设计方案的基础上进一步的细化，具体从硬件和软件两方面入手：

硬件模块概要设计

硬件模块概要设计，主要从硬件的角度出发，确认整个系统的架构，并按功能来划分各个模块，肯定各个模块的的大概实现。首先要依据咱们到底要哪些外围功能以及产品要完成的工做，来进行CPU选型（注意：CPU一旦肯定，那么你的周围硬件电路，就要参考该CPU厂家提供的方案电路来设计）。而后再根据产品的功能需求选芯片，好比是外接AD仍是用片内AD，采用什么样的通信方式，有什么外部接口，还有最重要的是要考虑电磁兼容。

编者按：通常一款CPU 的生存周期是5-8年，你考虑选型的时候要注意，不要选用快停产的CPU，以避免出现这样的结局：产品辛辛苦苦开发了1到2 年，刚开发出来，还没赚钱，CPU又停产了，又得要从新开发。不少公司就死在这个上面。

软件模块概要设计

软件模块概要设计阶段，主要是依据系统的要求，将整个系统按功能进行模块划分，定义好各个功能模块之间的接口，以及模块内主要的数据结构等。

阶段5：产品详细设计

硬件模块详细设计

主要是具体的电路图和一些具体要求，包括 PCB和外壳相互设计，尺寸这些参数。接下来，咱们就须要依据硬件模块详细设计文档的指导，完成整个硬件的设计。包括原理图、PCB的绘制。

软件模块详细设计

功能函数接口定义，该函数功能接口完成功能，数据结构，全局变量，完成任务时各个功能函数接口调用流程。在完成了软件模块详细设计之后，就进入具体的编码阶段，在软件模块详细设计的指导下，完成整个系统的软件编码。

编者按：必定要注意须要先完成模块详细设计文档之后，软件才进入实际的编码阶段，硬件进入具体的原理图、PCB实现阶段，这样才能尽可能在设计之初就考虑周全，避免在设计过程当中反复修改。提升开发效率，不要为了图一时之快，没有完成详细设计，就开始实际的设计步骤。

阶段7：产品调试与验证

该阶段主要是调整硬件或代码，修正其中存在的问题和BUG，使之能正常运行，并尽可能使产品的功能达到产品需求规格说明要求。

硬件部分：

1）目测加工会得PCB板是否存在短路，器件是否焊错，或漏焊接；

2）测试各电源对地电阻是否正常；

3）上电，测试电源是否正常；

4）分模块调试硬件模块，可借助示波器、逻辑分析仪等根据。

软件部分：

验证软件单个功能是否实现，验证软件整个产品功能是否实现。

阶段8：测试

功能测试（测试不经过，多是有BUG）；

压力测试（测试不经过，多是有BUG或哪里参数设计不合理）；

性能测试（产品性能参数要提炼出来，供未来客户参考，这个就是你的产品特征的一部分）；

其余专业测试：包括工业级的测试，例如含抗干扰测试，产品寿命测试，防潮湿测试，高温和低温测试（有的产品有很高的温度或很低的温度工做不正常，甚至中止工做）。

编者按：有的设备电子元器件在特殊温度下，参数就会异常，致使整个产品出现故障或失灵现象的出现；有的设备，零下几十度的状况下，根本就启动不了，开不了机；有的设备在高温下，电容或电阻值就会产生物理的变化，这些都会影响到产品的质量。这里要引出一个话题，工业级产品与消费类产品有什么区别呢？工业级的产品就要避免这些异常和特殊问题，有的产品是在很深的海里工做，或者在严寒的山洞工做，或者火热沙漠工做，或者颠簸的设备上，好比汽车；或者是须要防止雷击；因此这就是工业级产品跟消费类产品的区别，消费类的产品就不须要作这么多的测试。

阶段9：产品

经过上一阶段完整测试验证，在此阶段，即获得咱们开发成功的产品。在此阶段，能够比较实际的产品和最初的造成的产品规格说明，看通过一个完整的开发过程，是否产品彻底符合最初的产品规格说明，又或者，中途发现产品规格说明存在问题，对它进行了多少修改呢？

附录：嵌入式硬件开发流程

以前，咱们详细讲述了嵌入式产品的研发流程，那么在这一节，咱们具体以嵌入式产品的硬件部分为例，再次讲解其开发过程，但愿经过这一节，你们能对嵌入式硬件开发流程有更深入的认识，在之后的学习和工做中，更加规范化和标准化，提升开发技能。嵌入式硬件开发流程通常以下图，分为8个阶段：

嵌入式产品的硬件形态万千，CPU 从简单的4 位/8位单片机到32 位的ARM处理器，以及其余专用IC。另外，依据产品的不一样需求，外围电路也各不相同。每一次硬件开发过程，都须要依据实际的需求，考虑多方面的因素，选择最合适的方案来。

硬件阶段1：硬件产品需求

和普通的嵌入式产品需求同样。阶段1：产品需求。

硬件阶段2：硬件整体设计方案

一个硬件开发项目，它的需求可能来自不少方面，好比市场产品的须要或性能提高的要求等，所以，做为一个硬件设计人员，咱们须要主动去了解各个方面的需求并分析，根据系统所要完成的功能，选择最合适的硬件方案。

在这一阶段，咱们须要分析整个系统设计的可行性，包括方案中主要器件的可采购性，产品开发投入，项目开发周期预计，开发风险评估等，并针对开发过程当中可能遇到的问题，提早选择应对方案，保证硬件的顺利完成。

硬件阶段3：硬件电路原理图设计

在系统方案肯定后，咱们便可以开展相关的设计工做，原理设计主要包括系统整体设计和详细设计，最终产生详细的设计文档和硬件原理图。

原理设计和PCB设计是设计人员最主要的两个工做之一，在原理设计过程当中，咱们须要规划硬件内部资源，如系统存储空间，以及各个外围电路模块的实现。另外，对系统主要的外围电路，如电源、复位等也须要仔细的考虑，在一些高速设计或特殊应用场合，还须要考虑EMC/EMI等。

电源是保证硬件系统正常工做的基础，设计中要详细的分析：系统可以提供的电源输入；单板须要产生的电源输出；各个电源须要提供的电流大小；电源电路效率；各个电源可以容许的波动范围；整个电源系统须要的上电顺序等等。

为了系统稳定可靠的工做，复位电路的设计也很是重要，如何保证系统不会在外界干扰的状况下异常复位，如何保证在系统运行异常的时候可以及时复位，以及如何合理的复位，才能保证系统完整的复位后，这些也都是咱们在原理设计的时候须要考虑的。

一样的，时钟电路的设计也是很是重要的一个方面，一个很差的时钟电路设计，可能会引发通讯产品的数据丢包，产生大的EMI，甚至致使系统不稳定。

编者按：原理图设计中要有“拿来主义”！如今的芯片厂家通常均可以提供参考设计的原理图，因此要尽可能的借助这些资源，在充分理解参考设计的基础上，作一些本身的发挥。

硬件阶段4：PCB图设计

PCB设计阶段，便是将原理图设计转化为实际的可加工的PCB 线路板，目前主流的PCB 设计软件有PADS，Candence 和Protel几种。

PCB设计，尤为是高速PCB，须要考虑EMC/EMI，阻抗控制，信号质量等，对PCB 设计人员的要求比较高。为了验证设计的PCB是否符合要求，有的还须要进行PCB 仿真。并依据仿真结果调整PCB 的布局布线，完成整个的设计。

硬件阶段5：PCB加工文件制做与PCB打样

PCB绘制完成之后，在这一阶段，咱们须要生成加工厂可识别的加工文件，即常说的光绘文件，将其交给加工厂打样PCB 空板。通常1~4层板能够在一周内完成打样。

硬件阶段6：硬件产品的焊接与调试

在拿到加工厂打样会的 PCB空板之后，接下来咱们，须要检查PCB空板是否和咱们设计预期同样，是否存在明显的短路或断痕，检查经过后，则须要将前期采购的元器件和PCB空板交由生产厂家进行焊接（若是PCB 电路不复杂，为了加快速度，也能够直接手工焊接元器件）。

当PCB 已经焊接完成后，在调试PCB以前，必定要先认真检查是否有可见的短路和管脚搭锡等故障，检查是否有元器件型号放置错误，第一脚放置错误，漏装配等问题，而后用万用表测量各个电源到地的电阻，以检查是否有短路，这样能够避免贸然上电后损坏单板。调试的过程当中要有平和的心态，碰见问题是很是正常的，要作的就是多作比较和分析，逐步的排除可能的缘由，直致最终调试成功。

在硬件调试过程当中，须要常用到的调试工具备万用表和示波器，逻辑分析仪等，用于测试和观察板内信号电压和信号质量，信号时序是否知足要求。

硬件阶段7：硬件产品测试

当硬件产品调试经过之后，咱们须要对照产品产品的需求说明，一项一项进行测试，确认是否符合预期的要求，若是达不到要求，则须要对硬件产品进行调试和修改，直到符合产品需求文明（通常都以需求说明文档做为评判的一句，固然明显的需求说明错误除外）。

硬件阶段8：硬件产品

咱们最终开发的硬件成功。一个完整的，完成符合产品需求的硬件产品还不能说明一个成功的产品开发过程，咱们还须要按照预约计划，准时高质量的完成。才是一个成功的产品开发过程。