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[經(jīng)驗] 嵌入式產(chǎn)品開(kāi)發(fā)流程，你知道不？
嵌入式產(chǎn)品，與普通電子產(chǎn)品一樣，開(kāi)發(fā)過(guò)程都需要遵循一些基本的流程，都是一個(gè)從需求分析到總體設計，詳細設計到最后產(chǎn)品完成的過(guò)程。但是，與普通電子產(chǎn)品相比，嵌入式產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)流程又有其特殊之處。它包含嵌入式軟件和嵌入式硬件兩大部分，針對嵌入式硬件和軟件的開(kāi)發(fā)，在普通的電子產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中，是不需要涉及的。嵌入式產(chǎn)品的研發(fā)流程具體如下圖：
下面，針對嵌入式產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)過(guò)程中的各個(gè)階段，我們進(jìn)行詳細探討。
階段1：產(chǎn)品需求
在這一個(gè)階段，我們需要弄清楚的是產(chǎn)品的需求從何而來(lái)，一個(gè)成功的產(chǎn)品，我們需要滿(mǎn)足哪些需求。只有需求明確了，我們的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)目標才能明確。在產(chǎn)品需求分析階段，我們可以通過(guò)以下這些途徑獲取產(chǎn)品需求：
1.市場(chǎng)分析與調研，主要是看市場(chǎng)有什么需求,還有就是前沿的技術(shù)是什么（站在做一款產(chǎn)品的角度）；
2.客戶(hù)調研和用戶(hù)定位，從市場(chǎng)廣大客戶(hù)那獲取最準確的產(chǎn)品需求（要注意分析市場(chǎng)，產(chǎn)品生命周期，升級是否方便）；
3.利潤導向(成本預算)；
4.如果是外包項目，則需要我們的客戶(hù)提供產(chǎn)品的需求（直接從客戶(hù)那獲取，讓客戶(hù)簽協(xié)議）。
當一個(gè)項目做完的時(shí)候，如果客戶(hù)突然又增加需求，增加功能，將導致你的項目周期嚴重拖延，成本劇烈上升，并且測試好的產(chǎn)品可能要全部重新測試，原本的設計可能將不會(huì )滿(mǎn)足當前的要求，所以做項目之前，最好要跟客戶(hù)把需求確定下來(lái)，并且簽定一份協(xié)議，否則，你辛苦多少個(gè)日日夜夜，得到的將是一個(gè)無(wú)法收拾的爛攤子！
階段2：產(chǎn)品規格說(shuō)明
在前一個(gè)階段，我們搜集了產(chǎn)品的所有需求。那么在產(chǎn)品規格說(shuō)明階段，我們的任務(wù)是將所有的需求，細化成產(chǎn)品的具體的規格，就比如一個(gè)簡(jiǎn)單的USB轉串口線(xiàn)，我們需要確定產(chǎn)品的規格，包括：
1.產(chǎn)品的外觀(guān)；
2.產(chǎn)品支持的操作系統；
3.產(chǎn)品的接口形式和支持的規范；
等等諸如此類(lèi)，切記，在形成了產(chǎn)品的規格說(shuō)明后，在后續的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，我們必須嚴格的遵守，沒(méi)有200%的理由，不能隨意更改產(chǎn)品的需求。否則，產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)過(guò)程必將是一個(gè)反復無(wú)期的過(guò)程。
《產(chǎn)品規格說(shuō)明》主要從以下方面進(jìn)行考慮：
1.考慮該產(chǎn)品需要哪些硬件接口；
2.產(chǎn)品用在哪些環(huán)境下，要做多大，耗電量如何。如果是消費類(lèi)產(chǎn)品，還跟設計美觀(guān)，產(chǎn)品是否便于攜帶，以確定板子大小的需求，是否防水；
3.產(chǎn)品成本要求；
4.產(chǎn)品性能參數的說(shuō)明（例如交換機，如果是百兆的速率，用于家庭和一般公司；如果是用于整個(gè)省的交換，那設計的速率肯定數十萬(wàn)兆以上了）所以說(shuō)，產(chǎn)品性能參數的不同，就會(huì )影響到我們設計考慮的不同，那么產(chǎn)品的規格自然就不同了；
5.需要適應和符合的國家標準，國際標準，或行業(yè)標準。
階段3：產(chǎn)品總體設計方案
在完成了產(chǎn)品規格說(shuō)明以后，我們需要針對這一產(chǎn)品，了解當前有哪些可行的方案，通過(guò)幾個(gè)方案進(jìn)行對比，包括從成本、性能、開(kāi)發(fā)周期、開(kāi)發(fā)難度等多方面進(jìn)行考慮，最終選擇一個(gè)最適合自己的產(chǎn)品總體設計方案。
在這一階段，我們除了確定具體實(shí)現的方案外，我們還需要綜合考慮，產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期，多少人月的工作量，需要哪些資源或者外部協(xié)助，以及開(kāi)發(fā)過(guò)程中可能遇到的風(fēng)險及應對措施，形成整個(gè)項目的項目計劃，指導我們的整個(gè)開(kāi)發(fā)過(guò)程。
階段4：產(chǎn)品概要設計
產(chǎn)品概要設計主要是在總體設計方案的基礎上進(jìn)一步的細化，具體從硬件和軟件兩方面入手：
硬件模塊概要設計
硬件模塊概要設計，主要從硬件的角度出發(fā)，確認整個(gè)系統的架構，并按功能來(lái)劃分各個(gè)模塊，確定各個(gè)模塊的的大概實(shí)現。首先要依據我們到底要哪些外圍功能以及產(chǎn)品要完成的工作，來(lái)進(jìn)行CPU 選型（注意：CPU一旦確定，那么你的周?chē)布娐�，就要參考該CPU 廠(chǎng)家提供的方案電路來(lái)設計）。然后再根據產(chǎn)品的功能需求選芯片，比如是外接AD還是用片內AD，采用什么樣的通訊方式，有什么外部接口，還有最重要的是要考慮電磁兼容。
一般一款CPU 的生存周期是5-8年，你考慮選型的時(shí)候要注意，不要選用快停產(chǎn)的CPU，以免出現這樣的結局：產(chǎn)品辛辛苦苦開(kāi)發(fā)了1到2 年，剛開(kāi)發(fā)出來(lái)，還沒(méi)賺錢(qián)，CPU又停產(chǎn)了，又得要重新開(kāi)發(fā)。很多公司就死在這個(gè)上面。
軟件模塊概要設計
軟件模塊概要設計階段，主要是依據系統的要求，將整個(gè)系統按功能進(jìn)行模塊劃分，定義好各個(gè)功能模塊之間的接口，以及模塊內主要的數據結構等。
階段5：產(chǎn)品詳細設計
硬件模塊詳細設計
主要是具體的電路圖和一些具體要求，包括 PCB和外殼相互設計，尺寸這些參數。接下來(lái)，我們就需要依據硬件模塊詳細設計文檔的指導，完成整個(gè)硬件的設計。包括原理圖、PCB 的繪制。
軟件模塊詳細設計
功能函數接口定義，該函數功能接口完成功能，數據結構，全局變量，完成任務(wù)時(shí)各個(gè)功能函數接口調用流程。在完成了軟件模塊詳細設計以后，就進(jìn)入具體的編碼階段，在軟件模塊詳細設計的指導下，完成整個(gè)系統的軟件編碼。
一定要注意需要先完成模塊詳細設計文檔以后，軟件才進(jìn)入實(shí)際的編碼階段，硬件進(jìn)入具體的原理圖、PCB實(shí)現階段，這樣才能盡量在設計之初就考慮周全，避免在設計過(guò)程中反復修改。提高開(kāi)發(fā)效率，不要為了圖一時(shí)之快，沒(méi)有完成詳細設計，就開(kāi)始實(shí)際的設計步驟。
階段7：產(chǎn)品調試與驗證
該階段主要是調整硬件或代碼，修正其中存在的問(wèn)題和BUG，使之能正常運行，并盡量使產(chǎn)品的功能達到產(chǎn)品需求規格說(shuō)明要求。
硬件部分：
1.目測加工會(huì )得PCB 板是否存在短路，器件是否焊錯，或漏焊接；
2.測試各電源對地電阻是否正常；
3.上電，測試電源是否正常；
4.分模塊調試硬件模塊，可借助示波器、邏輯分析儀等根據。
軟件部分：
驗證軟件單個(gè)功能是否實(shí)現，驗證軟件整個(gè)產(chǎn)品功能是否實(shí)現。
階段8：測試
功能測試（測試不通過(guò)，可能是有 BUG）；
壓力測試（測試不通過(guò)，可能是有BUG 或哪里參數設計不合理）；
性能測試（產(chǎn)品性能參數要提煉出來(lái)，供將來(lái)客戶(hù)參考，這個(gè)就是你的產(chǎn)品特征的一部分）；
其他專(zhuān)業(yè)測試：包括工業(yè)級的測試，例如含抗干擾測試，產(chǎn)品壽命測試，防潮濕測試，高溫和低溫測試（有的產(chǎn)品有很高的溫度或很低的溫度工作不正常，甚至停止工作）。
有的設備電子元器件在特殊溫度下，參數就會(huì )異常，導致整個(gè)產(chǎn)品出現故障或失靈現象的出現；有的設備，零下幾十度的情況下，根本就啟動(dòng)不了，開(kāi)不了機；有的設備在高溫下，電容或電阻值就會(huì )產(chǎn)生物理的變化，這些都會(huì )影響到產(chǎn)品的質(zhì)量。這里要引出一個(gè)話(huà)題，工業(yè)級產(chǎn)品與消費類(lèi)產(chǎn)品有什么區別呢？工業(yè)級的產(chǎn)品就要避免這些異常和特殊問(wèn)題，有的產(chǎn)品是在很深的海里工作，或者在嚴寒的山洞工作，或者火熱沙漠工作，或者顛簸的設備上，比如汽車(chē)；或者是需要防止雷擊；所以這就是工業(yè)級產(chǎn)品跟消費類(lèi)產(chǎn)品的區別，消費類(lèi)的產(chǎn)品就不需要做這么多的測試。
階段9：產(chǎn)品
通過(guò)上一階段完整測試驗證，在此階段，即得到我們開(kāi)發(fā)成功的產(chǎn)品。在此階段，可以比較實(shí)際的產(chǎn)品和最初的形成的產(chǎn)品規格說(shuō)明，看經(jīng)過(guò)一個(gè)完整的開(kāi)發(fā)過(guò)程，是否產(chǎn)品完全符合最初的產(chǎn)品規格說(shuō)明，又或者，中途發(fā)現產(chǎn)品規格說(shuō)明存在問(wèn)題，對它進(jìn)行了多少修改呢？
下面說(shuō)說(shuō)嵌入式硬件開(kāi)發(fā)流程，一般分為8 個(gè)階段：
嵌入式產(chǎn)品的硬件形態(tài)各異，CPU 從簡(jiǎn)單的4 位/8 位單片機到32 位的ARM處理器，以及其他專(zhuān)用IC。另外，依據產(chǎn)品的不同需求，外圍電路也各不相同。每一次硬件開(kāi)發(fā)過(guò)程，都需要依據實(shí)際的需求，考慮多方面的因素，選擇最合適的方案來(lái)。
硬件階段1：硬件產(chǎn)品需求
和普通的嵌入式產(chǎn)品需求一樣。階段1：產(chǎn)品需求。
硬件階段2：硬件總體設計方案
一個(gè)硬件開(kāi)發(fā)項目，它的需求可能來(lái)自很多方面，比如市場(chǎng)產(chǎn)品的需要或性能提升的要求等，因此，作為一個(gè)硬件設計人員，我們需要主動(dòng)去了解各個(gè)方面的需求并分析，根據系統所要完成的功能，選擇最合適的硬件方案。
在這一階段，我們需要分析整個(gè)系統設計的可行性，包括方案中主要器件的可采購性，產(chǎn)品開(kāi)發(fā)投入，項目開(kāi)發(fā)周期預計，開(kāi)發(fā)風(fēng)險評估等，并針對開(kāi)發(fā)過(guò)程中可能遇到的問(wèn)題，提前選擇應對方案，保證硬件的順利完成。
硬件階段3：硬件電路原理圖設計
在系統方案確定后，我們即可以開(kāi)展相關(guān)的設計工作，原理設計主要包括系統總體設計和詳細設計，最終產(chǎn)生詳細的設計文檔和硬件原理圖。
原理設計和PCB
設計是設計人員最主要的兩個(gè)工作之一，在原理設計過(guò)程中，我們需要規劃硬件內部資源，如系統存儲空間，以及各個(gè)外圍電路模塊的實(shí)現。另外，對系統主要的外圍電路，如電源、復位等也需要仔細的考慮，在一些高速設計或特殊應用場(chǎng)合，還需要考慮EMC/EMI等。
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��；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。
為了系統穩定可靠的工作，復位電路的設計也非常重要，如何保證系統不會(huì )在外界干擾的情況下異常復位，如何保證在系統運行異常的時(shí)候能夠及時(shí)復位，以及如何合理的復位，才能保證系統完整的復位后，這些也都是我們在原理設計的時(shí)候需要考慮的。
同樣的，時(shí)鐘電路的設計也是非常重要的一個(gè)方面，一個(gè)不好的時(shí)鐘電路設計，可能會(huì )引起通信產(chǎn)品的數據丟包，產(chǎn)生大的EMI，甚至導致系統不穩定。
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。
硬件階段4：PCB圖設計
PCB 設計階段，即是將原理圖設計轉化為實(shí)際的可加工的PCB 線(xiàn)路板，目前主流的PCB設計軟件有PADS、Candence 和Protel 幾種。
PCB 設計，尤其是高速PCB，需要考慮EMC/EMI，阻抗控制，信號質(zhì)量等，對PCB設計人員的要求比較高。為了驗證設計的PCB 是否符合要求，有的還需要進(jìn)行PCB 仿真。并依據仿真結果調整PCB的布局布線(xiàn)，完成整個(gè)的設計。
硬件階段5：PCB加工文件制作與PCB打樣
PCB 繪制完成以后，在這一階段，我們需要生成加工廠(chǎng)可識別的加工文件，即常說(shuō)的光繪文件，將其交給加工廠(chǎng)打樣PCB空板。一般1~4 層板可以在一周內完成打樣。
硬件階段6：硬件產(chǎn)品的焊接與調試
在拿到加工廠(chǎng)打樣會(huì )的 PCB 空板以后，接下來(lái)我們，需要檢查PCB空板是否和我們設計預期一樣，是否存在明顯的短路或斷痕，檢查通過(guò)后，則需要將前期采購的元器件和PCB 空板交由生產(chǎn)廠(chǎng)家進(jìn)行焊接（如果PCB電路不復雜，為了加快速度，也可以直接手工焊接元器件）。
當PCB 已經(jīng)焊接完成后，在調試PCB之前，一定要先認真檢查是否有可見(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，這樣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，直致最終調試成功。
在硬件調試過(guò)程中，需要經(jīng)常使用到的調試工具有萬(wàn)用表和示波器，邏輯分析儀等，用于測試和觀(guān)察板內信號電壓和信號質(zhì)量，信號時(shí)序是否滿(mǎn)足要求。
硬件階段7：硬件產(chǎn)品測試
當硬件產(chǎn)品調試通過(guò)以后，我們需要對照產(chǎn)品產(chǎn)品的需求說(shuō)明，一項一項進(jìn)行測試，確認是否符合預期的要求，如果達不到要求，則需要對硬件產(chǎn)品進(jìn)行調試和修改，直到符合產(chǎn)品需求文明（一般都以需求說(shuō)明文檔作為評判的一句，當然明顯的需求說(shuō)明錯誤除外）。
硬件階段8：硬件產(chǎn)品
我們最終開(kāi)發(fā)的硬件成功。一個(gè)完整的，完成符合產(chǎn)品需求的硬件產(chǎn)品還不能說(shuō)明一個(gè)成功的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程，我們還需要按照預定計劃，準時(shí)高質(zhì)量的完成，才是一個(gè)成功的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程。
——文章來(lái)源:電子工程專(zhuān)輯
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